JPH08296430A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気ガス浄化装置Info
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- JPH08296430A JPH08296430A JP7120599A JP12059995A JPH08296430A JP H08296430 A JPH08296430 A JP H08296430A JP 7120599 A JP7120599 A JP 7120599A JP 12059995 A JP12059995 A JP 12059995A JP H08296430 A JPH08296430 A JP H08296430A
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Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 触媒の早期活性化と過熱とを防止する排気ガ
ス浄化装置の提供。 【構成】 熱容量の小さい第１触媒コンバータ１１と，
第１触媒コンバータ１１の下流に設けた大容量の第２触
媒コンバータ１２と，第１触媒コンバータ１１の上流又
は両触媒コンバータ１１，１２の中間に二次空気を供給
する二次空気供給手段１３と燃料噴射増量手段１４とを
有する。制御手段３０は，運転状況検出手段２２及び温
度判定手段２１の出力に基づいて，第１触媒コンバータ
１１が部分活性化状態のとき二次空気を第１触媒コンバ
ータ１１の上流に供給し，過熱の恐れがあるとき，二次
空気を両触媒コンバータ１１，１２の中間に供給し燃料
噴射を増量する。
ス浄化装置の提供。 【構成】 熱容量の小さい第１触媒コンバータ１１と，
第１触媒コンバータ１１の下流に設けた大容量の第２触
媒コンバータ１２と，第１触媒コンバータ１１の上流又
は両触媒コンバータ１１，１２の中間に二次空気を供給
する二次空気供給手段１３と燃料噴射増量手段１４とを
有する。制御手段３０は，運転状況検出手段２２及び温
度判定手段２１の出力に基づいて，第１触媒コンバータ
１１が部分活性化状態のとき二次空気を第１触媒コンバ
ータ１１の上流に供給し，過熱の恐れがあるとき，二次
空気を両触媒コンバータ１１，１２の中間に供給し燃料
噴射を増量する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，自動車等の内燃機関の
排気浄化装置に関するものであり，特に機関冷間時の触
媒の早期活性化による浄化能力の向上と，高速・高負荷
時における触媒の過熱劣化防止と浄化性能の確保とを両
立させる排気ガス浄化装置に関する。
排気浄化装置に関するものであり，特に機関冷間時の触
媒の早期活性化による浄化能力の向上と，高速・高負荷
時における触媒の過熱劣化防止と浄化性能の確保とを両
立させる排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来技術】自動車の排気ガス浄化には，従来から貴金
属（白金，ロジウム等）またはその他の金属を担持した
触媒装置が使われている。この触媒装置は排気ガス中の
有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯX ）を酸化，もしくは還元
させることによって排気ガスを浄化する。特にエンジン
始動直後では，ＨＣやＣＯの排出量が多いにもかかわら
ず，排気ガス温度が低く触媒が活性温度（通常３５０〜
４００℃以上）に達しないため，触媒装置によるＨＣや
ＣＯの浄化はほとんど行われないという問題がある。
属（白金，ロジウム等）またはその他の金属を担持した
触媒装置が使われている。この触媒装置は排気ガス中の
有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯX ）を酸化，もしくは還元
させることによって排気ガスを浄化する。特にエンジン
始動直後では，ＨＣやＣＯの排出量が多いにもかかわら
ず，排気ガス温度が低く触媒が活性温度（通常３５０〜
４００℃以上）に達しないため，触媒装置によるＨＣや
ＣＯの浄化はほとんど行われないという問題がある。
【０００３】そこで，内燃機関の始動後触媒コンバータ
を早期に昇温させるため，触媒コンバータを排気マニホ
ールド直後に搭載し，更に，この触媒コンバータの上流
に二次空気を供給して排気ガスの浄化を促進させる方法
が実施されている。しかしながら，この方法によれば，
高速・高負荷運転時においては触媒コンバータに流入す
る排気ガスの温度が高温となり過ぎ，触媒の耐熱温度約
８５０〜９００℃以上となり，過熱による触媒の劣化を
引き起こすという問題がある。
を早期に昇温させるため，触媒コンバータを排気マニホ
ールド直後に搭載し，更に，この触媒コンバータの上流
に二次空気を供給して排気ガスの浄化を促進させる方法
が実施されている。しかしながら，この方法によれば，
高速・高負荷運転時においては触媒コンバータに流入す
る排気ガスの温度が高温となり過ぎ，触媒の耐熱温度約
８５０〜９００℃以上となり，過熱による触媒の劣化を
引き起こすという問題がある。
【０００４】そこで，この問題に対処するために，高温
・高負荷時において燃料の噴射量を増量し，未燃燃料の
気化潜熱によって触媒コンバータを冷却する，いわゆる
ＯＴＰ（Ｏｖｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）増量制御
法が提案されている。また，特開昭５４−１２４１１４
号公報では，上記二次空気の供給経路を，内燃機関の排
気ポート（上流）と触媒コンバータ近傍（下流）の２系
統とし，機関の高速回転時には触媒コンバータ近傍から
