KR980009788A

KR980009788A - 엔진 배기 정화 장치

Info

Publication number: KR980009788A
Application number: KR1019970034880A
Authority: KR
Inventors: 도시오 마나까; 다까시 시라이시
Original assignee: 가나이 쯔도무; 가부시끼가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JP3316137B2; DE19732167C2; JPH1037741A; KR100581627B1; DE19732167A1; US6082101A

Abstract

촉매의 냉각된 상태에서 따뜻해지기까지의 배기 정화율의 급상승 특성을 구하여 촉매 변환기의 조기 활성화 기능의 열화 진단을 가능하게 한다.

메인 촉매(9)의 전방단에 활성화를 촉진하도록 설정된 조기 활성화 촉매(8A)와, 활성 후의 정화 효율을 확보하는 프리 촉매(8B)가 배치된다. 컨트롤 유닛(12)은 보조 촉매(8)의 온도 및 촉매(8) 전후의 배기 센서(5, 6)의 데이타를 입력하여 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성과, 급상승 특성 후의 정상 특성을 구하고, 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 그 비교 결과의 특성 상의 어긋난 양이 소정량 이상인 경우에는 조기 활성화 촉매(8A)가 열화한 것으로 특정하고, 정상 특성이 소정량 이상 저하된 경우에는 프리 촉매(8B)의 정상 특성이 열화된 것으로 판정한다.

Description

엔진 배기 정화 장치

본 발명은 엔진으로부터 배출되는 유해 배기를 정화하는 촉매 변환기를 구비한 배기 정화 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 그 촉매의 열화 진단 기술에 관한 것이다.

자동차 엔진 등으로부터 배기되는 배기 가스 내의 유해 성분(예를 들면, HC, CO, NO_X)의 규제가 강화됨에 따라, 그 배기 가스 정화에 이용하는 촉매의 열화 진단 기술도 여러가지 제안되고 있다.

촉매 변환기로서는 대표적인 것으로 NO_X의 환원과, HC, CO의 산화 처리를 동시에 처리하는 3원 촉매가 있다. 또, 배기 정화를 높이기 위해 메인 촉매 변환기 외에 프리 촉매 변환기를 설치한 것 등이 제안되고 있다.

종래의 대표적인 촉매 변환기의 진단 기술로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평5-248227호 공보에 기재된 바와 같이, 배기관에 설치된 촉매 변환기의 상류, 하류에 배기 센서(예를 들면 O₂센서)를 설치하고, 상류측 O₂센서와 하류측 O₂센서의 상관(예를 들면, 공연비를 희박으로부터 풍부 혹은 풍부로부터 희박으로 반전시킨 경우의 상류측 O₂센서의 출력 반전으로부터 하류측 O₂ 센서의 출력 반전까지의 시간 계측치, 상류측 O₂센서와 하류측 O₂센서 출력비, 응답비, 위상차 등)으로부터 촉매 변환기의 열화를 진단하는 기술이 알려져 있다.

이들의 수법은 모두 촉매를 갖는 산소 스토리지의 능력에 착안하여 산소 스토리지 능력을 정량화함으로써 촉매의 열화 판정을 행하고 있다. 즉, 촉매의 배기 정화율이 높을 수록(산소 스토리지 능력이 높을 수록), 상류측(촉매전) 배기 센서의 출력에 대한 하류측(촉매후) 배기 센서의 상관 계수가 낮고 응답성은 지연되며, 또, 하류측 배기 센서의 출력이 낮아지는 특징을 이용하여 촉매의 열화 판정을 행하고 있다.

또, 이 종래 예에서는, 예를 들면 신품인 때에는 300℃ 근방의 온도에서 산소 스토리지가 포화(촉매 100% 활성화)하는 데 반해, 열 열화가 진행하면 산소 스토리지 능력이 서서히 저하함으로써, 300 내지 550℃의 범위에서는 산소 스토리지 능력이 아직 100% 활성화 상태에 도달하지 못하고, 그 이상의 온도에서 100% 활성화 상태가 되는 것도 있으므로(이 경우도, 종래는 양호품 촉매 변환기로서 취급하고 있다), 그 양호품, 열화품의 판정치를 그 진단시의 온도 상태에 대응하여 결정하는 수법을 도입하여 오진이 되는 것을 방지하고 있다.

