JPH05163935A - エンジンの排気浄化装置及び触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの排気浄化用触媒の機関低温運転時
の急速加熱と触媒燃焼効率を高めて排気浄化を向上させ
る。 【構成】 エンジン３の排気管５にヒータ付き触媒７と
通常の触媒８とよりなる触媒部６を設け、この触媒部上
流に制御弁１２付き空気導入管１０を介して低温運転時
に２次空気を導入する。２次空気はマイコン１３によ
り、燃料挙動モデルとエンジン状態検出データとから未
燃燃焼量が推定され、その未燃燃焼量から触媒燃焼に適
した２次空気量が演算またはデータ検索され、制御弁１
２を介し２次空気量を制御する。又は空燃比センサ１１
で検出される実２次空燃比と目標２次空燃比の偏差や、
触媒部６の温度が最大となるよう２次空気量を微小単位
で加減制御したり、排気弁の開閉に応じて２次空気量を
加減制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの排気浄化装置
に係り、特に低温始動、暖機運転等の低温運転時の排気
ガスの浄化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの排気ガスを浄化す
るために排気管に触媒コンバータを配置している。触媒
は、エンジンの低温運転時には温度が低く充分に活性化
されていないため、何らかの対策を講じないと排気ガス
中の未燃成分が浄化されることなく排出される。

【０００３】そのため、例えば特開昭５３−９５４１７
号公報に開示の排気浄化装置では、機関の低温運転時に
電気ヒータで触媒を加熱して浄化効率を高めたり、特開
昭５４−７９３１９号に開示の装置では、主触媒のほか
に電気ヒータ付きの副触媒をもうけてヒータの加熱容量
の低減を図り、さらには排気管の空気を副触媒上流に空
気（吸気系の空気と区別するため２次空気とする）を導
入することで触媒燃焼を促進させ排気浄化効率を高める
技術が提案されている。

【０００４】また、そのほかに特開昭５９−９６４２４
号公報に開示の装置では、排気管における三元触媒コン
バータの上流に２次空気を導入し、且つこの２次空気を
理論空燃比に対して一定周波数（１Ｈｚ〜２Ｈｚ）で周
期的に変動させている。この周期的変動を行う技術は、
三元触媒のウィンドウ（排気ガス中の有害成分ＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯｘを三元触媒を用いて同時に低減させようとす
る場合、その浄化効率が８０％以上となる空燃比領域を
ウィンドウと称し、理論空燃比の浄化効率が最も大き
い）の幅を広げて浄化効率を高めようとするもので、特
に三元触媒が活性化に必要な温度に至った後に有効とさ
れる。

【０００５】すなわち、三元触媒は酸素保持機能を有す
る。そのため、２次空気導入により空燃比〔ここでの空
燃比は、本来の空燃比と多少違った意味合いをもち、エ
ンジンの全空気量（吸入空気と２次空気との和）に対す
る供給燃料量の比をいい、これを本文中では本来の空燃
比と区別するため２次空燃比と称する）を周期的に変動
させ、２次空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある
ときには三元触媒がＮＯｘから酸素を奪い取ってＮＯｘ
を還元させるとともに奪い取った酸素を保持し、空燃比
が理論空燃比よりもリッチ側になると保持した酸素を放
出してＣＯ，ＨＣの酸化を行う。これを周期的に繰り返
すことで、基準空燃比が理論空燃比からずれたとしても
高い浄化効率を得、本来狭い幅であるウィンドウの幅を
少しでも広げようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
より種々の排気浄化装置が提案されている。このうち、
特に低温運転時には、電気ヒータにより副触媒を加熱す
ると共に、未燃成分の触媒燃焼を促進させるために２次
空気を導入する方式が有効と考えられるが、どの程度の
２次空気をどのような判断の基に導入すればよいかとい
った配慮がなされておらず、実効性を上げるには未解決
な問題が残されていた。

【０００７】特に、低温運転時には、本来の空燃比もエ
ンジンの暖機の推移（換言すれば冷却水温の変化）に対
応させて変化させているので、それに合わせて触媒燃焼
を図るための最適な２次空気量も一様ではなく、この２
次空気量を適量制御することが望まれる。