二次空気を供給し，排気マニホールド内での燃焼反応に
よる排気ガスの温度上昇を抑制する方法が提案されてい
る。
・高負荷時において燃料の噴射量を増量し，未燃燃料の
気化潜熱によって触媒コンバータを冷却する，いわゆる
ＯＴＰ（Ｏｖｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）増量制御
法が提案されている。また，特開昭５４−１２４１１４
号公報では，上記二次空気の供給経路を，内燃機関の排
気ポート（上流）と触媒コンバータ近傍（下流）の２系
統とし，機関の高速回転時には触媒コンバータ近傍から
二次空気を供給し，排気マニホールド内での燃焼反応に
よる排気ガスの温度上昇を抑制する方法が提案されてい
る。
【０００５】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記ＯＴＰ増
量制御方では，排気ガスが理論空燃比よりもリッチな状
態となるため，触媒コンバータの浄化率が低下し，十分
な浄化が得られないという問題がある。一方，前記特開
昭５４−１２４１１号公報の浄化装置では，高速回転時
に二次空気を排気ポートから供給せず，排気ポートでの
排気ガス反応を抑制するが，触媒コンバータ内部での浄
化反応熱による触媒の過熱は依然として回避することが
できない。
量制御方では，排気ガスが理論空燃比よりもリッチな状
態となるため，触媒コンバータの浄化率が低下し，十分
な浄化が得られないという問題がある。一方，前記特開
昭５４−１２４１１号公報の浄化装置では，高速回転時
に二次空気を排気ポートから供給せず，排気ポートでの
排気ガス反応を抑制するが，触媒コンバータ内部での浄
化反応熱による触媒の過熱は依然として回避することが
できない。
【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたものであり，機関始動後の早期活性化と，高速・
高負荷時における過熱劣化防止及び高浄化率の保持とを
合わせて実現することのできる内燃機関の排気ガス浄化
装置を提供しようとするものである。
されたものであり，機関始動後の早期活性化と，高速・
高負荷時における過熱劣化防止及び高浄化率の保持とを
合わせて実現することのできる内燃機関の排気ガス浄化
装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】本発明は，内燃機関の排気通路に介
装された排気ガス浄化装置であって，この浄化装置は，
排気通路の上流側に配置された熱容量の小さい第１触媒
コンバータと，この第１触媒コンバータの下流側に配置
された排気浄化容量の大きい第２触媒コンバータと，上
記第１触媒コンバータの上流側の排気通路又は上記第１
触媒コンバータと第２触媒コンバータとの間の排気通路
に選択的に二次空気を供給することのできる二次空気供
給手段と，内燃機関の燃料噴射量を増加させる燃料噴射
増量手段と，排気ガスの温度又は第１触媒コンバータの
温度を検出又は推定する温度判定手段と，内燃機関の運
転状況検出手段と，上記温度判定手段及び運転状況検出
手段の出力信号を受けて上記二次空気供給手段及び燃料
噴射増量手段を操作する制御手段とを有しており，上記
制御手段は，上記運転状況検出手段及び温度判定手段の
出力に基づいて，上記第１触媒コンバータが活性化を既
に開始し且つ過熱状態となる恐れがないと判定した場合
には，第１触媒コンバータの上流側の第一供給部に二次
空気を供給し，一方，上記第１触媒コンバータに悪影響
を及ぼす恐れのある過熱状態にあると判定した場合に
は，上記第１触媒コンバータと第２触媒コンバータの間
の第二供給部に二次空気を供給すると共に燃料噴射量を
増加させるよう上記二次空気供給手段及び燃料噴射増量
手段を操作することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄
化装置にある。
装された排気ガス浄化装置であって，この浄化装置は，
排気通路の上流側に配置された熱容量の小さい第１触媒
コンバータと，この第１触媒コンバータの下流側に配置
された排気浄化容量の大きい第２触媒コンバータと，上
記第１触媒コンバータの上流側の排気通路又は上記第１
触媒コンバータと第２触媒コンバータとの間の排気通路
に選択的に二次空気を供給することのできる二次空気供
給手段と，内燃機関の燃料噴射量を増加させる燃料噴射
増量手段と，排気ガスの温度又は第１触媒コンバータの
温度を検出又は推定する温度判定手段と，内燃機関の運
転状況検出手段と，上記温度判定手段及び運転状況検出
手段の出力信号を受けて上記二次空気供給手段及び燃料
噴射増量手段を操作する制御手段とを有しており，上記
制御手段は，上記運転状況検出手段及び温度判定手段の
出力に基づいて，上記第１触媒コンバータが活性化を既
に開始し且つ過熱状態となる恐れがないと判定した場合
には，第１触媒コンバータの上流側の第一供給部に二次
空気を供給し，一方，上記第１触媒コンバータに悪影響
を及ぼす恐れのある過熱状態にあると判定した場合に
は，上記第１触媒コンバータと第２触媒コンバータの間
の第二供給部に二次空気を供給すると共に燃料噴射量を
増加させるよう上記二次空気供給手段及び燃料噴射増量
手段を操作することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄
化装置にある。
【０００８】本発明において最も注目すべきことの第１
点は，熱容量の小さい第１触媒コンバータを上流側に配
置し，容量の大きい第２触媒コンバータを下流側に配置
したことである。そして，特に注目すべき第２点は，二
次空気を，第１触媒コンバータの上流側（第１供給部）
と第１，第２触媒コンバータの中間（第２供給部）とに
選択的に供給することのできる二次空気供給手段を有す
