JP2000008838A

JP2000008838A - 内燃機関におけるｈｃ吸着剤の劣化診断装置および劣化診断方法

Info

Publication number: JP2000008838A
Application number: JP10169572A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takahashi; 秀明高橋; Tatsuo Sato; 立男佐藤; Masayoshi Nishizawa; 公良西沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2018-06-17
Also published as: JP3409699B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＨＣ吸着剤の劣化診断を上下の空燃比センサ
の検出空燃比差に基づいて行う場合に、ＨＣ吸着剤上流
の三元触媒装置の酸素ストレージ作用による精度低下を
回避する。【解決手段】ＨＣの脱離条件となったら（ステップ５
１）、空燃比をリーンとし（ステップ５４）、三元触媒
装置の酸素ストレージ能力を強制的に飽和させる。予め
触媒の酸素ストレージ能力ａを推定しておき、逐次推定
する実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが酸素ストレージ能力ａ
に達したら、上下の空燃比ＦＡ／Ｆ，ＲＡ／Ｆに基づい
て総脱離量σＨＣを逐次積算する（ステップ５９）。脱
離終了後に、空燃比を理論空燃比に戻し（ステップ５
２）、総脱離量σＨＣの大小から劣化を判定する（ステ
ップ６１〜６３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、排気浄化のため
に排気中のＨＣを一時的に吸着するＨＣ吸着剤を備えた
内燃機関において、ＨＣ吸着剤の劣化を診断する装置お
よび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気の浄化には、一般に三元
触媒装置が用いられているが、機関の冷間始動直後など
排気温度が低いときには、触媒が活性していないため、
ＨＣを浄化することができない。そのため、ゼオライト
等からなるＨＣ吸着剤を排気通路に介装し、低温時のＨ
Ｃを吸着するようにした排気浄化装置が従来から知られ
ている。

【０００３】そして、このＨＣ吸着剤の劣化状態を診断
する診断装置を、本出願人は先に提案している（特開平
８−１２１２３２号公報）。これは、ＨＣ吸着剤が、低
温時にはＨＣを吸着し、かつ所定の脱離温度以上の高温
となると、吸着していたＨＣが脱離する、という特徴を
利用したものであって、ＨＣ吸着剤の上流側および下流
側の双方に空燃比センサ等の空燃比検出手段を配置し、
ＨＣの脱離時に両者の検出空燃比の差を吸入空気量につ
いて積分することにより脱離したＨＣの総量を推定し、
その大小から劣化度合を判定するようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＨＣ
吸着剤は、多くの場合、三元触媒装置と併用されるもの
であり、例えばＨＣ吸着剤の上流側に三元触媒装置が配
置される。そして、空燃比フィードバック制御のために
は、空燃比センサを三元触媒装置の上流側に配置する必
要があるので、上記のＨＣ吸着剤の診断のために２つの
空燃比センサを設けるとすると、上流側空燃比センサと
下流側空燃比センサとの間に、三元触媒装置とＨＣ吸着
剤の双方が配置されることになる。

【０００５】このような場合、三元触媒装置には、酸素
ストレージ作用があり、排気中の酸素が吸収され、ある
いは逆に排気中に酸素が放出されることにより、三元触
媒装置の前後で空燃比差が生じるので、ＨＣの脱離に伴
うＨＣ吸着剤前後の空燃比差に対する検出精度が低下し
てしまう。