【０００８】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その主
な目的は、エンジンの低温運転時の触媒の加熱容量を小
さくしつつ、その運転状況にあった２次空気量の最適制
御を図ることで触媒燃焼効率ひいては排気浄化効率をよ
り一層高め、且つ触媒の温度上昇の時間短縮を図って触
媒加熱源（電気ヒータ）の省エネルギーを図ることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、この種の触媒部として、通常の触媒とその
上流に配置されエンジンの低温運転時に電気加熱される
ヒータ付き触媒とで構成し、且つこの触媒部の上流に２
次空気を導入する手段を備えることを前提として、次の
ような２次空気量制御系を備える。

【００１０】一つは、排気管内に排出される低温運転時
の未燃燃料量を燃料挙動モデルと低温運転時に関する検
出データより推定して触媒燃焼に適した２次空気量を演
算又は予め記憶したデータマップより検索する手段を有
し、この演算又は検索結果を基に２次空気量を制御する
よう設定した（これを第１の課題解決手段とする）。

【００１１】一つは、エンジンの低温運転時における排
気管内の２次空燃比を空燃比センサにより検出して、実
２次空燃比と目標２次空燃比との偏差により触媒燃焼に
適した２次空気量を演算する手段を有し、この演算結果
を基に２次空気量を制御するよう設定した（これを第２
の課題解決手段とする）。

【００１２】一つは、低温運転時のヒータ付き触媒又は
その近傍の温度を温度センサにより検出して、その温度
検出値が最大となるよう２次空気量を量子化された微小
単位で加減制御する手段を有して成る（これを第３の課
題解決手段とする）。

【００１３】一つは、低温運転時に供給すべき２次空気
量をエンジン運転状況に対応させて触媒燃焼に適した量
に制御する時に、排気弁の開閉を検知するセンサを用い
てその２次空気量を排気弁の開閉動作により変化する排
気流量に対応させて加減制御する手段を有して成る（こ
れを第４の課題解決手段とする）。

【００１４】

【作用】

第１の課題解決手段の作用…噴射弁から噴射される燃料
の一部は吸気管壁に付着したり吸気弁に衝突して液膜
（液状燃料）を形成し、これが燃焼室内に流入し、エン
ジンの低温時にはその一部が排気行程時に未燃成分とし
て排出される。この一連の燃料挙動モデルを低温運転時
に関する検出データ（例えば、エンジンにおける冷却水
温、回転数、負荷等）と関連づけることで、低温時の未
燃燃料量を推定できる。

【００１５】そして、この推定された未燃燃料量に対し
て、その比率から電気加熱触媒（ヒータ付き触媒）の触
媒燃焼が最適となる２次空気量を演算により或いは予め
記憶したデータマップの検索により求めることができ
る。これにより２次空気量を制御すれば、空燃比が暖機
状況に合わせて変化する低温運転時の場合にもヒータ付
き触媒（ヒータ付き触媒は低温運転時に電気ヒータによ
り加熱された状態にある）の触媒燃焼効率を高める。そ
のため、触媒が所定の温度上昇に至る時間も短縮され
る。

【００１６】第２の課題解決手段の作用…排気管内に導
入される２次空気量が最適であれば効率の良い触媒燃焼
が行われることは前述したが、この２次空気量が実際に
どの程度導入されているかは、空燃比センサを用いて２
次空燃比を検出すれば、知ることができる。そして、低
温時始動運転における触媒燃焼が最適となる目標２次空
燃比をエンジン運転に関するデータ（例えば、冷却水
温、回転数、負荷等）と関連させて設定しておけば、エ
ンジン運転の検出データから目標２次空燃比を導いて、
これと実２次空燃比との偏差が求められる。

【００１７】この偏差から目標２次空燃比に要する２次
空気補正量を算出でき、これに基づき２次空気制御を行
うことで、触媒燃焼効率を高める。

【００１８】第３の課題解決手段の作用…低温運転時に
おいて、電気加熱触媒は２次空燃比（換言すれば２次空
気量）が触媒燃焼を図るうえで最適なものであれば、そ
の時点における電気加熱触媒或いはその近傍の温度（以
下、触媒検出温度とする）は最大となるが、最適値から
外れるとその温度は低下してしまう。

【００１９】本課題解決手段では、この現象を利用し
て、２次空気量を量子化された微小単位で加減制御する
ことで、触媒検出温度が最大となる２次空気量（２次空
燃比）を試行探索する。例えば、２次空気量を微小単位
量で増加してその触媒検出温度が上昇した場合は、さら
に２次空気量を増加してみる。そこで触媒検出温度が低
下した場合には、その前の２次空気量が最大触媒検出温
度（最適触媒燃焼）に対応するものと決定するいわゆる
山登り方式で２次空気量を求める。