ることである。
点は，熱容量の小さい第１触媒コンバータを上流側に配
置し，容量の大きい第２触媒コンバータを下流側に配置
したことである。そして，特に注目すべき第２点は，二
次空気を，第１触媒コンバータの上流側（第１供給部）
と第１，第２触媒コンバータの中間（第２供給部）とに
選択的に供給することのできる二次空気供給手段を有す
ることである。
【０００９】そして，第３点は燃料噴射増量手段を有す
ることである。そして，更に注目すべきことは，制御手
段は，第１触媒コンバータが活性化を開始し且つ過熱状
態となる恐れがないと判定した場合には，上記第１供給
部から二次空気を供給し，一方，第１触媒コンバータが
過熱状態にある場合には，上記第２供給部から二次空気
を供給すると共に燃料噴射量を増加させる前記ＯＴＰ制
御を行うことである。
ることである。そして，更に注目すべきことは，制御手
段は，第１触媒コンバータが活性化を開始し且つ過熱状
態となる恐れがないと判定した場合には，上記第１供給
部から二次空気を供給し，一方，第１触媒コンバータが
過熱状態にある場合には，上記第２供給部から二次空気
を供給すると共に燃料噴射量を増加させる前記ＯＴＰ制
御を行うことである。
【００１０】なお，第１触媒コンバータが活性化を開始
し部分活性化状態にあるときは，更に燃料噴射量を増加
させることが好ましい。これによって，第１触媒コンバ
ータの昇温が促進され，迅速に浄化率を高めることがで
きるからである。そして，第１触媒コンバータの活性化
の程度は，例えば，内燃機関の運転状況の経過を追尾す
る等の方法により判定することができる（後述する図４
参照）。
し部分活性化状態にあるときは，更に燃料噴射量を増加
させることが好ましい。これによって，第１触媒コンバ
ータの昇温が促進され，迅速に浄化率を高めることがで
きるからである。そして，第１触媒コンバータの活性化
の程度は，例えば，内燃機関の運転状況の経過を追尾す
る等の方法により判定することができる（後述する図４
参照）。
【００１１】また，第１触媒コンバータの上流に酸素濃
度検出手段を設け，第１触媒コンバータ及び酸素濃度検
出手段がいずれも活性化しており且つ第１触媒コンバー
タが過熱状態にない場合に，二次空気の供給と燃料噴射
の増量を停止し，上記酸素濃度検出手段に基づいて空燃
比制御を行うことが好ましい。触媒コンバータが既に活
性化し且つ過熱状態にない場合には，二次空気の供給や
燃料噴射の増量は不要であり，触媒コンバータの浄化率
が高くなるような値（理論空燃比近傍）に空燃比を制御
することが適切であるからである。
度検出手段を設け，第１触媒コンバータ及び酸素濃度検
出手段がいずれも活性化しており且つ第１触媒コンバー
タが過熱状態にない場合に，二次空気の供給と燃料噴射
の増量を停止し，上記酸素濃度検出手段に基づいて空燃
比制御を行うことが好ましい。触媒コンバータが既に活
性化し且つ過熱状態にない場合には，二次空気の供給や
燃料噴射の増量は不要であり，触媒コンバータの浄化率
が高くなるような値（理論空燃比近傍）に空燃比を制御
することが適切であるからである。
【００１２】また，第２触媒コンバータの下流又は第１
触媒コンバータと第１触媒コンバータの間に第２の酸素
濃度検出手段を設け，第１触媒コンバータが過熱状態に
あり燃料噴射増量制御（ＯＴＰ制御）を行う場合には二
次空気の量を調整して第２触媒コンバータに流入する排
気ガスの空燃比を理論空燃比近傍となるよう制御するこ
とが好ましい。触媒コンバータは，排気ガスが理論空燃
比近傍であるときに最も浄化率が高いからである。
触媒コンバータと第１触媒コンバータの間に第２の酸素
濃度検出手段を設け，第１触媒コンバータが過熱状態に
あり燃料噴射増量制御（ＯＴＰ制御）を行う場合には二
次空気の量を調整して第２触媒コンバータに流入する排
気ガスの空燃比を理論空燃比近傍となるよう制御するこ
とが好ましい。触媒コンバータは，排気ガスが理論空燃
比近傍であるときに最も浄化率が高いからである。
【００１３】また，上記において，前記第１触媒コンバ
ータを，胴部の断面積が排気ガスへの装着部よりもその
下流側において小さくなるようにし，この下流側の胴部
と排気ガスの外壁との間の空隙部に前記第２供給部を設
けるようにすることが好ましい。上記空隙部に二次空気
を流入させることにより，二次空気によって第１触媒コ
ンバータが冷却され，第１触媒コンバータの過熱が抑制
されるからである。
ータを，胴部の断面積が排気ガスへの装着部よりもその
下流側において小さくなるようにし，この下流側の胴部
と排気ガスの外壁との間の空隙部に前記第２供給部を設
けるようにすることが好ましい。上記空隙部に二次空気
を流入させることにより，二次空気によって第１触媒コ
ンバータが冷却され，第１触媒コンバータの過熱が抑制
されるからである。
【００１４】
【作用及び効果】本発明にかかる排気ガス浄化装置にお
いては，上流側に熱容量の小さい第１触媒コンバータが
設けられている。そのため，内燃機関を始動させた後，
急速に第１触媒コンバータが昇温，活性化することがで
きる。また，第１触媒コンバータが活性化を開始した後
は，二次空気が第１触媒コンバータの上流に供給される
から，排気ガスの酸化反応と第１触媒コンバータでの浄
化反応が一層促進され第１触媒コンバータの昇温を一段
と高めることができる。そして，下流の第２触媒コンバ
ータの昇温，活性も同時に促進される。上記のように，
始動後早期に触媒コンバータの昇温，活性化を達成する
ことができる。
いては，上流側に熱容量の小さい第１触媒コンバータが
設けられている。そのため，内燃機関を始動させた後，
急速に第１触媒コンバータが昇温，活性化することがで
きる。また，第１触媒コンバータが活性化を開始した後
は，二次空気が第１触媒コンバータの上流に供給される