일본 특허 공개 평7-71232호 공보에 기재된 차량용 배기 정화 장치의 진단 장치에서는 엔진의 배기 통로에 상류측으로부터 차례로 복수의 촉매 부재를 배열한 것에 있어서, 최상류측에 위치하는 촉매 부재의 상류측과 복수의 촉매 부재 각각의 사이와 최하류측에 위치하는 촉매 부재의 하류측에 각각 배기 센서를 설치하고, 소정의 진단 조건(예를 들면, 기관 운전 상태가 기관 부하와 기관 회전 수에 의해 설정되는 진단 영역 내에 있을 것, 난방기가 완료하고 있을 것, 일정 차속시일 것 등)이 성립하는 경우, 각 배기 센서가 출력하는 각 검출 신호로부터 구한 배기 정화 장치의 전체 정화율과 특정 촉매 부재를 제거하는 잔여 촉매 부재 각각의 잔여 정화율로부터 특정 촉매 부재의 정화율을 구하고, 이것을 기준치와 비교하여 촉매 변환기의 열화 상태를 판정하는 기술이 제안되고 있다.

또, 산소 스토리지의 능력에 착안한 촉매 진단 기술에는 그 밖에도, 일본 특허 공개 평5-98945호 공보, 특허 공개 평5-98946호 공보, 특허 공개 평5-98947호 공보, 특허 공개 평5-98948호 공보, 특허 공개 평5-98949호 공보, 특허 공개 평5-106493호 공보, 특허 공개 평5-106494호 공보, 특허 공개 평5-163989호 공보, 특허 공개 평5-180043호 공보, 특허 공개 평6-173661호 공보 등에 서술되어 있다.

종래 배기 가스 정화용 촉매 변환기의 열화 진단 기술은 촉매 활성 후의 정화율, 즉 포화하는 산소 스토리지 능력의 정량으로부터 판정하는 것이었다.

그런데, 최근에는 환경 보호의 견지에서 배기 가스 규제치에 대해 더욱더 엄격한 요구가 이루어지고 있으며, 이 엄격한 배기 가스 규제치에 적합한 배기 정화 장치로서 메인 촉매 변환기 외에, 활성화를 촉진하도록 설정된 조기 활성화 촉매 변환기와 활성 후의 정화 효율을 확보하는 프리 촉매 변환기를 설치한 것이 제안되고 있다.

상기 조기 활성화 촉매 변환기는 기본적으로는 메인 및 프리 촉매 변환기 모두 3원 촉매 변환기 등이 이용되지만, 엔진 시동에서 활성화 온도에 도달하기까지의 시간을 촉진하기 위해서는, 예를 들면 전기 가열 수단을 구비하거나, 산화 반응 촉진 촉매를 혼재시키거나, 열 용량이 작은 것을 사용하여 가능한 한 엔진에 접근하여 사용하는 등의 배려가 이루어지고 있으며, 엔진 시동으로부터 메인 촉매 변환기, 프리 촉매 변환기 등이 활성화 온도에 도달하기 전에 활성화 온도에 도달하여 엔진 시동으로부터 가능한 한 빠른 시기에 배기 정화 기능이 작용하도록 한 것이다.

이와 같은 상황에 있어서는 촉매 변환기(특히 조기 활성화 촉매 변환기)의 조기 활성화 기능에 대해서도 진단할 필요가 있지만, 기존 촉매 진단 기술에서는 이 요구에 대처할 수 없다. 그 이유는 종래의 촉매 진단 기술은 촉매가 활성화 온도에 도달한 후의 배기 정화율로부터 촉매 열화 진단을 행하는 것이며, 엔진 시동으로부터 어느 정도의 시간에 촉매가 활성화했는가를 모니터하는 기술을 갖고 있지 않기 때문이다.

본 발명은 이상의 점에 비추어 이루어졌으며, 제1 목적은, 메인 촉매 변환기 외에 조기 활성화 촉매 변환기를 구비하여 엄격한 배기 가스 규제치에 적합하게 할 수 있는 엔진 배기 정화 장치에 있어서도 확실한 촉매 열화 진단을 가능하게 하는 데 있다.

제2 목적은 메인 촉매의 전방단에 보조 촉매 변환기로서 프리 촉매 변환기 및 조기 활성화 촉매 변환기를 설치한 경우, 그들의 촉매 열화 진단의 증상을 구별하여 특정 가능하게 하는 데 있다.