【００２０】このようにしても、低温時の触媒燃焼効率
を高める。

【００２１】第４の課題解決手段の作用…排気ガス量は
常に一様に排出されるものではなく、各気筒の排気弁の
開閉に応じて変化している。この変化する排気に対して
２次空気量を一定のまま供給していては、２次空燃比は
変化してしまい所望の値い制御することはできない。

【００２２】そこで本課題解決手段は、２次空気量を排
気弁の開閉動作により変化する排気流量に対応させて２
次空気量を変化するよう制御する。これにより２次空燃
比は常に触媒燃焼に最適な目標値に制御でき、排気浄化
効率を高めることができる。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００２４】図１は本発明の第１実施例に係る説明図で
ある。

【００２５】図１において、エアフローメータ１で計量
された空気が吸気管の絞り弁２を通りエンジン３に吸入
される。燃料は噴射弁４で計量されてエンジン３に供給
される。

【００２６】燃焼後の排気ガスは排気管５に排出され、
この排気管５に副触媒コンバータ６と通常の主触媒コン
バータ９とが配置される。副触媒コンバータ６は主触媒
コンバータ９の上流に配置され、電気ヒータ付き触媒７
とその下流にある通常の触媒８とを一つのコンバータケ
ースに組み込んで成る。これらの触媒は例えば三元触媒
が用いられる。そのほか、酸化触媒，還元触媒等であっ
てもよい。低温運転時の場合には、触媒コンバータ７を
電気加熱して早めに活性化するよう設定してある。通常
の触媒８，９は、低温時には活性不良であり、エンジン
が暖機された後に機能を発揮する。触媒７に対する電気
加熱はその対処の一つである。

【００２７】排気浄化装置は、上記副触媒コンバータ
６，主触媒コンバータ９の他に、制御弁１２付きの２次
空気導入管１０，空燃比センサ１１，ヒータ回路１４，
マイクロコンピュータ１３等の２次空気量制御系で構成
される。

【００２８】２次空気導入管１０は排気管５における副
触媒コンバータ６の上流に空気（２次空気）を導き、空
燃比センサ１１は副触媒コンバータ６上流の排気ガスか
ら空燃比を検出するよう配設される。２次空気導入管１
０の空気取入口１５は排気管５近傍に位置してなるべく
暖かい空気を導入する配慮がなされている。

【００２９】マイクロコンピュータ１３は、エンジン制
御系に関する各種センサのデータを入力してエンジン制
御に必要な演算を行う他に、排気浄化系に必要なデータ
入力とその制御に必要な演算を行う機能を与えてある。
エアフローメータ１、空燃比センサ１１の信号はマイク
ロコンピュータ１３に入力される。また、噴射弁４、２
次空気量Ｑａ₂を制御する弁１２及び触媒７のヒータ回
路１４はマイクロコンピュータ１３の制御信号で動作す
る。

【００３０】本実施例では、低温運転時の副触媒コンバ
ータ６（特に電気ヒータ付き触媒７）の触媒燃焼効率を
高めるために、マイクロコンピュータ１３が低温運転時
の状況に合った２次空気量を算出するが、この２次空気
量算出は、低温運転時の未燃燃料量を燃料挙動モデルと
低温運転時に関する冷却水温，回転数，負荷などより推
定し、この結果を基に２次空気量を算出する。

【００３１】図２に排気中に排出される未燃燃料量を推
定する燃料挙動モデルの概念を示す。図２の（ａ）は、
吸入行程中の燃料挙動モデルである。噴射弁４から噴射
される燃料のうち吸気管壁に付着する量をＬｍとし、飛
翔中の燃料量をＳｍとする。Ｌｍは行程遅れをもって燃
焼室２０内に流入する。また、Ｓｍの一部は吸気弁２１
に衝突して液膜を形成する。吸気弁２１に付着して燃焼
室２０内に流入した燃料量をＬｃ₁，吸気弁２１に衝突
して液膜になった分をＬｃ₂とする。燃焼行程を経て、
図２（ｂ）に示すような排気行程となった場合、燃焼室
内に残った液膜量は、それぞれＬｃ₁´，Ｌｃ₂´にな
る。排気行程では、このうちの一部が排気管中に排出さ
れる。この量をＬｅとする。これらのパラメータと、冷
却水温，回転数，負荷などを考慮して例えば数１式に示
すような数式モデルを作りＬｅを求める。