から，排気ガスの酸化反応と第１触媒コンバータでの浄
化反応が一層促進され第１触媒コンバータの昇温を一段
と高めることができる。そして，下流の第２触媒コンバ
ータの昇温，活性も同時に促進される。上記のように，
始動後早期に触媒コンバータの昇温，活性化を達成する
ことができる。
【００１５】一方，第１触媒コンバータが活性化して過
熱状態にある場合には，第１触媒コンバータの下流の第
２供給部から二次空気を供給し，二次空気による昇温作
用が第１触媒コンバータに及ばないようにすると共に，
燃料噴射を増加させ，その気化潜熱によって第１触媒コ
ンバータの過熱を抑制することができる（ＯＴＰ制
御）。
熱状態にある場合には，第１触媒コンバータの下流の第
２供給部から二次空気を供給し，二次空気による昇温作
用が第１触媒コンバータに及ばないようにすると共に，
燃料噴射を増加させ，その気化潜熱によって第１触媒コ
ンバータの過熱を抑制することができる（ＯＴＰ制
御）。
【００１６】そのため，第１触媒コンバータの過熱によ
る不具合を抑制することが可能となる。また，第２触媒
コンバータは浄化能力（容量）が大きいから，ＯＴＰ制
御によって燃料噴射を増加させても充分な浄化能力を有
しており，また一般に熱容量も大きいから昇温速度が遅
く容易に過熱状態となることがなく，高浄化率を保持で
きる。上記のように，本発明によれば，内燃機関始動後
の触媒コンバータの早期活性化と，高速・高負荷時にお
ける触媒コンバータの過熱劣化防止及び高浄化率の保持
とを合わせて実現することのできる内燃機関の排気ガス
浄化装置を提供することができる。
る不具合を抑制することが可能となる。また，第２触媒
コンバータは浄化能力（容量）が大きいから，ＯＴＰ制
御によって燃料噴射を増加させても充分な浄化能力を有
しており，また一般に熱容量も大きいから昇温速度が遅
く容易に過熱状態となることがなく，高浄化率を保持で
きる。上記のように，本発明によれば，内燃機関始動後
の触媒コンバータの早期活性化と，高速・高負荷時にお
ける触媒コンバータの過熱劣化防止及び高浄化率の保持
とを合わせて実現することのできる内燃機関の排気ガス
浄化装置を提供することができる。
【００１７】
実施例１ 本例は，図１に示すように，内燃機関の排気通路４５に
介装された排気ガス浄化装置１である。浄化装置１は，
排気通路４５の上流側に配置された熱容量の小さい第１
触媒コンバータ１１と，第１触媒コンバータ１１の下流
側に配置された排気浄化容量の大きい第２触媒コンバー
タ１２と，第１触媒コンバータ１１の上流側の排気通路
４５１又は第１触媒コンバータ１１と第２触媒コンバー
タ１２との間の排気通路４５２に選択的に二次空気を供
給することのできる二次空気供給手段１３と，内燃機関
の燃料噴射量を増加させる燃料噴射増量手段１４と，排
気ガスの温度を検出する温度判定手段（温度センサ）２
１と，内燃機関４１の運転状況検出手段２２と，温度判
定手段２１及び運転状況検出手段２２の出力信号を受け
て二次空気供給手段１３及び燃料噴射増量手段１４を操
作する制御手段３０とを有する。
介装された排気ガス浄化装置１である。浄化装置１は，
排気通路４５の上流側に配置された熱容量の小さい第１
触媒コンバータ１１と，第１触媒コンバータ１１の下流
側に配置された排気浄化容量の大きい第２触媒コンバー
タ１２と，第１触媒コンバータ１１の上流側の排気通路
４５１又は第１触媒コンバータ１１と第２触媒コンバー
タ１２との間の排気通路４５２に選択的に二次空気を供
給することのできる二次空気供給手段１３と，内燃機関
の燃料噴射量を増加させる燃料噴射増量手段１４と，排
気ガスの温度を検出する温度判定手段（温度センサ）２
１と，内燃機関４１の運転状況検出手段２２と，温度判
定手段２１及び運転状況検出手段２２の出力信号を受け
て二次空気供給手段１３及び燃料噴射増量手段１４を操
作する制御手段３０とを有する。
【００１８】制御手段３０は，運転状況検出手段２２及
び温度判定手段２１の出力に基づいて，第１触媒コンバ
ータ１１が活性化を既に開始し且つ過熱状態となる恐れ
がないと判定した場合には，第１触媒コンバータ１１の
上流の第１供給部４５８に二次空気を供給すると共に燃
料噴射増量手段１４を操作して燃料噴射量を増加する
（図２，ステップ６１５〜６１７）。また，第１触媒コ
ンバータ１１に悪影響を及ぼす恐れのある過熱状態にあ
ると判定した場合には，第１触媒コンバータ１１と第２
触媒コンバータ１２の間の第２供給部４５９に二次空気
を供給し，燃料噴射を増加させる（図３，ステップ６２
４〜６２６）。
び温度判定手段２１の出力に基づいて，第１触媒コンバ
ータ１１が活性化を既に開始し且つ過熱状態となる恐れ
がないと判定した場合には，第１触媒コンバータ１１の
上流の第１供給部４５８に二次空気を供給すると共に燃
料噴射増量手段１４を操作して燃料噴射量を増加する
（図２，ステップ６１５〜６１７）。また，第１触媒コ
ンバータ１１に悪影響を及ぼす恐れのある過熱状態にあ
ると判定した場合には，第１触媒コンバータ１１と第２
触媒コンバータ１２の間の第２供給部４５９に二次空気
を供給し，燃料噴射を増加させる（図３，ステップ６２
４〜６２６）。
【００１９】また，第１触媒コンバータ１１の上流の排
気通路４５１には第１の酸素濃度検出手段（Ｏ2 セン
サ）１５が設けられており，制御手段３０は，第１触媒
コンバータ１１及び第１酸素濃度検出手段１５が活性化
しており且つ第１触媒コンバータ１１が過熱状態にない
と判定した場合には，二次空気の供給及び燃料噴射の増
量を停止し，第１酸素濃度検出手段１５に基づいて排気
ガスの空燃比制御を行う（図２，ステップ６１９）。
気通路４５１には第１の酸素濃度検出手段（Ｏ2 セン
サ）１５が設けられており，制御手段３０は，第１触媒