도1은 본 발명의 적용 대상인 엔진 시스템의 구성도.

도2는 본 발명의 배기 정화 장치의 실시 형태에 관한 블럭 구성도.

도3은 배기 정화율 특성을 도시한 설명도.

도4는 배기 정화율과 촉매 전후의 배기 센서 신호의 상관 계수의 관계를 도시한 설명도.

도5는 촉매 전후의 배기 센서 신호의 변화 모습을 촉매 온도, 촉매 정화율, 촉매 후의 HC 농도, 센서.

신호 상관 관계와 함께 도시한 설명도.

도6은 본 실시 형태의 촉매 열화 진단을 도시한 플로우 차트.

도7은 상기 플로우 차트의 연속을 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기량 센서 2 : 드로틀 센서

3 : 인젝터 4 : 수온 센서

5 : 촉매전 배기 센서 6 : 촉매후 배기 센서

8 : 보조 촉매 변환기 8A : 조기 활성화 촉매

8B : 프리 촉매 9 : 메인 촉매

10 : 촉매 온도 센서

12 : 컨트롤 유닛(촉매 열화 진단 수단)

본 발명은 상기 제1목적을 달성하기 위해, 기본적으로는 다음과 같은 발명을 제안한다.

즉, 배기 가스를 정화하기 위한 촉매 변환기를 구비한 엔진의 배기 정화 장치에 있어서, 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 촉매 변환기의 열화를 판별하는 촉매 진단 수단을 구비하여 이루어진다.

또, 제2목적을 달성하는 발명으로서 다음과 같은 배기 정화 장치를 제안한다.

즉, 메인 촉매 변환기의 전방단에 보조 촉매 변환기가 배치되고, 상기 보조 촉매 변환기는 활성화를 촉진하도록 설정된 조기 활성화 촉매 변환기와 활성 후의 정화 효율을 확보하는 프리 촉매 변환기를 구성 요소로 하는 엔진 배기 정화 장치에 있어서, 상기 보조 촉매 변환기의 상류, 하류 중 적어도 하류측에 배기 센서가 배치되고, 또, 상기 보조 촉매 변환기의 온도를 검출 혹은 추정하는 수단과, 상기 보조 촉매 변환기의 온도 및 상기 배기 센서의 데이타를 입력하여 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성과, 급상승 특성 후의 정상 특성을 구하고, 상기 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 그 비교 효과의 특성상 어긋난 양이 소정량 이상인 경우에는, 상기 조기 활성화 촉매 변환기가 열화한 것으로 특정하고, 상기 정상 특성이 소정량 이상 저하된 경우에는 상기 프리 촉매 변환기의 정상 특성이 열화된 것으로 판정하는 촉매 진단 수단을 구비하여 이루어진다.

제1 발명의 작용

제3도에 촉매 온도(횡축)와 배기 정화율(종축)의 관계를 도시한다. 배기 정화율(환언하면 산소 스토리지 능력)은 촉매 온도가 상승함에 따라서 높아지며, 결국 포화하여 정상 특성으로 떨어진다. 종래는 이 정상 특성 배기 정화율(산소 스토리지 능력의 정량)을 구하고(열화 모드 B), 그것이 기준치보다 하회하는 경우에는 촉매 변환기의 열화(여기에서 열화라 함은 교환이 필요한 정도의 것이다)라는 판정을 내리고 있다.

이에 반해 본 발명에서는, 정상 특성에 이르기 전의 촉매 온도 - 배기 정화율의 급상승 특성(활성화 특성이라 칭하는 일도 있다)을 기준 급상승 특성(예를 들면 신품의 급상승 특성)과 비교함으로써 촉매 변환기의 열화를 진단한다(열화 모드 A). 이와 같은 열화 모드 A의 촉매 진단 방식은 촉매 변환기의 열화 진행과 더불어 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성이 고온측으로 시프트하는 특징을 이용한 것으로 이 진단 방식에 따르면, 촉매 조기 활성화 기능의 열화 진행을 판별할 수 있다.

제2 발명의 작용

보조 촉매 변환기는 가능한 한 엔진에 가깝게 설치하거나, 히터 등을 사용하여 조기 활성화가 도모되고 있으며, 경시적으로 열 열화하는 경향이 있다.