【００３２】

【数１】Ｌｅ＝Ｋ・ＴＷ・Ｌｃ ここでＫはエンジン運転状態によって決定される係数、
Ｔｗは冷却水温、Ｌｃはエンジン燃焼室内に流入する液
状燃料である。

【００３３】図３はそのフローチャートを示す（図中、
Ｓ１〜Ｓ７はステップである）。図３の（ａ）に示すよ
うに、冷却水温，回転数，負荷等から燃焼室内の液状燃
料量Ｌｃを計算し（Ｓ１）、この液状燃料の燃焼後の残
量Ｌｃ´を計算する（Ｓ２）。次に排気管内の液状燃料
量Ｌｅを計算して（Ｓ３）、２次空気量を決定する（Ｓ
４）。この２次空気量は、触媒前の２次空燃比が触媒燃
焼が発生する最適な値となるように決定する。この２次
空気量を供給制御する場合には、エンジンから触媒部ま
での排気管５での燃料の流動遅れを配慮する必要があ
る。図３（ｂ）は、この流動遅れＴｄを配慮した２次空
気供給制御のフローチャートである。

【００３４】すなわち、Ｓ５で排気管への未燃燃料の排
出量Ｌｅを計算した後に、排気管内の流動遅れＴｄをエ
ンジンの運転状態から計算し（Ｓ６）、Ｔｄ時間後に２
次空気量を変化させる。このようにすれば、２次空燃比
を正確に制御でき触媒の効率向上を実現できる。

【００３５】なお、図２，図３に示した方式では、燃焼
室内，排気管内の液状燃料量を推定するのに燃料挙動モ
デルから計算によって求めているが、制御装置（マイク
ロコンピュータ）のメモリに運転状態に対応させて記憶
させておいてもよい。そのマップの例を図４に示す。図
４では、燃料噴射パルスＴｐとエンジン回転数の関数と
して燃焼室内の液状燃料量Ｌｃが記憶されている。同様
に排気管に放出される液状燃料量Ｌｅもメモリ内に記憶
しておく。このＬｃ，Ｌｅは予め実験により求めてお
く。

【００３６】本実施例によれば、空燃比が一様でない低
温運転時においても、副触媒コンバータの触媒燃焼に最
適な２次空気量（２次空燃比）を運転状況に合わせて供
給することで、早急に低温運転においても排気浄化効率
を向上させると共に副触媒コンバータひいてはこれに連
鎖して主触媒コンバータの触媒温度を上昇させることが
できる。

【００３７】また、排気側の２次空気量制御により最適
２次空燃比を保つので、応答性が早く且つエンジン吸気
側の本来の空燃比に変動を与えることがなく排気浄化を
実行できる。なお、エンジンが充分に暖まり副触媒コン
バータ６及び主触媒コンバータ９が活性化に必要な温度
に達すると、マイクロコンピュータ１３からの指令信号
によって副触媒コンバータ６の電気ヒータの通電を停止
し、また制御弁１２が閉じて２次空気量の供給が停止さ
れる。そして、以後は空燃比センサ１１を用いて三元触
媒のウィンドウを保ち得る通常の空燃比制御が実行され
る。

【００３８】図５は本発明の第２実施例を示す説明図
で、その（ａ）に排気ガス浄化装置の２次空気量制御系
のブロック図を、（ｂ）にこれに用いる空燃比センサ
を、（ｃ）に空燃比センサの動作特性を示す。なお、本
実施例では図示省略しているが、図１に示すようなエン
ジン系、及び副触媒コンバータ６，主触媒コンバータ
９，制御弁１２付き２次空気導入管１０，ヒータ回路１
４等を備え、また、以下に述べる２次空気量（２次空燃
比）制御を行うマイクロコンピュータ１３Ａを有する。