コンバータ１１及び第１酸素濃度検出手段１５が活性化
しており且つ第１触媒コンバータ１１が過熱状態にない
と判定した場合には，二次空気の供給及び燃料噴射の増
量を停止し，第１酸素濃度検出手段１５に基づいて排気
ガスの空燃比制御を行う（図２，ステップ６１９）。
【００２０】また，第１触媒コンバータ１１と第２触媒
コンバータ１２の間の排気通路４５２には第２の酸素濃
度検出手段（Ｏ2 センサ）１６が設けられており，二次
空気供給手段１３には二次空気の量を調整する流量調整
弁１３３が備えられている。そして，第１触媒コンバー
タ１１が過熱状態にあると判定した場合には，制御手段
３０は，第２酸素濃度検出手段１６の出力に基づいて二
次空気の供給量を調整し，第２触媒コンバータ１２に流
入する排気ガスの酸素濃度を理論空燃比の酸素濃度に近
づけるよう制御する。
コンバータ１２の間の排気通路４５２には第２の酸素濃
度検出手段（Ｏ2 センサ）１６が設けられており，二次
空気供給手段１３には二次空気の量を調整する流量調整
弁１３３が備えられている。そして，第１触媒コンバー
タ１１が過熱状態にあると判定した場合には，制御手段
３０は，第２酸素濃度検出手段１６の出力に基づいて二
次空気の供給量を調整し，第２触媒コンバータ１２に流
入する排気ガスの酸素濃度を理論空燃比の酸素濃度に近
づけるよう制御する。
【００２１】また，図１，図５に示すように，第１触媒
コンバータ１１は，胴部１９（図５）の断面積が排気通
路への装着部１９１よりも下流側１９２において小さ
く，下流側の胴部１９２と排気通路の外壁４５７（図
１）との間に空隙部４６を生ずるよう構成されている。
そして，二次空気の第２供給部４５９は空隙部４６に設
けられている。
コンバータ１１は，胴部１９（図５）の断面積が排気通
路への装着部１９１よりも下流側１９２において小さ
く，下流側の胴部１９２と排気通路の外壁４５７（図
１）との間に空隙部４６を生ずるよう構成されている。
そして，二次空気の第２供給部４５９は空隙部４６に設
けられている。
【００２２】それぞれについて説明を補足する。第１触
媒コンバータ１１の反応部１１０は，図５に示すよう
に，胴部１９に収容されている。そしてその下流側が胴
部１９に接合され，上流側は胴部１９との間に空隙４７
を有する。そして，この空隙４７の断熱的作用により，
反応部１１０の放熱が抑制されている。図５において，
符号１１１は，排気通路４５１に装着するためのフラン
ジである。
媒コンバータ１１の反応部１１０は，図５に示すよう
に，胴部１９に収容されている。そしてその下流側が胴
部１９に接合され，上流側は胴部１９との間に空隙４７
を有する。そして，この空隙４７の断熱的作用により，
反応部１１０の放熱が抑制されている。図５において，
符号１１１は，排気通路４５１に装着するためのフラン
ジである。
【００２３】温度判定手段２１及び第１酸素濃度検出手
段１５は，内燃機関の排気マニホールドの出口付近に設
置されている。そして，燃料噴射増量手段１４は，フュ
エルインジェクタを制御する電磁コイルである。二次空
気供給手段１３は，図１に示すように，エアポンプ（又
はコンプレッサ）１３２と，その駆動モータ１３１と，
流量調節弁１３３と，３ポート２位置切換弁１３４と，
第１供給部４５８及び第２供給部４５９に至る流路にそ
れぞれ配置された逆止弁１３５，１３６とを有する。
段１５は，内燃機関の排気マニホールドの出口付近に設
置されている。そして，燃料噴射増量手段１４は，フュ
エルインジェクタを制御する電磁コイルである。二次空
気供給手段１３は，図１に示すように，エアポンプ（又
はコンプレッサ）１３２と，その駆動モータ１３１と，
流量調節弁１３３と，３ポート２位置切換弁１３４と，
第１供給部４５８及び第２供給部４５９に至る流路にそ
れぞれ配置された逆止弁１３５，１３６とを有する。
【００２４】エアポンプ１３２は，排気ガスの最大圧力
よりも大きな吐出圧力を有するエア駆動装置である。制
御手段３０は，マイクロプロセッサを有する電子制御装
置（ＥＣＵ）である。制御手段３０は，エアポンプ１３
２（モータ１３１）を駆動し，流量調節弁１３３と切換
弁１３４を介して排気通路４５１，４５２に二次空気を
供給する。そして逆止弁１３５，１３６は，排気ガス
（二次空気）の逆流を防止する。
よりも大きな吐出圧力を有するエア駆動装置である。制
御手段３０は，マイクロプロセッサを有する電子制御装
置（ＥＣＵ）である。制御手段３０は，エアポンプ１３
２（モータ１３１）を駆動し，流量調節弁１３３と切換
弁１３４を介して排気通路４５１，４５２に二次空気を
供給する。そして逆止弁１３５，１３６は，排気ガス
（二次空気）の逆流を防止する。
【００２５】次に本例の浄化装置１の制御をフローチャ
ートに基づいて説明する。図２は，機関冷間時における
作動を示したフローチャートである。先ず，ステップ６
００で機関の回転数ＮＥ，吸入空気量ＱＮ，吸気管圧力
ＰＭ，スロットル開度ＴＡ，冷却水温ＴＨＷ等のパラメ
ータから運転状態を検出し，これに基づきステップ６１
０で基本燃料噴射量を演算する。
ートに基づいて説明する。図２は，機関冷間時における
作動を示したフローチャートである。先ず，ステップ６
００で機関の回転数ＮＥ，吸入空気量ＱＮ，吸気管圧力
ＰＭ，スロットル開度ＴＡ，冷却水温ＴＨＷ等のパラメ
ータから運転状態を検出し，これに基づきステップ６１
０で基本燃料噴射量を演算する。
【００２６】次にステップ６１１で排ガス温度センサ２
１の検出信号に基づき排ガス温度ＴE が触媒に悪影響を
及ぼす高温状態を示す所定の温度ＴS （ＴS ＝７００〜
８００℃）以上かどうかを判定する。ＴE ＜ＴS ならば
ステップ６１２に進む。ＴE≧ＴS ならば，後述する図
３のステップ６２３に進む。次にステップ６１２で第１