이 보조 촉매 변환기를 조기 활성화 촉매 변환기와 프리 촉매 변환기로 구성한 경우라도 공통 배기 센서(보조 촉매 변환기의 상류측과 하류측에 배치한 배기 센서, 혹은 하류측만의 배기 센서)와 촉매 온도 센서의 데이타를 이용하여 제3도의 열화 모드 A, B를 모두 구할 수 있다. 열화 모드 A의 양이 소정치 이상인 경우에는 조기 활성화 촉매가 충분히 기능하고 있지 않으므로 조기 활성화 촉매가 교환에 필요한 정도로 열화된 것으로 판별한다. 한편, 열화 모드 A에 대해서는 열화량이 허용 범위이지만, 열화 모드 B의 양이 소정치 이상인 경우에는 활성화 후의 프리 촉매가 충분히 기능하고 있지 않으므로 이 경우에는 프리 촉매가 교환에 필요한 정도로 열화된 것으로 판별한다.

본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 적용 대상이 되는 엔진 제어 시스템의 블럭도, 제2도는 그 중 엔진 배기 정화 장치의 촉매 열화 진단을 행하는 컨트롤 유닛 블럭 구성도이다.

제1도의 엔진 제어 시스템에 있어서, 컨트롤 유닛(12)에는 흡기 시스템의 공기량 센서(1) 및 드로틀 센서(2)의 검출 신호, 엔진 (13)으로부터는 회전 센서(11) 및 수온 센서(4)의 검출 신호, 배기 시스템으로부터는 배기 센서(5)(보조 촉매 변환기(8)의 상류측에 있는 배기 센서로 이하, 촉매전 배기 센서라 칭한다) 및 배기 센서(6)(보조 촉매 변환기(8)의 하류측에 있는 배기 센서로 이하, 촉매후 배기 센서라 칭한다)의 검 출 신호, 촉매 온도 센서(10)의 검출 신호가 입력된다. 14는 흡기 통로, 15는 배기 통로이다.

컨트롤 유닛(12)은 공기량 센서(1)로부터의 신호(엔진 흡입 공기량(Qa)), 드로틀 센서(2)로부터의 신호(교축 밸브의 개도(TH)), 수온 센서(4)로부터의 신호(엔진 냉각 수온(TW)), 촉매전 배기 센서(5)로부터의 신호 Gf(공연비 신호), 회전 센서(11)로부터의 신호(엔진 회전수(N))를 기초로 하여 엔진에 공급해야 할 연료량이 계산되고, 그 연료 공급 신호가 인젝터(3)에 출력된다.

엔진(13)으로부터 나오는 연소된 배기 가스는 보조 촉매 변환기(8)(조기 활성화 촉매 변환기(8A), 프리 촉매 변환기(8B))와 메인 촉매 변환기(9)로 정화된다. 또, 촉매 변환기에 대해서는 이하 단지 촉매라 칭한다.

조기 활성화 촉매(8A)는 촉매 조성 그 자체는 프리 촉매(8B), 메인 촉매(9)와 같은 것(예를 들면 3원 촉매)이 사용되지만, 열 용량이 작고, 엔진(13)에 가까운 위치에 설치하여 냉기 상태에서 엔진을 시동했을 때라도 가능한 한 빠르게 촉매가 따뜻해지며, 활성화가 촉진되므로써 배기 가스의 정화 개시가 촉진되도록 하고 있다.

조기 활성화 촉매(8A)는 전류나 고주파로 조기 가열되는 것이라도 좋고, 또, 산화 반응 촉진 촉매를 이용하여 조기 가열화되도록 해도 좋다. 프리 촉매(8B)는 촉매의 정화 효율을 확보하는 촉매이며, 조기 활성화 촉매(8A)로 정화되지 못한 유해 배기를 정화한다. 통상은 메인 촉매(9)보다 소형이고 열 용량이 작으므로 따뜻해지는 것도 비교적 빠르다. 메인 촉매(9)는 조기 활성화 촉매(8A)와 촉매(8B)로 정화할 수 없는 유해 배기를 정화한다.

