(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンにより駆動され、電力を発電するオルタネータと、
該オルタネータの発電電圧を制御するレギュレータ手段と、
前記エンジンの排気系に設けられ、前記オルタネータにより発電された電力により電気的に加熱される電気加熱式触媒と、
前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段の出力に応じて発電電圧を決定し、該決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御するレギュレータ制御手段とを備えることを特徴とする内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記レギュレータ制御手段は、さらに前記発電電圧が前記電気加熱式触媒に供給されるべき時間を前記検出したエンジン運転状態に応じて決定し、該決定された時間に亘って、前記決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記運転状態検出手段は、前記エンジンの温度、吸入空気温度及び前記エンジンの排気系の温度の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特に電気加熱式の触媒を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの排気ガスの浄化を行う触媒は、エンジンの冷間始動時においては活性化するまでに時間を要するため、電気的に加熱してその活性化を早めるようにした電気加熱式触媒が従来より知られている。
【０００３】
この電気加熱式触媒の通電制御手法として、検出したエンジン温度等に応じて通電時間を設定し、該設定した通電時間に亘ってバッテリから電力を供給することにより、所望の触媒温度が得られるようにしたものが従来より知られている（特開平４−２７９７１８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の制御手法は、バッテリを電源とした通電時間のみの制御であり、例えばエンジンのホットリスタート時のように触媒（ヒータ）に冷間始動時ほど大きな電力を供給する必要が無い場合に、触媒への供給エネルギ（積算電力量）を精度よく制御することが困難であり、必要以上にエネルギを消費する傾向があった。また、供給エネルギが大きすぎると触媒の温度が過度に上昇し、触媒の耐久性を悪化させるという問題も発生する。
【０００５】
さらに、バッテリを電源としているため、触媒（ヒータ）に大電流を供給する必要があるため、電流定格の大きな周辺回路部品（スイッチや電線）を使わなければならず、この点でも改善の余地があった。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、電気加熱式触媒への供給エネルギを精度よく制御でき、しかも供給電流を低減して周辺部品のコストダウンを図ることができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、内燃エンジンにより駆動され、電力を発電するオルタネータと、該オルタネータの発電電圧を制御するレギュレータ手段と、前記エンジンの排気系に設けられ、前記オルタネータにより発電された電力により電気的に加熱される電気加熱式触媒と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の出力に応じて発電電圧を決定し、該決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御するレギュレータ制御手段とを備えることを特徴とする内燃エンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【０００８】
また、前記レギュレータ制御手段は、さらに前記発電電圧が前記電気加熱式触媒に供給されるべき時間を前記検出したエンジン運転状態に応じて決定し、該決定された時間に亘って、前記決定された発電電圧を前記オルタネータから前記電気加熱式触媒に供給させるべく前記レギュレータ手段を制御することが望ましい。
【０００９】
また、前記運転状態検出手段は、前記エンジンの温度、吸入空気温度及び前記エンジンの排気系の温度の少なくとも１つであることが望ましい。
【００１０】
【作用】
請求項１の排気ガス浄化装置によれば、オルタネータから電気加熱式触媒に電力が供給され、検出したエンジン運転状態に応じてオルタネータの発電電圧が制御される。
【００１１】
請求項２の排気ガス浄化装置によれば、さらに電気加熱式触媒に電力を供給する時間がエンジン運転状態に応じて制御される。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例に係る内燃エンジン及びその制御装置の全体の構成図であり、エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１５】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１６】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１７】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２が取り付けられている。エンジン回転数センサ１１は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１２は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１８】