触媒コンバータ１１の活性状態を検出あるいは推定す
る。ここで，第１触媒コンバータ２の活性状態検出ある
いは推定手段の一例を図４に示す。
１の検出信号に基づき排ガス温度ＴE が触媒に悪影響を
及ぼす高温状態を示す所定の温度ＴS （ＴS ＝７００〜
８００℃）以上かどうかを判定する。ＴE ＜ＴS ならば
ステップ６１２に進む。ＴE≧ＴS ならば，後述する図
３のステップ６２３に進む。次にステップ６１２で第１
触媒コンバータ１１の活性状態を検出あるいは推定す
る。ここで，第１触媒コンバータ２の活性状態検出ある
いは推定手段の一例を図４に示す。
【００２７】図４において，始めに上記機関の運転状
態，すなわちステップ６００における機関回転数ＮＥ，
吸入空気量ＱＮ，スロットル開度ＴＡ，冷却水温ＴＨＷ
等のパラメータと機関始動後の経過時間とに基づいて，
ステップ６５１で排ガス熱エネルギーの累積値Ｑを算出
する。一方，ステップ６５２において，予め計算あるい
は実験的に求められた第１触媒コンバータ１１の熱容量
Ｍおよび排ガスからの伝熱効率ｋが，制御手段３０に与
えられる。
態，すなわちステップ６００における機関回転数ＮＥ，
吸入空気量ＱＮ，スロットル開度ＴＡ，冷却水温ＴＨＷ
等のパラメータと機関始動後の経過時間とに基づいて，
ステップ６５１で排ガス熱エネルギーの累積値Ｑを算出
する。一方，ステップ６５２において，予め計算あるい
は実験的に求められた第１触媒コンバータ１１の熱容量
Ｍおよび排ガスからの伝熱効率ｋが，制御手段３０に与
えられる。
【００２８】これらより，ステップ６５３において始動
ｔ秒後の第１触媒コンバータ２の温度Ｔを推定する。次
にステップ６５４において，上記推定温度Ｔが，触媒活
性温度Ｔａ（一般的に約３００〜３５０℃）に対しＴ＜
Ｔａであれば未活性であり，Ｔ≧Ｔａであれば活性化し
ていると判定する。
ｔ秒後の第１触媒コンバータ２の温度Ｔを推定する。次
にステップ６５４において，上記推定温度Ｔが，触媒活
性温度Ｔａ（一般的に約３００〜３５０℃）に対しＴ＜
Ｔａであれば未活性であり，Ｔ≧Ｔａであれば活性化し
ていると判定する。
【００２９】そして，図２のステップ６１２において，
第１触媒コンバータ１１が活性化していない場合は，後
述するステップ６２０にスキップする。ステップ６１２
で少なくとも一部分が活性化していれば，ステップ６１
３で第１Ｏ2 センサ１５の活性状態を判定する。なお，
第１Ｏ2 センサ１５は，ヒータ付きＯ2 センサ１５であ
り，この活性状態判定手段としては，ヒータ通電時間
と，予め計算あるいは実験的に求められたＯ2 センサの
昇温特性から活性化状態を推定することができる（一般
的には機関始動後約３０秒〜４０秒で約６００℃以
上）。
第１触媒コンバータ１１が活性化していない場合は，後
述するステップ６２０にスキップする。ステップ６１２
で少なくとも一部分が活性化していれば，ステップ６１
３で第１Ｏ2 センサ１５の活性状態を判定する。なお，
第１Ｏ2 センサ１５は，ヒータ付きＯ2 センサ１５であ
り，この活性状態判定手段としては，ヒータ通電時間
と，予め計算あるいは実験的に求められたＯ2 センサの
昇温特性から活性化状態を推定することができる（一般
的には機関始動後約３０秒〜４０秒で約６００℃以
上）。
【００３０】ステップ６１３で第１Ｏ2 センサ１５が活
性化していれば，ステップ６１８にスキップし，二次空
気供給手段１３を停止してステップ６１９で通常のＡ／
Ｆ（空燃比）フィードバック制御に入る。一方，ステッ
プ６１３において第１Ｏ2 センサ１５が活性化していな
ければ，ステップ６１４でＡ／Ｆフードバック制御は停
止し，ステップ６１５で２位置流路切換え弁１３４によ
り第１の二次空気供給路４５８を選択し，続くステップ
６１６で２二次空気供給手段１３を作動させ，ステップ
６１７で燃料噴射量を増量する。上記のようにステップ
６１２（出力否），ステップ６１４〜６１７，あるいは
６１８，６１９を経て，ステップ６２０で，最終的な燃
料噴射量が決定される。
性化していれば，ステップ６１８にスキップし，二次空
気供給手段１３を停止してステップ６１９で通常のＡ／
Ｆ（空燃比）フィードバック制御に入る。一方，ステッ
プ６１３において第１Ｏ2 センサ１５が活性化していな
ければ，ステップ６１４でＡ／Ｆフードバック制御は停
止し，ステップ６１５で２位置流路切換え弁１３４によ
り第１の二次空気供給路４５８を選択し，続くステップ
６１６で２二次空気供給手段１３を作動させ，ステップ
６１７で燃料噴射量を増量する。上記のようにステップ
６１２（出力否），ステップ６１４〜６１７，あるいは
６１８，６１９を経て，ステップ６２０で，最終的な燃
料噴射量が決定される。
【００３１】一方，ステップ６１１において，ＴE ≧Ｔ
S の場合には，図３のステップ６２３に進み，以下に述
べる触媒コンバータが過熱状態における処理を実施す
る。始めに，ステップ６２３において，Ａ／Ｆフィード
バック制御を停止する。次にステップ６２４において，
制御手段３０は第２供給路４５９を選択し，ステップ６
２５において切換え弁１３４を第２供給路４５９側に作
動させる。
S の場合には，図３のステップ６２３に進み，以下に述
べる触媒コンバータが過熱状態における処理を実施す
る。始めに，ステップ６２３において，Ａ／Ｆフィード
バック制御を停止する。次にステップ６２４において，
制御手段３０は第２供給路４５９を選択し，ステップ６
２５において切換え弁１３４を第２供給路４５９側に作
動させる。
【００３２】そして，ステップ６２６において，燃料噴
射量を増量する（ＯＴＰ制御）。続くステップ６２７で
第２酸素濃度検出手段１６の出力を見て，排気ガスの酸
素濃度がリッチか否かをチェックする。リッチであれ
ば，ステップ６２８において，流量調節弁１３３を操作