【０００６】なお、三元触媒装置とＨＣ吸着剤との間に
さらに空燃比センサを配置するとすると、合計３カ所に
空燃比センサを設ける必要が生じ、好ましくない。

【０００７】この発明は、三元触媒装置およびＨＣ吸着
剤の前後の２カ所に空燃比検出手段を設けたものにおい
て、さらに診断の精度を高めることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に係る内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣
化診断装置は、内燃機関の排気系に介装され、低温時の
吸着作用と高温時の脱離作用とを有するＨＣ吸着剤と、
このＨＣ吸着剤の上流側に配置された三元触媒装置と、
この三元触媒装置の上流側に設けられた上流側空燃比検
出手段および上記ＨＣ吸着剤の下流側に設けられた下流
側空燃比検出手段と、上記ＨＣ吸着剤の脱離時に、上流
側空燃比検出手段における検出空燃比と下流側空燃比検
出手段における検出空燃比とに基づいて推定される脱離
ＨＣ量からＨＣ吸着剤の劣化を診断する劣化診断手段
と、を備えてなるＨＣ吸着剤の劣化診断装置において、
診断時に、上記三元触媒装置の酸素ストレージ能力を飽
和状態とする酸素供給手段を備えていることを特徴とし
ている。

【０００９】また、請求項８に係る内燃機関におけるＨ
Ｃ吸着剤の劣化診断方法は、内燃機関の排気系に介装さ
れ、低温時に吸着作用を、高温時に脱離作用をそれぞれ
行うＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤の上流側に配置され
た三元触媒装置と、この三元触媒装置の上流側に設けら
れた上流側空燃比検出手段および上記ＨＣ吸着剤の下流
側に設けられた下流側空燃比検出手段と、を備え、上記
ＨＣ吸着剤の脱離時に、上流側空燃比検出手段における
検出空燃比と上記下流側空燃比検出手段における検出空
燃比とに基づいて脱離ＨＣ量を推定し、この脱離ＨＣ量
からＨＣ吸着剤の劣化を診断するＨＣ吸着剤の劣化診断
方法において、上記三元触媒装置に過剰な酸素を付与し
て酸素ストレージ能力を強制的に飽和状態とした後に、
両空燃比検出手段における検出空燃比に基づく劣化診断
を行うことを特徴としている。

【００１０】このように三元触媒装置に十分な酸素を与
えて酸素ストレージ能力が飽和した状態としておけば、
理論空燃比もしくはリーン空燃比の下でＨＣの脱離が行
われるときに、酸素ストレージ作用による三元触媒装置
前後の空燃比変化がなく、上流側空燃比検出手段と下流
側空燃比検出手段とで検出される空燃比の差は、ＨＣ吸
着剤からの脱離ＨＣのみによるものとなる。従って、上
流側空燃比検出手段が三元触媒装置の上流側にあって
も、脱離ＨＣ量ひいてはＨＣ吸着剤の劣化状態を精度よ
く検出できる。

【００１１】上記の酸素の供給は、例えば、請求項２の
ように、空燃比を一時的にリーン化する空燃比制御手段
によって達成することができる。このほか、排気系に２
次空気を供給する２次空気供給装置によっても実現でき
る。また、この酸素の供給は、例えば、酸素ストレージ
能力が飽和するのに十分な一定時間もしくは一定期間、
あるいは一定量行うようにしてもよく、あるいは、後述
のように、そのときの三元触媒装置の酸素ストレージ量
を逐次検出し、これが飽和するまで行うようにしてもよ
い。

【００１２】また請求項２の発明をさらに具体化した請
求項３の発明では、上記空燃比制御手段は、上記劣化診
断手段による診断の終了まで空燃比をリーンに保持する
ようになっている。

【００１３】このようにリーンに保った状態でＨＣの脱
離を行い、ＨＣ吸着剤の劣化診断を行うようにすれば、
酸素ストレージ作用による診断精度の低下が一層確実に
回避されるとともに、脱離したＨＣが良好に浄化され
る。

【００１４】また請求項２の発明を具体化した請求項４
の発明では、上記空燃比制御手段は、三元触媒装置の酸
素ストレージ能力が飽和状態となるまで空燃比をリーン
化し、上記劣化診断手段による診断開始とともに理論空
燃比に戻すようになっている。