【００３９】マイクロコンピュータ１３Ａに、噴射弁か
らの燃料量Ｑｆ、エンジン回転数Ｎ、冷却水温Ｔｗ等が
入力される。これらのエンジンに関するデータから低温
運転時における目標の２次空燃比（目標２次空燃比は触
媒燃焼を図るための最適値に設定してある）となるよう
な２次空気量Ｑａ₂を計算し制御弁１２に出力される。
排気管中の２次空燃比は空燃比センサ１１で検出され
る。この検出された２次空燃比（Ａ／Ｆ）と目標２次空
燃比を比較して、その偏差に適当なゲインＫｆをかけ
て、目標空燃比になるように２次空気量Ｑａ₂を補正す
る。

【００４０】ここで、本実施例に用いる空燃比センサ１
１の一例を図５（ｂ）（ｃ）により説明する。図５
（ｂ）に示すように、酸化ジルコニア素子３１の両側に
電極３２ａ，３２ｂが取付けてあり、排気側電極３２ａ
の外側には多孔質の保護膜３３が設けてある。一方、素
子３１の大気側には、加熱用のヒータ３４が配設され
る。

【００４１】始動時には、このヒータで素子３１を加熱
して空燃比を測定できるようにする。センサ１１は空燃
比に対して線形な出力を出すものでも良いし、空燃比に
対してステップ的な出力を出すものでも良い。図５
（ｃ）は空燃比センサ１１の出力例で、図中（イ）は空
燃比に対して線形な出力を出すセンサ信号であり、
（ロ）は空燃比に対してステップ的な出力を出すセンサ
の信号である。（ロ）に示すような信号でも、リーン、
リッチ領域で空燃比に対して変化する信号が得られてい
るので、その出力電圧を読み取ることで２次空燃比を検
出できる。

【００４２】本実施例においても、目標の２次空燃比に
従って２次空気量を排気管の触媒コンバータ上流に導く
ので、機関の低温運転時における副触媒コンバータの触
媒燃焼を促進させ浄化効率の向上と副触媒及び主触媒温
度の上昇時間の時間短縮を図り得る。

【００４３】図６は本発明の第３実施例を示す説明図、
図７はその制御フローチャートを示す。なお、図中、前
記各実施例と同一符号は同一或いは共通の要素を示す。

【００４４】本実施例も排気管５に設ける触媒コンバー
タの構成や制御弁１２付き２次空気導入管１０について
は前述の各実施例同様にしてある。

【００４５】本実施例における２次空気量制御系は、エ
ンジンの低温運転時にマイクロコンピュータ１３Ｂが２
次空気量Ｑａ₂を量子化された微小単位で加減制御し、
且つ温度センサ４０による触媒温度検出データを取り込
んで、触媒コンバータ或いはその近傍の温度が最高にな
るように２次空燃比制御する機能を備える。図６（ａ）
に示すように、温度センサ４０は、副触媒コンバータ６
に取付けてられ、電気加熱触媒７と触媒８との間に配置
される。

【００４６】低温運転時の副触媒コンバータ６入口付近
の２次空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを変化させると、電気加熱
触媒７の温度が触媒燃焼が活発なところで最高となる。
従って、この最高となる温度を２次空気量Ｑａ₂を微小
単位で加減制御して試行探索しつつ温度センサ４０で検
出すれば、副触媒コンバータ６及び主触媒コンバータ９
はその燃焼熱で温度上昇して早く活性化される。図６の
（ｂ）に触媒入口２次空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎと触媒温度
Ｔｃａｔとの関係を示し、同図の（イ）の２次空燃比で
Ｔｃａｔが最高になる。この２次空燃比となるように制
御する。

【００４７】この制御のフローチャートを図７に示す。
図７の例では、初めに触媒温度Ｔｃａｔを測定する（Ｓ
１）。次に２次空気量Ｑａ₂を微小単位△Ｑａ₂で増加し
てみる（Ｓ２）。ここで、Ｔｃａｔが増加した場合、さ
らにＱａ₂を増加して空燃比を薄く（大きく）する（Ｓ
３）。これによりＴｃａｔが減少したら、Ｑａ₂を△Ｑ
ａ₂分だけ減少させる（Ｓ４）。次に再び、ステップＳ
５にてＴｃａｔの増減を判断する。Ｔｃａｔが増加した
ら再びＱａ₂を減少させる。ここで、Ｔｃａｔが減少し
たらこのルーチンを終わる。以上のようにして、量子化
された微小単位を２次空気量を加減制御する、いわゆる
山登り法で触媒温度が最高になる２次空燃比を見つけだ
す。