し二次空気の量を増加する。ステップ６２７で結果がリ
ーンであれば，ステップ６２９において二次空気の量を
減少させる。
射量を増量する（ＯＴＰ制御）。続くステップ６２７で
第２酸素濃度検出手段１６の出力を見て，排気ガスの酸
素濃度がリッチか否かをチェックする。リッチであれ
ば，ステップ６２８において，流量調節弁１３３を操作
し二次空気の量を増加する。ステップ６２７で結果がリ
ーンであれば，ステップ６２９において二次空気の量を
減少させる。
【００３３】以上の構成による本実施例の作動および効
果を以下に説明する。内燃機関の始動直後のような冷間
時において，第１触媒コンバータ１１の少なくとも一部
分が活性化し，且つ第１のＯ2 センサ１５が未活性のと
き，ステップ６１４〜６１７に示すように燃料噴射量を
増量する（暖気増量）。そして，二次空気供給手段１３
を作動させ，２位置流路切換え弁１３４をポジションＡ
（図１）とし，第１の二次空気供給路４５８から第１触
媒コンバータ１１の上流側に二次空気を供給する。
果を以下に説明する。内燃機関の始動直後のような冷間
時において，第１触媒コンバータ１１の少なくとも一部
分が活性化し，且つ第１のＯ2 センサ１５が未活性のと
き，ステップ６１４〜６１７に示すように燃料噴射量を
増量する（暖気増量）。そして，二次空気供給手段１３
を作動させ，２位置流路切換え弁１３４をポジションＡ
（図１）とし，第１の二次空気供給路４５８から第１触
媒コンバータ１１の上流側に二次空気を供給する。
【００３４】これにより第１触媒コンバータ１１内での
反応が促進され，急速に全域が活性化し，更にその反応
熱により第１触媒コンバータ１１を通過後の排ガス温度
を高め，第２触媒コンバータ１２も早期に活性化する。
以上の作用により，機関始動直後から良好な排ガス浄化
性能が得られる。
反応が促進され，急速に全域が活性化し，更にその反応
熱により第１触媒コンバータ１１を通過後の排ガス温度
を高め，第２触媒コンバータ１２も早期に活性化する。
以上の作用により，機関始動直後から良好な排ガス浄化
性能が得られる。
【００３５】一方，高速・高負荷運転時においては，排
ガス温度センサ２１により排ガス温度が，触媒に悪影響
を及ぼす高温状態を示す所定の温度以上であると判定さ
れたとき，ステップ６２３以下に示すように，燃料噴射
量を増量（ＯＴＰ増量）し，余剰燃料の気化潜熱により
第１触媒コンバータ１１の過熱を防止し，同時に二次空
気供給手段１３を作動させ，２位置流路切換え弁１３４
をポジションＢとし，第２の二次空気供給路４５９から
第１触媒コンバータ１１の下流側に二次空気を供給す
る。
ガス温度センサ２１により排ガス温度が，触媒に悪影響
を及ぼす高温状態を示す所定の温度以上であると判定さ
れたとき，ステップ６２３以下に示すように，燃料噴射
量を増量（ＯＴＰ増量）し，余剰燃料の気化潜熱により
第１触媒コンバータ１１の過熱を防止し，同時に二次空
気供給手段１３を作動させ，２位置流路切換え弁１３４
をポジションＢとし，第２の二次空気供給路４５９から
第１触媒コンバータ１１の下流側に二次空気を供給す
る。
【００３６】そして本実施例による構成では，第２の供
給路４５９から供給される二次空気が，第１触媒コンバ
ータ１１の周囲の空間部４６を回り込み，第１触媒コン
バータ１１を周囲から冷却する効果も期待できる。また
このとき，第２のＯ2 センサ１６の検出信号に基づき，
第２触媒コンバータ１２に流入する排ガスの空燃比を理
論空燃比近傍に維持するように流量調整弁１３３により
二次空気の流量を調整することにより，大容量の第２触
媒コンバータ１２で浄化率を良好とし充分な排ガス浄化
能力を確保することが可能となる。
給路４５９から供給される二次空気が，第１触媒コンバ
ータ１１の周囲の空間部４６を回り込み，第１触媒コン
バータ１１を周囲から冷却する効果も期待できる。また
このとき，第２のＯ2 センサ１６の検出信号に基づき，
第２触媒コンバータ１２に流入する排ガスの空燃比を理
論空燃比近傍に維持するように流量調整弁１３３により
二次空気の流量を調整することにより，大容量の第２触
媒コンバータ１２で浄化率を良好とし充分な排ガス浄化
能力を確保することが可能となる。
【００３７】上記のように，本例によれば，内燃機関始
動後の触媒コンバータ１１，１２の早期活性化と，高速
・高負荷時における触媒コンバータ１１の過熱劣化防止
及び高浄化率の保持とを合わせて実現することのできる
内燃機関の排気ガス浄化装置１を提供することができ
る。なお，本例では，温度判定手段２１を別個に設けた
が，運転状況検出手段２２から得られる機関回転数Ｎ
Ｅ，吸入空気量ＱＮ，冷却水温度ＴＨＷ等の情報から排
気ガス温度あるいは触媒コンバータの温度を推定するよ
うにしてもよい。
動後の触媒コンバータ１１，１２の早期活性化と，高速
・高負荷時における触媒コンバータ１１の過熱劣化防止
及び高浄化率の保持とを合わせて実現することのできる
内燃機関の排気ガス浄化装置１を提供することができ
る。なお，本例では，温度判定手段２１を別個に設けた
が，運転状況検出手段２２から得られる機関回転数Ｎ
Ｅ，吸入空気量ＱＮ，冷却水温度ＴＨＷ等の情報から排
気ガス温度あるいは触媒コンバータの温度を推定するよ
うにしてもよい。
【００３８】実施例２ 本例は，実施例１において，第２触媒コンバータ１２の
上流の酸素濃度検出手段１６に替えて第２触媒コンバー
タ１２の下流側の酸素濃度検出手段１７（図１）を用
い，これによって第２触媒コンバータ１２に流入する排
気ガスの空燃比の状態を判定し，これに基づいて二次空
気の供給量を制御するようにしたもう１つの実施例であ
る。その他については，実施例１と同様であり，同様の
効果を得ることができる。
上流の酸素濃度検出手段１６に替えて第２触媒コンバー