【００１５】このように酸素ストレージ能力を飽和させ
た後、理論空燃比の下でＨＣの脱離を行い、ＨＣ吸着剤
の劣化診断を行うようにすれば、リーン状態を継続する
ことによるＮＯｘの増加が回避される。

【００１６】また、請求項５の発明は、上記上流側空燃
比検出手段により検出された空燃比と吸入空気量とに基
づいて三元触媒装置における実際の酸素ストレージ量を
逐次推定する実酸素ストレージ量推定手段を備えてお
り、この推定した実酸素ストレージ量に基づいて酸素ス
トレージ能力の飽和を判定するようになっている。

【００１７】すなわち、リーン状態の排気が三元触媒装
置に流入すれば、三元触媒装置の酸素ストレージ量は増
加し、逆に、リッチ状態の排気が流入すれば、酸素スト
レージ量は減少する。従って、上流側の空燃比と排気量
つまり吸入空気量とによって実酸素ストレージ量を逐次
推定することが可能である。そして、この実酸素ストレ
ージ量が所定の酸素ストレージ能力に達しているか否か
によって飽和状態を判定することができる。

【００１８】ここで、飽和しているか否かの判定基準と
なる三元触媒装置の酸素ストレージ能力は、固定値とし
て取り扱ってもよいが、実際には、触媒の劣化に伴って
酸素ストレージ能力が低下してくるので、これを考慮す
ることが望ましい。触媒の劣化は、例えば、運転時間や
その運転条件（負荷、回転数）等の運転履歴によって推
定することができるが、請求項６のようにして検出する
ことも可能である。

【００１９】すなわち、請求項６の発明は、上記三元触
媒装置が活性状態にある通常の運転中に、上記上流側空
燃比検出手段の検出信号の変化と下流側空燃比検出手段
の検出信号の変化との関係から三元触媒装置の酸素スト
レージ能力を推定する酸素ストレージ能力推定手段を備
えていることを特徴としている。

【００２０】内燃機関の空燃比が例えば空燃比フィード
バック制御によって周期的に変動する場合、上流側空燃
比検出手段の検出信号は、これに応じて周期的に変化す
るが、三元触媒装置の下流側では、酸素ストレージ作用
によって空燃比変化が非常に緩慢なものとなる。しか
し、触媒が劣化し、酸素ストレージ能力が低くなると、
三元触媒装置の下流側の空燃比変化が、上流側での空燃
比変化に近似したものとなってくる。従って、両者の関
係から、実際の酸素ストレージ能力を推定することが可
能である。特に、この方法では、ＨＣ吸着剤の劣化診断
のための上流側空燃比検出手段および下流側空燃比検出
手段をそのまま利用して酸素ストレージ能力の推定が行
える。

【００２１】一方、請求項７の内燃機関におけるＨＣ吸
着剤の劣化診断装置は、内燃機関の排気系に介装され、
低温時の吸着作用と高温時の脱離作用とを有するＨＣ吸
着剤と、このＨＣ吸着剤の上流側および下流側にそれぞ
れ設けられた空燃比検出手段と、上記ＨＣ吸着剤の脱
離時に、上記上流側空燃比検出手段により検出された空
燃比と吸入空気量とに基づいて三元触媒装置における実
際の酸素ストレージ量を逐次推定する実酸素ストレージ
量推定手段と、この推定した実酸素ストレージ量が０も
しくは酸素ストレージ能力飽和状態に達しているときは
上流側空燃比検出手段による検出空燃比を、実酸素スト
レージ量が酸素ストレージ能力の範囲内であるときは理
論空燃比を、ＨＣ吸着剤入口側の空燃比であるとして出
力する吸着剤入口側空燃比推定手段と、この推定した吸
着剤入口側空燃比と上記下流側空燃比検出手段における
検出空燃比とに基づいて脱離ＨＣ量を推定し、該脱離Ｈ
Ｃ量からＨＣ吸着剤の劣化を診断する劣化診断手段と、
を備えて構成されている。

