JP4466451B2 - 未燃成分吸着触媒の判定装置 - Google Patents
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Description
このような触媒の劣化度合い判定のための技術の1つしては、例えば、図6および図7に示すような技術が挙げられ、この例においては、図示しないエンジンから排出された排気は、排気通路101内に設けられた三元触媒〔TWC(Three-Way Catalyst)〕102によって浄化された後に大気へ放出されるようになっている。
また、この三元触媒102には酸素吸着剤(Oxygen Storage Component、以下、「OSC剤」という)が含まれており、排気に含まれる酸素を吸着することができるようになっている。
この手法について説明すると、まず、エンジンの燃料噴射量などを周期的に変化させる。これにより、上流側O2センサ103によって検出される空燃比が周期的に変化する(図6の符号A1参照)。
このように、図6および図7に示す例においては、排気空燃比を周期的に変化させた場合に、OSC剤の劣化度合いによって生じる上流側O2センサ103と下流側O2センサ104との検出値の違いに基づいて、三元触媒102の劣化度合いを判定することができるようになっている。
この特許文献1には、触媒の上流側と下流側とのそれぞれにO2センサを設け、減速料カット後の燃料復帰時に、これらのO2センサによって計測された値が、それぞれ判定値を越えるまでの応答時間のズレに応じて、触媒の劣化を判定する旨が記載されている。
図8に示すように、排気通路中121には第1三元触媒122,第2三元触媒123,第3三元触媒124が配設されている。また、これらの第1〜第3三元触媒122,123,124は、上流側から、第1三元触媒122,第2三元触媒123,第3三元触媒124という順番に並んでいる。なお、これらの第1〜第3三元触媒122,123,124には、それぞれ、OSC剤が含まれている。
そして、第1三元触媒122のOSC剤が劣化していない場合には、この第1三元触媒122のOSC剤が機能することで、第1三元触媒122から下流に放出される排気の空燃比変化が小さくなる(図8中符号B2参照)。このため、第2O2センサ126によって検出される空燃比変化、第3O2センサ127によって検出される空燃比変化、そして、第4O2センサ128によって検出される空燃比変化は小さくなる(図8中符号B2,B3,B4参照)。このため、これらの第2〜第4O2センサ126,127,128による検出結果の差異を比較することは困難となる。
他方、単に触媒といっても、様々な触媒が存在しており、上記の特許文献1によって示されている技術を全ての触媒に適用できるとはいえない。特に、排気中の未燃燃料成分であるHC(炭化水素;ハイドロカーボン)を吸着し得る触媒であるHCトラップ触媒(未燃燃料成分吸着触媒)の劣化を検出することは困難である。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、未燃燃料成分吸着触媒が劣化しているか否か判定することができる、未燃燃料成分吸着触媒の判定装置を提供することを目的とする。
また、請求項3記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項1または2記載の内容において、該内燃機関の該排気通路において該未燃燃料成分吸着触媒の上流側に配設され、該排気中の酸素を蓄積する酸素吸着剤を有する酸素吸着触媒を備えることを特徴としている。
また、請求項5記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項1〜4いずれか1項記載の内容において、該燃料カット手段による燃料供給休止の解除後に該排気の流量を通常運転時よりも増大させる排気流量調整手段を備えることを特徴としている。
また、燃料カットが解除されてから、未燃燃料成分吸着触媒の下流側における空燃比の変化が検出されるまでの期間(第2期間)中、内燃機関がアイドル運転を継続させることにより、未燃燃料成分吸着触媒に供給される排気の空燃比を一定にすることができる。そして、この場合に未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定することで、判定ごとに前提条件がバラつくような事態を防ぎ、未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定の精度を高めることができる。
また、未燃燃料成分吸着触媒の上流側に酸素吸着触媒が配設された場合であっても、下流側の未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定することができる。
また、排気の空燃比をリッチ化することで、排気中に含まれる還元剤を増量し、酸素吸着剤に吸着されていた酸素を素早く排気中に放出させることができる。
また、燃料カットの解除後、排気の流量を通常運転時よりも増大させることで、酸素吸着剤によって吸着されていた酸素を排気中に放出させるために必要な時間をさらに短縮させることが可能となる。これにより、未燃成分吸着触媒の劣化判定をさらに頻繁に行なうことができる。
また、第2期間中のアイドル回転数を通常のアイドル回転数よりも大きく設定することで、酸素吸着剤によって吸着されていた酸素を排気中に放出させるために必要な時間をさらに短縮させ、また、未燃成分吸着触媒の劣化判定を実行する機会を増やすことができる。
また、第1期間と第2期間との差が所定値以下であるか否かという簡素な判定によって、的確に未燃燃料成分吸着触媒が劣化しているか否かを判定することができる。