이 조기 활성화 촉매(8A)와 프리 촉매(8B)에서, 메인 촉매(9)의 전방단에 설치되는 보조 촉매(8)를 구성하고, 이와 같은 보조 촉매 중 특히 조기 활성화 촉매(8A)를 구비함으로써 엔진 냉기시의 유해 배기의 배출을 대폭으로 적게 할 수 있고, 북미의 배기 규제 강화(ULEV)에 적합하게 할 수 있다(또, 프리 촉매(8B)와 메인 촉매(9)만으로는 배기 규제 강화(ULEV)를 만족하는 것은 곤란하다).

상기와 같은 조기 활성화 촉매(8A)를 구비하는 경우에는 엄격한 배기 가스 규제에 대항할 수 있으므로 조기 활성화가 정상으로 기능하고 있는지의 여부도 진단할 필요성이 생긴다.

본 예에서는 보조 촉매(8)를 구성하는 조기 활성화 촉매(8A)와 프리 촉매(8B)를 진단 대상으로 하고, 그 진단을 위해, 보조 촉매(8)의 상, 하류(배기 통로에 있어서의 조기 활성화 촉매(8A)의 상류와 프리 촉매(8B)의 하류)에 배기 센서(5, 6)를 각각 배치하고, 조기 활성화 촉매(8A)에 대해서는 도3에 도시한 열화 모드 A에 대해 진단하고, 프리 촉매(8B)에 대해서는 열화 모드 B에 대해서 진단한다.

또, 메인 촉매(9)는 엔진으로부터 분리되어 있으므로 배기 온도도 비교적 낮고, 또 정화된 배기에 노출되는 경우가 많으므로 거의 열화하는 일은 없다.

여기에서, 제3도에 의해 촉매 열화 모드 A, B에 대해서 설명한다.

제3도는 촉매 온도에 대한 배기 정화율 특성을 도시한 것이다.

촉매는 열화하는 데 따르는 산소 스토리지 능력이 저하하고, 이에 의해, 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성이 고온측으로 시프트하거나(열화 모드 A), 급상승 후의 정상 특성에 있어서도 전체 정화율이 낮아지거나(열화 모드 B) 한다.

제4도에 촉매후 배기 센서의 신호(본 예에서는 보조 촉매 변환기(8)의 하류측 배기 센서(6)에 상당한다)의 신호로부터 알 수 있는 현상을 도시한다. 배기 정화율이 높아질 수록(산소 스토리지 능력이 높을 수록), 촉매 하류의 미연 탄화 수소 농도(HC 농도)나 촉매 전후의 배기 센서 신호의 상관 계수가 낮고, 또, 촉매후 배기 센서(6)의 신호 응답성은 지연된다. 따라서, 이들을 모니터함으로써 배기 정화율을 산출할 수 있다.

예를 들면, 촉매 전후 배기 센서(5, 6)의 출력 신호(Gf, Gr)의 상관 계수로부터 배기 정화율을 산출하는 경우에 대해 설명한다.

제5도에 엔진을 냉기시에 시동한 때의 촉매 전후 배기 센서(5, 6) 신호(Gf, Gr)의 변화 모습과 이와 함께 촉매 온도(Tcat), 촉매의 배기 정화율, 촉매 후의 HC 농도, 촉매 전후의 배기 센서 신호의 상관 계수를 도시한다.

제5도에 도시한 바와 같이, 엔진의 공연비 제어는 촉매전 배기 센서(5)의 출력 신호(Gf)를 기초로 하여 피드백 제어되지만, 공연비 피드백 제어는 목표 공연비를 중심으로 연료의 증감을 반복하므로 촉매전 배기 센서(5)의 신호(Gf)는 주기적으로 변동한다.

한편, 촉매후 배기 센서(6)의 출력 신호(Gr)는 처음은 촉매전 배기 센서(5)의 출력 신호(Gf)와 같은 파형으로 변동하지만, 촉매 온도 상승에 수반하는 촉매 정화율이 높아지므로 그에 수반하는 변동이 작고, 느려진다. 이것은 정화율이 높아짐에 따라 촉매 산소 스토리지 효과가 상승하고, 촉매후 배기 가스 센서(6)의 신호(Gr)의 응답이 지연되기 때문이다. 따라서, 촉매 전후 배기 센서 신호(Gf, Gr)의 상관 계수와 촉매 온도(Tcat)의 관계로부터 제3도의 정화율 특성을 구할 수 있다.