【００２２】この発明は、三元触媒装置の酸素ストレー
ジ能力を強制的に飽和させることなく、ＨＣ吸着剤入口
側つまり三元触媒装置とＨＣ吸着剤との間における空燃
比を推定することで、ＨＣ吸着剤からの脱離ＨＣ量の検
出精度を高めるようにしたものである。

【００２３】図１は、酸素ストレージ作用による三元触
媒装置上流側および下流側の空燃比の関係を示したもの
である。同図において、（Ａ）は三元触媒装置上流側の
空燃比（通常は内燃機関自体の空燃比に相当する）を、
（Ｂ）は三元触媒装置下流側の空燃比を、（Ｃ）は三元
触媒装置の実酸素ストレージ量を、それぞれ示してい
る。この図に示すように、上流側の空燃比がリーンとな
ると、実酸素ストレージ量が増加していくが、この実酸
素ストレージ量が酸素ストレージ能力の飽和レベルに達
するまでは、三元触媒装置で酸素が吸収される結果、下
流側の空燃比は、リーンとはならず、理論空燃比に保た
れる。そして、酸素ストレージ能力が飽和すると、下流
側の空燃比も上流側空燃比と同じくリーンとなる。特
に、酸素ストレージ能力が飽和している間は、下流側空
燃比は上流側空燃比と同一となる。

【００２４】また、上流側の空燃比がリッチとなった場
合でも、実酸素ストレージ量が０となるまでは、三元触
媒装置から酸素が放出される結果、下流側の空燃比は、
リッチとはならず、理論空燃比に保たれる。そして、実
酸素ストレージ量が０となると直ちに下流側空燃比もリ
ッチとなる。実酸素ストレージ量が０である限りは、下
流側空燃比は上流側空燃比と同一の値となる。

【００２５】要するに、実酸素ストレージ量が酸素スト
レージ能力の範囲内で増減変化している状況では、三元
触媒装置下流側の空燃比は、上流側の空燃比に拘わらず
理論空燃比であり、実酸素ストレージ量が０あるいは飽
和状態では、上流側の空燃比の変化がそのまま下流側の
空燃比に現れることになる。

【００２６】本発明では、上述した請求項５と同様の実
酸素ストレージ量推定手段によって実酸素ストレージ量
が逐次推定される。そして、この実酸素ストレージ量と
所定の酸素ストレージ能力との関係から、吸着剤入口側
空燃比推定手段によって、ＨＣ吸着剤の入口側の空燃比
が推定される。従って、三元触媒装置の酸素ストレージ
作用の影響を排除した形で脱離ＨＣ量の検出を行うこと
ができ、ＨＣ吸着剤の劣化診断の精度が高くなる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１〜６もしくは請求項８に係るＨ
Ｃ吸着剤の劣化診断装置もしくは診断方法によれば、三
元触媒装置の酸素ストレージ能力を飽和させた状態でＨ
Ｃ脱離量に基づく劣化診断が行われるので、ＨＣ吸着剤
の上流側に三元触媒装置が配置された内燃機関の排気系
においても、酸素ストレージ作用の影響を排除でき、三
元触媒装置上流側とＨＣ吸着剤下流側との２カ所の空燃
比の検出に基づいて一層精度よく劣化診断を行うことが
できる。

【００２８】また請求項５の発明によれば、実酸素スト
レージ量を逐次推定するので、酸素ストレージ能力が飽
和するまでの酸素の供給、例えばリーン化する期間を、
過不足のない一層適切なものとすることができ、確実に
飽和させた状態で診断を行うことができる。

【００２９】さらに請求項６の発明によれば、触媒の劣
化に伴って減少する酸素ストレージ能力を、上流側空燃
比検出手段と下流側空燃比検出手段とを利用して検出す
るので、飽和状態を一層確実に判定できる。