エンジン１の排気管１３には、上流側から順に電気加熱式触媒（以下「ＥＨＣ」という）１６、スタート触媒１７及び三元触媒１８が配置されており、これらの触媒は排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。ここで、スタート触媒１７は、主としてエンジン始動直後における排気ガス浄化のために設けられた小型の触媒である。
【００１９】
排気管１３には、さらにＥＨＣ１６の上流側に２次空気を供給する通路１４が接続されており、通路１４の途中には空気ポンプ１５が設けられている。
【００２０】
ＥＨＣ１６及び空気ポンプ１５は、ＥＣＵ５に接続されており、その作動がＥＣＵ５により制御される。また、三元触媒１８にはその温度ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ１９が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。また、エンジン１によって駆動されるオルタネータ２１は、レギュレータ２２を介してＥＣＵ５に接続されており、その発電電圧がＥＣＵ５により制御される。
【００２１】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６、空気ポンプ１５、ＥＨＣ１６、レギュレータ２２等の制御信号を出力する出力回路５ｄ等から構成される。
【００２２】
ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、後述するようにＥＨＣ１６の通電時間ＴＯＮ及び供給電圧ＶＥＨＣの演算処理等を行い、その演算結果に応じた制御信号を出力する。
【００２３】
図２は、ＥＣＵ５、オルタネータ２１、レギュレータ２２、ＥＨＣ１６のヒータ抵抗２４、空気ポンプ１５のモータ２７及びバッテリ２９の接続状態を示す回路図である。なお、本実施例のＥＨＣ１６は、触媒自体に通電してヒータとしても機能するようにしており、その抵抗分をヒータ抵抗２４として表している。
【００２４】
同図において、オルタネータ２１の出力側は、切換スイッチ２３の端子２３ａに接続されており、切換スイッチ２３の端子２３ｃはヒータ抵抗２４の一端に接続されている。ヒータ抵抗２４の他端は接地されており、その接続線３１の途中にヒータ電流ＩＥＨＣを検出するＥＨＣ電流センサ２５が設けられている。
【００２５】
切換スイッチ２３の端子２３ｂは、バッテリ２９の正電極及びオンオフスイッチ２６の端子２６ａに接続されており、端子２６ｂはモータ２７の一端に接続されている。モータ２７の他端は接地されており、その接続線３３の途中にポンプ電流ＩＡＰを検出するポンプ電流センサ２８が設けられている。
【００２６】
バッテリ２９の負電極は接地されており、また正電極はＥＣＵ５に接続されている。
【００２７】
スイッチ２３、２６は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの制御信号により切換可能に構成されている。通常はスイッチ２３は、図２に示すように端子２３ａ及び２３ｂが接続された状態とされ、スイッチ２６はオフ状態とされ、エンジン始動直後において必要に応じて切換制御される。また、接続線３０、３２は、ＥＵＣ５に接続されており、ＥＣＵ５はＥＨＣ電圧ＶＥＨＣ及びポンプ電圧ＶＡＰの検出を行う。また、電流センサ２５、２８もＥＣＵ５に接続されており、これらの検出信号がＥＣＵ５に供給される。これらの電流センサ２５、２８は、断線等の異常を検出するために設けられている。
【００２８】
図３は、ヒータ抵抗２４への電力供給制御を行う処理のフローチャートである。
【００２９】
ステップＳ１では、前条件が成立しているか否か（イグニッションスイッチがオンされたか否か）を判別し、不成立のときは直ちに本処理を終了する。前条件が成立したときは（イグニッションスイッチがオンされたときは）、エンジン水温ＴＷ及び吸気温ＴＡの検出値を読み込む（ステップＳ２）。次いで、ＴＷ値及びＴＡ値に応じて設定されたＴＯＮマップ及びＶＥＨＣマップを検索し、ヒータ抵抗２４の通電時間（ＥＨＣオン時間）ＴＯＮ及びＥＨＣ１６への供給電圧ＶＥＨＣを決定する（ステップＳ３）。
【００３０】
ＴＯＮマップは、図４に示すように、吸気温ＴＡが上昇するほど、またエンジン水温ＴＷが上昇するほど、ＴＯＮ値が減少する傾向に設定されている。なお、所定温度ＴＡＨ，ＴＷＨ以上は、通電しないので、ＴＯＮは０とされる。また、ＶＥＨＣマップは、図５（ａ），（ｂ）に示すように、吸気温ＴＡが上昇するほどまたエンジン水温ＴＷが上昇するほど、ＶＥＨＣ値が低下する傾向に設定されている。したがって、ＥＨＣ１６への供給電力は、図５（ｃ）に示すように制御される。なお、ＶＥＨＣ値は例えば冷間始動時には３０Ｖ程度に設定する。これにより、バッテリから電力を供給する場合に比べて供給電流を約１／２に低下させることができる。
【００３１】
続くステップＳ４では、エンジン回転数ＮＥが完爆判定用の所定回転数ＮＥＫ（例えば４００ｒｐｍ）以上か否かを判別し、ＮＥ＜ＮＥＫであるときは、直ちに本処理を終了する一方、ＮＥ≧ＮＥＫであるときは、切換スイッチ２３を端子２３ｃ側に切り換えるとともにオルタネータ出力電圧ＶＡＬＴがステップＳ３で決定したＶＥＨＣ値となるように制御して、ＥＨＣ１６に電力を供給する（ステップＳ５）。そして、通電時間ＴＯＮ経過後にオルタネータ出力電圧ＶＡＬＴを通常の出力電圧ＶＣＨＧ（例えば１４．５Ｖ）まで低下させるとともに、切換スイッチ２３を端子２３ｂ側に切り換える（ステップＳ６）。