제3도에 도시한 정화율 특성(급상승 특성 및 정상 특성)에 대해서, 미리 신품 촉매(여기에서는, 조기 활성화 촉매(8A)와 프리 촉매 (8B)로 구성되는 보조 촉매 변환기(8))에 대해서 구해 두고, 이것을 기준 급상승 특성 및 정상 특성으로서 컨트롤 유닛(12)에 기억하여 둔다.

이 기준 특성에 대해 경시적으로 변화하는 보조 촉매 변환기 (8)의 급상승 특성이나 정상 특성을 촉매 전후 배기 센서 신호(Gf, Gr)의 상관 계수와 촉매 온도(Tcat)의 관계로부터 산출하고, 그 산출치(모니터치)를 기억해 둔다. 이 모니터 특성(진단 대상이 되는 보조 촉매 변환기(8)의 급상승 특성, 정상 특성의 각각)을 기준 특성과 비교하면, 열화 모드 A의 열화인지 열화 모드 B의 열화인지를 알 수 있다.

열화 모드 A의 경우는 조기 활성화 촉매(8A)의 열화가 주요 원인이며, 열화 모드 B의 경우는 프리 촉매(8B)의 열화가 주요 원인이다.

본 예에서는 상기 열화 모드 A, B에 대해서의 진단을 컨트롤 유닛(12)을 이용하여 다음과 같이 행하고 있다.

도2는 컨트롤 유닛(12)으로 구성한 촉매 진단 장치의 구성을 도시한 기능 블럭도이며, 컨트롤 유닛(12)의 연산부에 의해 촉매 진단 수단(20)을 구성하고, 이 촉매 진단 수단(20)은 배기 정화율 검출 기능, 촉매 열화 모드 판별 기능, 촉매 진단·경보 신호 발생 기능을 구비한다.

즉, 촉매 진단 수단(20)은 촉매전 배기 센서 신호(Gf), 촉매후 배기 센서 신호(Gr), 촉매 온도(Tcat)를 입력하여 Tcat의 추이와 Gf, Gr의 상관 데이타로부터 제3도에 도시한 바와 같은 촉매의 배기 정화율 특성을 구한다.

다음에, 구한 배기 정화율 특성으로부터 조기 활성화 촉매(8A)의 급상승 특성의 열화(열화 모드 A), 프리 촉매(8B)의 정상 특성의 열화(열화 모드 B)를 판별한다.

최후에 열화 모드 A, B의 각각에 대해 기준 특성과 비교하여 열화 모드 A의 열화량(ㅿA)(예를 들면 제3도의 고온측으로의 시프트량 (ㅿTcat))이 소정량 이상인 경우에는 조기 활성화 촉매(8A)의 열화, 열화 모드 B의 열화량(ㅿB)이 소정량 이상인 경우에는 프리 촉매(8B)의 열화와 촉매별 진단을 행하는 각각의 진단 결과를 기억하는 동시에, 교환이 필요한 열화량인 경우에는 경보 신호를 발생한다. 이에 의해, 본 발명에서는 조기 활성화 촉매(8A), 프리 촉매(8B) 중 어느 쪽이 고장인지를 공통 배기 가스 센서(5, 6)를 이용하여 식별할 수 있다. 또, 고장인 촉매만 교환이 가능하다.

촉매 온도(Tcat) 대신에 흡입 공기량(Qa), 연료 공기량, 엔진 시동으로부터의 경과 시간 등으로부터 추정한 온도를 이용해도 좋다. 활성화 촉매(12)가 전류나 고주파로 가열되는 경우는 그 전력량의 적분치로부터의 온도를 추정해도 좋다. 또, 그들 추정치 대신에 추정치에 이용한 데이타를 직접 이용해도 좋다.

제6도 또는 제7도에 본 실시 형태의 촉매 진단 플로우 차트를 도시한다. 이 제어 플로우는 소정 주기마다 반복 실행된다.

우선, 스텝 100에 있어서, 엔진에 흡입되는 흡입 공기량(Qa), 엔진 냉각 수온(TW), 촉매전 배기 센서 신호(Gf), 촉매후 배기 센서 신호(Gr), 촉매 온도(Tcat), 엔진 회전수(N)를 취입한다.

스텝 101에서 촉매전 배기 센서 신호(Gf)를 기초로 하여 공연비 제어를 행한다.