【００３０】また請求項７の発明によれば、酸素ストレ
ージ能力を強制的に飽和させるための手段が不要であ
り、例えば、空燃比のリーン化に伴う不具合を生じるこ
とがなく、また特別なセンサ等の付加を必要とせずに、
診断の精度を高めることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００３２】図２は、この発明に係る内燃機関１の排気
系の構成を示しており、排気通路２の比較的上流位置、
例えば排気マニホルドの出口部に、三元触媒装置３が介
装されているとともに、この三元触媒装置３よりも下流
側に、ＨＣ吸着剤４が介装されている。このＨＣ吸着剤
４は、例えばゼオライト等の吸着剤成分を貴金属等の触
媒成分とともにセラミックス等の担体にコーティングし
て担持させたものであり、所定の脱離温度（例えば２０
０℃）よりも低い低温時には、排気中のＨＣを吸着する
吸着作用を有し、また脱離温度以上の高温時には、逆
に、吸着していたＨＣを脱離する脱離作用を有してい
る。なお、ＨＣ吸着剤４としては、触媒成分を含まない
構成のものであってもよい。また、ＨＣ吸着剤４のさら
に下流側に第２の三元触媒装置を設けることも可能であ
る。

【００３３】上記三元触媒装置３の上流側には、上流側
空燃比検出手段として、上流側空燃比センサ５が配置さ
れており、上記ＨＣ吸着剤４の下流側には、下流側空燃
比検出手段として、下流側空燃比センサ６が配置されて
いる。これらの空燃比センサ５，６は、例えば、空燃比
の値を連続的に検出し得る酸素ポンプ型のものが用いら
れており、後述するように、上流側空燃比センサ５が検
出した空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御が行
われる。そして、下流側空燃比センサ６の検出信号は、
この上流側空燃比センサ５を用いた空燃比制御の精度を
高めるために、制御系の片寄りを学習補正する際に用い
られるほか、後述するように、三元触媒装置３の劣化つ
まり酸素ストレージ能力の推定や、ＨＣ吸着剤４の劣化
診断に用いられる。なお、上流側空燃比センサ５に代え
て、空燃比がリーンであるかリッチであるかを検出する
Ｏ₂センサを用いることもできる。

【００３４】上記の両空燃比センサ５，６の検出信号
は、エンジンコントロールユニット７に入力されてい
る。また、機関の運転条件を検出するために、エアフロ
メータ８、クランク角センサ９、水温センサ１０等の種
々のセンサ類が設けられており、それぞれの検出信号
は、同様にエンジンコントロールユニット７に入力され
ている。

【００３５】そして、内燃機関１の吸気通路１１には、
各気筒の吸気弁へ向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁
１２が設けられており、エンジンコントロールユニット
７は、この燃料噴射弁１２による燃料噴射量や噴射時期
あるいは図示せぬ点火プラグによる点火時期等を総合的
に制御している。

【００３６】この内燃機関１の排気浄化は、基本的には
三元触媒装置３によって行われるものであり、空燃比が
フィードバック制御によって基本的に理論空燃比に保持
され、かつ三元触媒装置３の触媒作用によって酸化およ
び還元がなされる。そして、この三元触媒装置３は、触
媒活性温度に達していないと触媒作用を発揮できない
が、冷間始動直後のような低温時に内燃機関１から排出
されるＨＣは、ＨＣ吸着剤４に吸着され、除去される。
この一旦吸着されたＨＣは、ＨＣ吸着剤４が高温とな
り、所定の脱離温度に達した段階で再び脱離する。

【００３７】ここで、上記ＨＣ吸着剤４が劣化してくる
と、冷間時に吸着されるＨＣ量が減少するが、この吸着
されたＨＣ量は、基本的に、その後脱離するＨＣ量に等
しいので、脱離ＨＣ量を空燃比変化から推定することに
よって、劣化の程度を診断することができるのである。