三元触媒12は、エンジン10において理論空燃比で燃焼が行なわれた場合に、このエンジン10から排出された排気に含まれるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素),NOx(窒素酸化物)を、N2(窒素),CO2(二酸化炭素),H2O(水)に化学変化させることで、排気を浄化するものである。
また、HCトラップ触媒13は、図2に示すように、排気中に含まれるHC(未燃燃料成分)を一時的に吸着するゼオライト層(未燃燃料吸着成分)14と、OSC剤としてのセリウムを含むTWC層(酸素吸着剤)15とを有して構成されている。なお、このHCトラップ触媒の担体16は、上述の三元触媒12と同様に、ハニカム構造のコージライトである。
そして、このゼオライトが担体16に塗布されて形成されたゼオライト層14は、排気温度が低いためにTWC層15が機能していない場合に、排気中のHCを吸着し、一方、排気温度が上昇してTWC層15が機能している場合には、吸着したHCを排気中へ放出することができるようになっている。このとき、ゼオライト層14から放出されたHCは、TWC層15によってCO2やH2Oに化学変化し、無害化されるようになっている。
また、このECU20は、燃料カット実行部(燃料カット実行手段)21,アイドル運転実行部(アイドル運転実行手段)22,空燃比調整部(還元剤増量手段)23,スロットルバルブ開度調整部(還元剤増量手段,排気流量調節手段)24および劣化判定部(劣化判定手段)25を有している。
燃料カット実行部21は、所定の燃料カット実行条件が成立すると、運転中のエンジン10への燃料供給を休止、即ち、燃料カットを実行するものである。なお、燃料カット実行条件としては、アクセルペダル(図示略)の踏込み量がゼロであること、エンジン回転数が所定値以上であることなどが挙げられるが、この燃料カットに関する技術は、既に公知のものとなっているため、ここでは、その詳しい説明は省略する。
空燃比調整部23は、燃料カット実行部21による燃料カットの実行が解除された後、アイドル運転実行部22により制御されたエンジン10がアイドル運転をしている場合に、このアイドル運転中のエンジン10の燃料噴射量を、通常のアイドル運転時よりも増大させることで、排気の雰囲気を酸素不足化させる(即ち、排気空燃比をリッチ化させる)ものである。
そして、この劣化判定部25は、上述の第1期間T1および第2期間T2との時間差Tdefに基づいて、HCトラップ触媒13の劣化を判定するようになっている。
なお、詳しくは後述するが、この劣化判定部25によって行なわれる時間差Tdefに基づくHCトラップ触媒13の劣化判定は、以下のようにして行なわれる。つまり、この時間差Tdefが大きいということは、HCトラップ触媒13の上流側で生じた空燃比の変化に起因した空燃比の変化が、HCトラップ触媒13の下流側で表れるまでに長い時間を要するということであり、この場合は、HCトラップ触媒13に含まれているOSC剤が劣化しておらず、十分に機能していることを示している。
このように、劣化判定部25は、OSC剤の劣化度合いが三元触媒の劣化度合いに対応するばかりでなく、HC吸着触媒13の劣化度合いにも対応することに着目しこの時間差Tdefが所定の閾値T0以下になった場合に、HCトラップ触媒13が劣化していると判定するようになっている。
図3のステップS11に示すように、まず、燃料カット実行部21により、運転中のエンジン10への燃料供給が休止されている、即ち、燃料カットが実行されているか否かが判定され、その後、この燃料カットの実行が解除されたか否かが判定される(ステップS12)。このとき、燃料カットの実行が解除されたことが検出されるまで、ステップS11およびステップS12における判定が繰り返し実行される(ステップS12のNoルート)。
このステップS13における判定の意義は、HCトラップ触媒13のOSC剤に十分酸素が吸着されたか否かを判定することにある。つまり、燃料カット中の排気空燃比はリーンであり、このリーン雰囲気の排気が継続してHCトラップ触媒13に供給されることで、HCトラップ触媒13に含まれるOSC剤の吸着容量一杯に酸素が満たされるのである。
このステップS13において、燃料カットが所定時間tS継続したと判定された場合には(Yesルート)、アイドル運転実行部22の制御を受けたエンジン10がアイドル運転中であるか否かが判定される(ステップS14)。なお上述のステップS11からステップS14までの判定は劣化判定部25により行なわれる。
このとき、ステップS14空燃比調整部23により、エンジン10のインジェクタ(図示略)から、通常のアイドル運転時よりも多目の燃料が噴射されるように制御され、また、スロットルバルブ開度調節部24により、エンジン10のスロットルバルブ(図示略)が、通常のアイドル運転時よりも大きい開度となるように制御される。このとき、さらに、劣化判定部25により、燃料噴射量の増量およびスロットルバルブ開度の増大と同時に、図示しないタイマが起動され、カウントアップが開始される(ステップS15)。
このステップS15の制御により、通常のアイドル運転時よりも排気空燃比をリッチ化させ、さらに、このリッチ化された排気の流量を通常のアイドル運転時より増量させることで、HCトラップ触媒13のOSC剤に吸着されている酸素を素早く排気内に放出させることができる。
しかしながら、本実施形態においては、空燃比調整部23により燃料噴射量が通常のアイドル運転時よりも増量されるとともに、スロットルバルブ開度調整部24によりスロットルバルブ開度が通常のアイドル運転時よりも増大されるので、三元触媒12のOSC剤に吸着されている酸素が排気に放出された場合であっても、HCトラップ触媒13Cに供給される排気の空燃比をリッチ化させ、さらに、その流量を増大させることができ、HCトラップ触媒13のOSC剤に含まれている酸素を速やかに排気中へ放出させることができる。