스텝 102에서 Tcat ≤ Tcold(Tcold는 냉방기 운전의 기준이 되는 온도)의 비교에 의해 촉매(여기에서는 조기 활성화 촉매(8A), 프리 촉매(8B)의 보조 촉매(8)를 대상으로 한다)가 냉각된 상태인 경우는 스텝 103으로 진행한다. 스텝 103에서 촉매 전후 배기 가스 센서(5, 6) 신호(Gf, Gr)의 상관 관계를 산출한다.

스텝 104에서 Gf, Gr의 상관 계수와 제4도의 특성으로부터 배기 정화율을 산출한다. 스텝 105에서 Tcat ≥ Thot(Thot는 난기 운전의 기준이 되는 온도)의 비교에 의해 보조 촉매(8)가 소정 이상으로 따뜻해졌는지 판별하고, 따뜻해진 경우는 스텝 106에서 배기 정화율과 촉매 온도의 관계(도3의 배기 정화율 특성)를 구하고, 열화 모드 A의 열화량(ㅿA)(ㅿA는 고온측으로의 시프트량(ㅿTcat)에 상당한다)과 열화 모드 B의 열화량(ㅿB)을 구한다.

제3도의 특성 중 열화 모드 A의 경우, 스텝 107에서 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 열화량(ㅿA)이 기준 특성으로부터 α만큼 고온측으로 시프트한 경우(ㅿA〉α), 스텝 108에서 조기 활성화 촉매(8A)가 교환 필요한 정도의 열화(촉매 고장)라 판정(NG 판정)하고, 판정 결과를 기억하여 경보한다. 그렇지 않은 경우는 스텝 109에서 OK 판정하고, 기억한다.

다음에, 스텝 110에서 열화 모드 B의 열화량(ㅿB)이 소정치(β)이상인지를 판정하고, β이상인 경우는 스텝 111에서 프리 촉매 (8B)의 NG 판정을 행하는 판정 결과를 기억하여 경보한다. 그렇지 않은 경우는 스텝 112에서 OK 판정하고 기억한다. 최후에 스텝 113에서 촉매 진단 완료 플랙을 세트하고 종료한다. 스텝 102에서 촉매가 따뜻해지고 있는 상태일 때는 스텝 114에서 촉매 진단 완료 플랙이 세트되어 있는지를 확인하고, 세트되어 있을 때는 종료한다. 촉매 완료 플랙이 세트되어 있지 않은 경우는 스텝 103으로 진행하고, 배기 정화율의 산출을 속행한다.

또, 스텝 108에서 행해지는 열화 모드 A의 진단은 다음과 같이 해도 된다. 기준 급상승 특성(예를 들면 신품 촉매의 배기 정화율의 급상승 특성)의 대표점이 되는 촉매 온도(Tcato)와 그 때의 배기 정화율(C)을 특정하여 그 Tcato에 대한 모니터된 배기 정화율(C')과 정화율(C)을 비교하고, C'가 C에 반해 소정치 이상 낮아진 경우, 또는, 모니터한 급상승 특성의 구배가 기준 급상승 특성의 구배θ에 비해 소정치 이상으로 낮아진 경우에 조기 활성화 촉매(8A)의 고장이라 판단해도 좋다.

각각의 열화 모드 A, B에 따른 진단 결과는 식별할 수 있도록 개개의 코드로 기억된다. 또, 제3도에 도시한 바와 같은 신품 촉매의 온도에 대한 기준 정화율 특성은 컨트롤 유닛(12)에 기억되어 있으며, 이에 의해 정화율 모니터치와의 비교를 가능하게 하고 있다.

촉매 전후의 배기 센서 신호의 상관 관계 대신에 촉매후 배기 센서 신호(Gf)의 응답성, 촉매후 미연의 탄화 수소 농도(HC 농도) 등을 이용하여 이것과 촉매 온도와의 관계에서 배기 정화율 특성을 구해도 좋다.

본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 효과를 이룬다.

① 보조 촉매(8)에 대해 냉각된 상태에서 따뜻해지기까지 사이의 배기 정화율의 급상승 특성을 구하고, 조기 활성화 촉매(8A)에 대해서는 조기 활성화 기능의 열화도를 정확하게 진단하므로, 앞으로 엄격한 배기 가스 규제(예를 들면 북미 배기 규제(ULEV))에 적합한 배기 정화 장치에 대응할 수 있는 촉매 진단을 가능하게 한다.