タ１２の下流側の酸素濃度検出手段１７（図１）を用
い，これによって第２触媒コンバータ１２に流入する排
気ガスの空燃比の状態を判定し，これに基づいて二次空
気の供給量を制御するようにしたもう１つの実施例であ
る。その他については，実施例１と同様であり，同様の
効果を得ることができる。
【図１】実施例１の排気ガス浄化装置のシステム構成
図。
図。
【図２】実施例１の浄化装置の制御フローチャート（但
し触媒コンバータ温度の高温時を除く）。
し触媒コンバータ温度の高温時を除く）。
【図３】実施例１の浄化装置の制御フローチャート（触
媒コンバータ温度の高温時であり図２を補完するも
の）。
媒コンバータ温度の高温時であり図２を補完するも
の）。
【図４】実施例１の浄化装置において第１触媒コンバー
タの活性化状況を判定するための制御フローチャート。
タの活性化状況を判定するための制御フローチャート。
【図５】実施例１の第１触媒コンバータの拡大断面図。
１１．．．第１触媒コンバータ， １２．．．第２触媒コンバータ， １３．．．二次空気供給手段， １４．．．燃料噴射増量手段， ２１．．．温度判定手段， ２２．．．運転状況検出手段， ３０．．．制御手段，
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/04 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３０Ｄ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｐ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｔ
Claims (5)
- 【請求項１】 内燃機関の排気通路に介装された排気ガ
ス浄化装置であって，この浄化装置は，排気通路の上流
側に配置された熱容量の小さい第１触媒コンバータと，
この第１触媒コンバータの下流側に配置された排気浄化
容量の大きい第２触媒コンバータと，上記第１触媒コン
バータの上流側の排気通路又は上記第１触媒コンバータ
と第２触媒コンバータとの間の排気通路に選択的に二次
空気を供給することのできる二次空気供給手段と，内燃
機関の燃料噴射量を増加させる燃料噴射増量手段と，排
気ガスの温度又は第１触媒コンバータの温度を検出又は
推定する温度判定手段と，内燃機関の運転状況検出手段
と，上記温度判定手段及び運転状況検出手段の出力信号
を受けて上記二次空気供給手段及び燃料噴射増量手段を
操作する制御手段とを有しており，上記制御手段は，上
記運転状況検出手段及び温度判定手段の出力に基づい
て，上記第１触媒コンバータが活性化を既に開始し且つ
過熱状態となる恐れがないと判定した場合には，第１触
媒コンバータの上流側の第一供給部に二次空気を供給
し，一方，上記第１触媒コンバータに悪影響を及ぼす恐
れのある過熱状態にあると判定した場合には，上記第１
触媒コンバータと第２触媒コンバータの間の第二供給部
に二次空気を供給すると共に燃料噴射量を増加させるよ
う上記二次空気供給手段及び燃料噴射増量手段を操作す
ることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項２】 請求項１において，前記制御手段は，前
記第１触媒コンバータが部分活性化状態にあると判定す
る場合には，前記燃料噴射増量手段を操作し燃料噴射量
を増加させることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化
装置。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２において，前記第
１触媒コンバータの上流の排気通路には第一の酸素濃度
検出手段が設けられており，前記制御手段は，上記第１
触媒コンバータ及び第一酸素濃度検出手段が活性化して
おり且つ第１触媒コンバータが前記過熱状態にないと判
定した場合には，二次空気の供給及び燃料噴射の増量を
停止し，上記第一酸素濃度検出手段の出力信号に基づい
て，排気ガスの酸素濃度が理論空燃比近傍の値となるよ
う空燃比制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガ
ス浄化装置。 - 【請求項４】 請求項１，請求項２又は請求項３におい
て，前記第１触媒コンバータと第２触媒コンバータの間
の排気通路又は第２触媒コンバータの下流の排気通路に
は第二の酸素濃度検出手段が設けられており，また前記
二次空気供給手段には供給する二次空気の量を調整する
ことのできる量調節手段が備えられており，前記制御手
段は，上記第１触媒コンバータが前記過熱状態にあると
判定した場合には，上記第二酸素濃度検出手段の出力に
基づいて二次空気の供給量を調節し，第２触媒コンバー
タに流入する排気ガスの酸素濃度を理論空燃比近傍の酸
素濃度に近づけるよう制御することを特徴とする内燃機
関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
おいて，前記第１触媒コンバータは，胴部の断面積が排
気通路への装着部よりもその下流側において小さく，こ
の下流側の胴部と排気通路の外壁との間に空隙部を生ず
るよう構成されており，前記二次空気の第二供給部は上
記空隙部に設けられていることを特徴とする内燃機関の
排気ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12059995A JP3774910B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1995
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