【００４８】図８は本発明の第４実施例に係る説明図で
ある。本実施例も排気管５に設ける触媒コンバータの構
成や制御弁１２付き２次空気導入管１０については前述
の各実施例同様にしてある。

【００４９】また、２次空気量制御系の中枢をなすマイ
クロコンピュータ１３Ｃは、低温運転時に副触媒コンバ
ータ６の上流に供給される２次空気量を電気加熱触媒７
の触媒燃焼を図る上で最適となるよう制御するが（この
２次空気量制御は例えば既述の第１〜第３実施例のよう
なものを採用すればよい）、加えて、次のような制御を
採用する。

【００５０】すなわち、図８の（ａ）に示すように、ク
ランク角センサ４１の信号がマイクロコンピュータ１３
Ｃに入力される。マイクロコンピュータ１３Ｃは、この
クランク角センサ４１からエンジンの各気筒における排
気弁の開閉を検出し、この排気弁の動作による排気流量
の変化に応動して制御弁１２を動作させ、２次空気量Ｑ
ａ₂を加減（変化）制御する機能を有している。

【００５１】図８（ｂ）及び図９にその概念を示す。

【００５２】図８（ｂ）において、その（イ）は排気量
の変化を示している。この変化する排気量に対して、２
次空気量Ｑａ₂を図８（ｂ）の（ロ）に示すように一定
のままに供給しては、触媒部６の前の空燃比は（ハ）の
ように変化してしまい２次空燃比を精度よく制御するこ
とはできない。そこで、本実施例では、上記のマイクロ
コンピュータ１３Ｃにより、図９に示すように排気量の
変化に対応して２次空気量Ｑａ₂を加減制御して２次空
燃比を正確に制御するようにした。図９の（イ）は排気
量の変化を示し、（ロ）は上記の排気量に変化に同期さ
せて２次空気量Ｑａ₂を変化させたもので、実線及び点
線のようにそれぞれ変化させると、触媒前の２次空燃比
は（ハ）の点線及び実線のように常に所望の一定の２次
空燃比を確保することができる。２次空燃比そのものを
制御したいときは、２次空気量のレベルを上記点線，実
線のようにそれぞれ増減変化させればよい。

【００５３】図１０に本実施例に用いる２次空気量Ｑａ
₂を変化させるためのアクチュエータを示した。ソレノ
イド６０により弁６１が上下動し２次空気量Ｑａ₂が変
化する電磁弁により構成してある。ソレノイド６０に
は、マイクロコンピュータ１３Ｃから排気弁の動作に対
応し駆動信号が与えられる。

【００５４】図１１に２次空気量Ｑａ₂を変化させる別
の方法を示した。エンジン３のクランク軸６２の回転に
対応してダイアフラムポンプ６３を動作させる方式を採
用する。クランク軸６２の回転はダイアフラムポンプ６
３のカム６４に伝えられる。この回転動作に対応して、
ダイアフラム６５が動き、２次空気量Ｑａ₂が変化す
る。これにより、排気流量の変化に応じて２次吸気量Ｑ
ａ₂を加減制御できる。

【００５５】次に上記各実施例に用いられる副触媒コン
バータ６の他の具体例について説明する。

【００５６】図１２の（ａ）は電気ヒータ付き触媒（電
気加熱触媒）７と通常の触媒８とを、それぞれ複数個７
ａ，７ｂ，７ｃと８ａ，８ｂ，８ｃとに細分化し、これ
らを一つのコンバータケース内に交互に配置して副触媒
コンバータ６を構成する。このようにすると、図１２
（ｂ）のように１個の電気加熱触媒７だけで通常の触媒
８を加熱するより効率的に触媒全体を加熱できる。その
効果を、図１２（ｃ）に示す。すなわち、図１２（ａ）
の配置では、副触媒コンバータ全体の温度分布が図１２
（ｃ）の（イ）ようになり、図１２（ｂ）の配置では、
図１２（ｃ）の（ロ）のような温度分布になり、電気加
熱触媒を交互に配置したほうが触媒全体が高温になる。
これは電気加熱触媒の下流に配置した通常の触媒の容積
が小さいので、電気加熱触媒の触媒燃焼熱により上昇し
やすいためである。