② 제3도에 도시한 열화 모드 A, B 어느 것에 대해서도 진단하므로, 조기 활성화 촉매(8A), 프리 촉매(8B)에 대해 증상별로 열화 진단을 가능하게 하고, 열화한 부분의 촉매만 교환이 가능해진다.

③ 상기 ②의 증상별 진단을 공통 배기 가스 센서를 이용하여 행할 수 있다.

제1의 발명에 따르면, 메인 촉매 변환기 외에 조기 활성화 촉매 변환기(보조 촉매 변환기)를 구비하여 엄격한 배기 가스 규제치에 적합하게 할 수 있는 엔진 배기 정화 장치에 있어서도, 조기 활성화 촉매의 기능에 대해 확실한 촉매 열화 진단을 가능하게 한다.

제2 발명에 따르면, 메인 촉매 전방단에 보조 촉매 변환기로서 프리 촉매 변환기 및 조기 활성화 촉매 변환기를 설치한 경우, 그들의 촉매 열화 진단을 증상별로 식별하여 특정할 수 있고, 촉매의 확실한 교환을 가능하게 한다.

Claims

배기 가스를 정화하기 위한 촉매 변환기를 구비한 엔진 배기 정화 장치에 있어서, 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 촉매 변환기의 열화를 판별하는 촉매 진단 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 정화 장치.
배기 가스를 정화하기 위한 메인 촉매 변환기와, 활성화를 촉진하도록 설정된 보조 촉매 변환기를 구비한 엔진 배기 정화 장치에 있어서, 상기 보조 촉매 변환기의 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 보조 촉매 변환기의 열화를 판별하는 촉매 진단 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 정화 장치.
메인 촉매 변환기의 전방단에 보조 촉매 변환기가 배치되고, 상기 보조 촉매 변환기는 활성화를 촉진하도록 설정된 조기 활성화 촉매 변환기와, 활성 후의 정화 효율을 확보하는 프리 촉매 변환기를 구성 요소로 하는 엔진 배기 정화 장치에 있어서, 상기 보조 촉매 변환기의 상류, 하류 중 적어도 하류측에 배기 센서가 배치되고, 또, 상기 보조 촉매 변환기의 온도를 검출 혹은 추정하는 수단과, 상기 보조 촉매 변환기의 온도 및 상기 배기 센서 데이타를 입력하여 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성과, 급상승 특성 후의 정상 특성을 구하고, 상기 급상승 특성을 기준 급상승 특성과 비교하여 그 비교 결과의 특성 상의 어긋난 양이 소정량 이상인 경우에는 상기 조기 활성화 촉매 변환기가 열화한 것으로 특정하고, 상기 정상 특성이 소정량 이상 저하된 경우에는 상기 프리 촉매 변환기의 정상 특성이 열화된 것으로 판정하는 촉매 진단 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 정화 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 진단 수단은 (1) 진단 대상의 촉매 변환기의 촉매 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성이 기준 급상승 특성보다도 고온측으로 소정량 이상 시프트한 경우, 또는, (2) 기준 급상승 특성의 대표점이 되는 촉매 온도(Tcato) 및 그 때의 기준 배기 정화율(C)을 특정하여 진단 대상의 촉매 변환기의 상기 대표 촉매 온도(Tcato)에 있어서의 배기 정화율(C')이 상기 배기 정화율에 반해 소정치 이상 낮아진 경우, 또는, (3) 진단 대상의 촉매 변환기의 온도에 대한 배기 정화율의 급상승 특성이 기준 급상승 특성의 구배θ에 비해 소정치 이상 낮아진 경우를 조건으로 교환이 필요한 촉매 열화를 판정하도록 설정한 것을 특징으로 하는 엔진 배기 정화 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단 대상의 촉매 변환기의 온도는 엔진에 흡입되는 흡입 공기량, 연료 공급량, 촉매 활성화를 촉진하는 촉매에 가해지는 전력 또는 에너지 중 어느 하나의 누계치, 엔진 시동으로부터의 경과 시간, 엔진의 회전수, 부하, 엔진 냉각수 온도 중 어느 하나를 기초로 하여 추정되도록 설정한 것을 특징으로 하는 엔진 배기 정화 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 열화가 판정되면 경보를 발하도록 설정한 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.

※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.