つまり、このタイマ値T1は、図5に示すように、燃料カットが解除(時点t1)後、エンジン10がアイドル運転中であることが検出(時点t2)されてから上流側A/Fの変化が検出(時点t3)された時点までの期間(第1期間)を表している。
このとき、エンジン10のアイドル運転が、第2期間T2の間継続していたか否かが劣化判定部25により判定され(ステップS21)、ここで、第2期間T2の間、エンジン10がアイドル運転を継続していた場合には(Yesルート)、ステップS20によって得られた時間差Tdefに基づいて、HCトラップ触媒13が劣化しているか否かが判定される(ステップS22)。
逆に、この時間差Tdefが小さいということは、HCトラップ触媒13の上流側で生じた酸素量の変化が、HCトラップ触媒13の下流側において、すぐに現れているということである。したがって、このような場合、劣化判定部25は、HCトラップ触媒13に含まれているOSC剤が劣化しており、十分に機能していないと推定する。
また、燃料カットの解除後、排気の空燃比を通常運転時よりもリッチ化させることで、HCトラップ触媒13のOSC剤が正常に機能している場合であっても、第1期間T1および第2期間T2をともに短縮させることができる。これにより、HCトラップ触媒13の劣化判定を頻繁に行ない、HCトラップ触媒13が劣化した状態で使用されるような事態を防ぐことができる。
また、HCトラップ触媒13の上流側に、排気中の酸素を吸着する機能(OSC機能)を有する触媒12が配設された場合であっても、下流側のHCトラップ触媒13の劣化を確実に判定することができる。
また、時間差Tdefが閾値T0よりも長いものの、閾値T0に近似しているような場合には、HCトラップ触媒13の浄化性能が下限に近い旨をドライバに警告するようにしてもよい。
11 排気管(排気通路)
12 OSC剤を有する三元触媒(酸素吸着触媒)
13 HCトラップ触媒(未燃燃料成分吸着触媒)
14 ゼオライト層(未燃燃料成分吸着剤)
15 セリウムを含むTWC層(酸素吸着剤)
17 上流側O2センサ(上流側空燃比検出手段)
18 下流側O2センサ(下流側空燃比検出手段)
21 燃料カット実行部(燃料カット手段)
22 アイドル運転実行部(アイドル運転手段)
23 空燃比調整部(還元剤増量手段)
24 スロットルバルブ開度調整部(還元剤増量手段,排気流量調整手段)
25 劣化判定部(劣化判定手段)
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に配設され、排気中の未燃燃料成分を吸着する未燃燃料成分吸着剤と酸素を吸着する酸素吸着剤とを有する未燃燃料成分吸着触媒と、
該未燃燃料成分吸着触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
該未燃燃料成分吸着触媒の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
運転中の該内燃機関への燃料供給を休止する燃料カット手段と、
該燃料カット手段による燃料供給休止の解除に伴い、該排気中の還元剤を通常運転時よりも増量する還元剤増量手段と、
該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該還元剤増量手段により該排気の還元剤増量に起因して生じた該上流側空燃比の変化が該上流側空燃比検出手段により検出されるまでの期間である第1期間と、該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該還元剤増量手段により該排気の還元剤増量に起因して生じた該下流側空燃比の変化が検出されるまでの期間である第2期間とに基づいて、該未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
該劣化判定手段は、該第1期間と該第2期間との差が所定値以下の時に該未燃燃料成分吸着触媒を劣化と判定する
ことを特徴とする、未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。 - 該内燃機関をアイドル運転させるアイドル運転手段を備え、
該劣化判定手段は、該アイドル運転手段により該第2 期間中継続して該内燃機関がアイドル運転されたことを該未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定の実行条件とする
ことを特徴とする、請求項1記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。 - 該内燃機関の該排気通路において該未燃燃料成分吸着触媒の上流側に配設され、該排気中の酸素を蓄積する酸素吸着剤を有する酸素吸着触媒を備える
ことを特徴とする、請求項1または2記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。 - 該還元剤増量手段は、該排気の空燃比をリッチ化することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
- 該燃料カット手段による燃料供給休止の解除後に該排気の流量を通常運転時よりも増大させる排気流量調整手段を備える
ことを特徴とする、請求項1〜4いずれか1項に記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。 - 該排気流量調整手段は、該第2期間中のアイドル回転数を通常のアイドル回転数よりも大きく設定することを特徴とする請求項5記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
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