【００３２】
以上のように本実施例では、ＥＨＣ１６の通電時間のみならず供給電圧も、吸気温ＴＡ及びエンジン水温ＴＷに応じて変更可能としたので、ＥＨＣ１６に供給するエネルギ（積算電力量）を精度よく制御し、無駄なエネルギの消費を抑制することができる。また、ＥＨＣ電圧ＶＥＨＣをバッテリ電圧より高く、例えば３０Ｖ程度とすることにより、供給電流を低減して周辺部品のコストダウンを図ることができる。また、オルタネータ２１の出力電圧を３０Ｖと程度とすることにより、オルタネータ２１の発電効率を向上させることができる。
【００３３】
なお、図３のステップＳ１における前条件は、イグニッションスイッチがオンされかつエンジン水温ＴＷ及び／又は触媒温度ＴＣＡＴが所定温度以下のとき、成立するとしてもよい。
【００３４】
図６は、本実施例における制御動作例のタイミングチャートであり、時刻ｔ０にイグニッションスイッチがオンされると（同図（ａ））、ＥＣＵ５はレギュレータ制御電圧ＶＣを通常運転時用の所定電圧ＶＣ１に設定し、発電モード１とする（同図（ｆ）（ｈ））。時刻ｔ０から時間ＴＤ（例えばキー回しに要する時間（０．１秒程度））経過後の時刻ｔ１にスタータがオンされると、エンジンの回転が開始され（同図（ｂ）（ｃ））、エンジン回転数ＮＥの上昇に伴ってオルタネータ出力電圧ＶＡＬＴがバッテリ充電電圧ＶＣＨＧまで上昇する（同図（ｇ））。
【００３５】
エンジン回転数ＮＥが完爆判定用所定回転数ＮＥＫに達すると（時刻ｔ２）、ＥＣＵ５は完爆と判定し（同図（ｃ）（ｄ））、スイッチ２３を端子２３ｂ側から２３ｃ側に切り換える切換制御信号をが出力する（同図（ｅ））。このときスイッチ２３の切り換えに要する時間（制御信号の出力から実際に切換が完了するまでの時間、例えば０．２５秒程度）ΔＴを考慮して、時刻ｔ２からΔＴ経過後の時刻ｔ３にレギュレータ制御電圧ＶＣを、オルタネータ出力電圧ＶＡＬＴが図３のステップＳ３で決定したＶＥＨＣ値となるようなＥＨＣ制御電圧ＶＣ２に設定し、発電モード２に移行する（同図（ｆ）（ｈ））。これにより、オルタネータ出力電圧ＶＡＬＴはＶＥＨＣ値まで上昇し（同図（ｇ））、ＥＨＣ１６の温度が上昇を開始する（同図（ｉ））。ここで、ＥＨＣ制御電圧ＶＣ２は、検出した供給電圧（図２の接続線３０の電圧）が、前記決定したＶＥＨＣ値に一致するようにフィードバック制御される。
【００３６】
そして図３のステップＳ３で決定した時間ＴＯＮ後の時刻ｔ４にレギュレータ制御電圧ＶＣをＶＣＨＧ値に戻して発電モード１に戻る（同図（ｆ）（ｈ））。これによりオルタネータ出力電圧ＶＡＬＴは、通常のバッテリ充電電圧ＶＣＨＧとなる（同図（ｇ））。ＥＣＵ５は、時刻ｔ４から時間ΔＴ経過後の時刻ｔ５にスイッチ２３を端子２３ｃ側から２３ｂ側に切り換える制御信号を出力し、エンジン始動時の制御を終了する（同図（ｅ））。
【００３７】
なお、本実施例では、空気ポンプのモータ２７は、ＥＨＣ１６をオン作動させるのと同じタイミングで作動させるようにしている。
【００３８】
また、上述した実施例ではＥＨＣ１６へ供給する電圧及び通電時間を、ともにエンジン水温ＴＷ及び吸気温ＴＡに応じて設定するようにしたが、通電時間は一定としてもよい。また、エンジン水温ＴＷ又は吸気温ＴＡのいずれか一方に代えて、触媒温度センサ１９によって検出される触媒温度ＴＣＡＴを用いて、電圧ＶＥＣＨ及び通電時間ＴＯＮを設定するようにしてもよい。あるいは、エンジン水温ＴＷ、吸気温ＴＡ又は触媒温度ＴＣＡＴのいずれか１つ又は２つに応じて、電圧ＶＥＣＨ及び通電時間ＴＯＮを設定するようにしてもよい。さらに、触媒温度ＴＣＡＴに代えて、排気ガス温度等の排気系の温度を代表するパラメータを用いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、オルタネータから電気加熱式触媒に電力が供給され、検出したエンジン運転状態に応じてオルタネータの発電電圧が制御されるので、電気加熱式触媒に供給するエネルギ（積算電力量）を精度よく制御し、無駄なエネルギ消費を抑制することができる。また、オルタネータの発電電圧をバッテリ電圧より高く設定することにより、電気加熱式触媒への供給電流を低減して周辺部品のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる内燃エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】電気加熱式触媒のヒータ抵抗等の接続状態を示す回路図である。
【図３】電気加熱式触媒に供給する電圧及び通電時間を制御する処理のフローチャートである。
【図４】図３の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図５】図３の処理で使用するテーブル等を示す図である。
【図６】本実施例における制御動作例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  内燃エンジン
５  電子コントロールユニット
９  吸気温センサ
１０  エンジン水温センサ
１６  電気加熱式触媒
１８  三元触媒
２１  オルタネータ
２２  レギュレータ
２３  切換スイッチ
【図１】
0003550215.tif 000002
【図２】
0003550215.tif 000003
【図３】
0003550215.tif 000004
【図４】
0003550215.tif 000005
【図５】
0003550215.tif 000006
【図６】
0003550215.tif 000007