【００５７】図１３に副触媒コンバータ６の別の態様を
示す。図１３の（ａ）の触媒コンバータは通常のコンバ
ータ８の前段に設けた電気加熱触媒７を、排気管５の径
と通常の触媒８の径に合わせてその入口側から出口側に
向けて次第に拡がる截頭円錐形状としている。これは、
通常、触媒コンバータ６は排気管５より太くなっている
ため、電気加熱触媒７全体を触媒８よりも細径にしてし
まうと、電気加熱触媒７を通る排気が触媒８のすみずみ
まで行き届かないので、これに対処したものである。こ
のように電気加熱触媒７に広がりをもたせることで電気
加熱触媒７を通過する排気流がその下流の触媒８にまん
べんなく導かれ触媒の温度上昇を助長させる。

【００５８】図１３（ｂ）は電気加熱触媒７と通常の触
媒８とを同径とし、コンバータ６の電気加熱触媒７の上
流に截頭円錐状に広がる排気流ガイド５０を配置したも
ので、このようにしても触媒のすみずみに排気を導け
る。

【００５９】図１４に触媒コンバータ６の別の態様を示
す。この例では、触媒コンバータ６のケースの周囲に排
気迂回路５１を形成するカバー５２を配設し、この排気
迂回路５１を経由して排気が触媒コンバータ６に導入さ
れるようにした。このようにすれば、触媒は電気加熱や
触媒燃焼のほかに排気熱で加熱されるので温度上昇を早
める効果がある。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
の低温運転時にも電気加熱触媒の加熱容量を小さくしつ
つ、その運転状況にあった２次空気量の最適制御を図る
ことで触媒燃焼効率ひいては排気浄化効率をより一層高
め、且つ触媒の温度上昇の時間短縮を図って触媒加熱源
（電気ヒータ）の省エネルギーを図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るシステムの構成図。

【図２】燃料挙動のモデル図。

【図３】第１実施例の２次空気量制御系の動作を示すフ
ローチャート。

【図４】噴射弁から噴射される燃料がエンジン各部に液
膜付着したときの量を推定したマップ。

【図５】本発明の第２実施例に係る説明図。

【図６】本発明の第３実施例に係る説明図。

【図７】第３実施例の２次空気量制御系の動作を示すフ
ローチャート。

【図８】本発明の第４実施例に係る説明図。

【図９】第４実施例の２次空気流量制御系の動作を示す
説明図。

【図１０】本発明の実施例に使用される２次空気量制御
弁の一例を示す断面図。

【図１１】本発明の実施例に使用される２次空気量制御
弁の一例を示す断面図。

【図１２】上記各実施例に使用される触媒コンバータの
一例を示す説明図。

【図１３】上記各実施例に使用される触媒コンバータの
一例を示す説明図。

【図１４】上記各実施例に使用される触媒コンバータの
一例を示す説明図。

【符号の説明】

３…エンジン、５…排気管、６…副触媒コンバータ（触
媒部）、７…ヒータ付き触媒、８…触媒、９…主触媒コ
ンバータ、１０…２次空気導入管、１１…空燃比セン
サ、１２…２次空気量制御弁、１３，１３Ａ，１３Ｂ，
１３Ｃ…マイクロコンピュータ、１４…ヒータ回路、４
０…温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｃ 9150−3Ｇ Ｌ 9150−3Ｇ Ｎ 9150−3Ｇ 3/32 Ｇ 9150−3Ｇ ３０１ Ｂ 9150−3Ｇ (72)発明者 野木 利治 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気管に排気ガスを浄化する
   触媒部を設けてなる排気浄化装置において、 前記触媒部を、通常の触媒とその上流に配置されエンジ
   ンの低温運転時に電気加熱されるヒータ付き触媒とで構
   成し、 且つ排気管における前記触媒部の上流に空気（以下、エ
   ンジン吸気系の空気と区別するため２次空気とする）を
   導入する２次空気導入手段と、２次空気量制御系とを備
   え、この２次空気量制御系は、排気管内に排出される低
   温運転時の未燃燃料量を燃料挙動モデルと低温運転時に
   関する検出データより推定して触媒燃焼に適した２次空
   気量を演算又は予め記憶したデータマップより検索する
   手段を有し、この演算又は検索結果を基に２次空気量を
   制御するよう設定したことを特徴とするエンジンの排気
   浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記低温運転時に関
   する検出データは、エンジンの冷却水温，回転数，負荷
   に関する検出値であることを特徴とするエンジンの排気
   浄化装置。
3. 【請求項３】 エンジンの排気管に排気ガスを浄化する
   触媒部を設けてなる排気浄化装置において、 前記触媒部を、通常の触媒とその上流に配置されエンジ
   ンの低温運転時に電気加熱されるヒータ付き触媒とで構
   成し、 且つ排気管における前記触媒部の上流に２次空気を導入
   する２次空気導入手段と、２次空気量制御系とを備え、
   この２次空気量制御系は、エンジンの低温運転時におけ
   る排気管内の２次空燃比〔ここで、２次空燃比とは触媒
   上流の全空気量（吸入空気量と２次空気量との和）と供
   給燃料量との比を指す〕を空燃比センサにより検出し
   て、実２次空燃比と目標２次空燃比との偏差により触媒
   燃焼に適した２次空気量を演算する手段を有し、この演
   算結果を基に２次空気量を制御するよう設定したことを
   特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】 エンジンの排気管に排気ガスを浄化する
   触媒部を設けてなる排気浄化装置において、 前記触媒部を、通常の触媒とその上流に配置されエンジ
   ンの低温運転時に電気加熱されるヒータ付き触媒とで構
   成し、 且つ排気管における前記触媒部の上流に２次空気を導入
   する２次空気導入手段と、２次空気量制御系とを備え、
   この２次空気量制御系は、低温運転時の前記触媒部又は
   その近傍の温度を温度センサにより検出して、その温度
   検出値が最大となるよう２次空気量を量子化された微小
   単位で加減制御する手段を有して成ることを特徴とする
   エンジンの排気浄化装置。
5. 【請求項５】 エンジンの排気管に排気ガスを浄化する
   触媒部を設けてなる排気浄化装置において、 前記触媒部を、通常の触媒とその上流に配置されエンジ
   ンの低温運転時に電気加熱されるヒータ付き触媒とで構
   成し、 且つ排気管における前記触媒部の上流に２次空気を導入
   する２次空気導入手段と、２次空気量制御系とを備え、
   この２次空気量制御系は、低温運転時に供給すべき２次
   空気量をエンジン運転状況に応じて触媒燃焼に適した量
   に制御する時に、排気弁の開閉を検知するセンサを用い
   てその２次空気量を排気弁の開閉動作により変化する排
   気流量に対応させて加減制御する手段を有して成ること
   を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   において、前記触媒部は前記ヒータ付き触媒と通常の触
   媒を一つのコンバータケースに組み込んで成ることを特
   徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 【請求項７】 エンジンの排気管に配設される排気ガス
   浄化用の触媒コンバータにおいて、ヒータ付き触媒と通
   常の触媒（ヒータ無しの触媒）とをそれぞれ複数個用
   い、これらのヒータ付き触媒と通常の触媒とを一つのコ
   ンバータケース内に交互に配置してなることを特徴とす
   る触媒コンバータ。
8. 【請求項８】 エンジンの排気管に配設される排気ガス
   浄化用の触媒コンバータにおいて、ヒータ付きの触媒と
   その下流に配置される通常の触媒とを一つのコンバータ
   ケースに組み込み、且つ前記ヒータ付きの触媒はその入
   口側が排気管の径に、一方、その出口側が前記排気管よ
   り大径にした前記通常の触媒コンバータの径に合わせた
   末広がりの形状に形成して成ることを特徴とする触媒コ
   ンバータ。
9. 【請求項９】 エンジンの排気管に配設される排気ガス
   浄化用の触媒コンバータにおいて、ヒータ付きの触媒と
   その下流に配置される通常の触媒とを一つのコンバータ
   ケースに組み込み、且つ前記ヒータ付きの触媒の前段に
   排気ガスを前記ヒータ付き触媒のすみずみにまで導く案
   内部材を配置して成ることを特徴とする触媒コンバー
   タ。
10. 【請求項１０】 エンジンの排気管に配設される排気ガ
    ス浄化用の触媒コンバータにおいて、ヒータ付きの触媒
    とその下流に配置される通常の触媒とを一つのコンバー
    タケースに組み込み、且つ前記コンバータケースの周囲
    に前記排気ガスの迂回路を配設したことを特徴とする触
    媒コンバータ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項５のいずれか１
    項において、前記触媒部として請求項７ないし請求項１
    ０のいずれか１項に記載された触媒コンバータを用いた
    ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。