【００３８】次に、図３以降のフローチャートに基づい
て、具体的なＨＣ吸着剤４の劣化診断について説明す
る。

【００３９】まず図３および図４は、基本的な燃料噴射
量の制御に関連する部分のフローチャートであって、こ
れらのルーチンは、時間同期もしくはクランク角同期で
繰り返し実行される。図３は、フィードバック補正係数
αを決定するルーチンであって、ステップ１で所定のフ
ィードバック制御条件であるか否かが機関運転条件や冷
却水温等に基づいて判別され、例えば低水温時等、フィ
ードバック制御条件でない場合には、ステップ３へ進ん
で、補正係数αを１に固定し、またフィードバック制御
条件である場合には、ステップ２へ進んで、補正係数α
の演算を行う。この実施例では、上流側空燃比センサ５
によって検出された実空燃比と設定空燃比（目標空燃
比）との偏差を設定空燃比で除して、微小な補正量を求
め、これを前回の補正係数α（αｏｌｄ）に加算して新
たな補正係数α（αｎｅｗ）としている。これにより偏
差に応じたフィードバック補正が加えられることにな
る。なお、図中、「空燃比」をいずれも「Ａ／Ｆ」と略
記してある。

【００４０】図４は燃料噴射量の演算のルーチンであ
り、ステップ１１でエアフロメータ８の出力信号をＡ／
Ｄ変換するとともに、リニアライズして、吸入空気量Ｑ
ａを求める。次に、ステップ１２で基本燃料噴射量Ｔｐ
を、この吸入空気量Ｑａと機関回転数Ｎとを用いて、Ｔ
ｐ＝Ｑａ×Ｋ／Ｎとして求める。なお、Ｋは、定数であ
る。そして、ステップ１３で、燃料噴射弁１２に与える
実際の噴射パルス幅Ｔｉを、Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α
＋Ｔｓとして求める。ここで、ＣＯＥＦは、水温等に基
づく各種増量補正係数、Ｔｓは、バッテリ電圧に対する
電圧補正分である。

【００４１】次に図５は、三元触媒装置３の劣化を考慮
した最大酸素ストレージ量つまり酸素ストレージ能力ａ
を求めるルーチンである。このルーチンは、内燃機関１
の暖機が完了した後の定常運転条件の下で実行されるも
のであり、１回の運転について１回行うだけでもよく、
あるいは繰り返し実行するようにしてもよい。

【００４２】ステップ２１では、上流側空燃比センサ５
の検出空燃比がリッチ，リーンに所定回数（Ｍ回）反転
する間における下流側空燃比センサ６の検出空燃比のリ
ッチ，リーンの反転回数Ｌをカウントする。そして、ス
テップ２２で、図１２に示すような特性の所定のテーブ
ルに基づき、反転回数Ｌに対応する酸素ストレージ能力
ａを求める。つまり、三元触媒装置３の触媒が劣化して
いなければ、上流側で空燃比が変化しても、下流側では
非常に緩慢に変化するため、反転回数Ｌは少ない。これ
に対し、三元触媒装置３の触媒が劣化していると、下流
側でも上流側と同様の空燃比変化が現れるようになるの
で、反転回数Ｌは上流側の反転回数Ｍに近づく。このよ
うな特性を利用して、三元触媒装置３の実際の酸素スト
レージ能力ａを求めることができる。

【００４３】この方法では、両空燃比センサ５，６を利
用して実際の酸素ストレージ能力ａを検出できるので、
非常に簡単に実現できる。なお、上流側の空燃比のリッ
チ，リーンの反転は、上記の空燃比フィードバック制御
による変化をそのまま利用してもよく、あるいは特定の
運転条件のときに、一定期間強制的に空燃比を変化させ
るようにしてもよい。

【００４４】このようにして求めた酸素ストレージ能力
ａの値は、後述するように、次回の始動後のＨＣ吸着剤
４の診断の際に用いられる。

【００４５】なお、内燃機関１の運転履歴、総運転時間
等によっても三元触媒装置３の劣化の程度はある程度推
定できるので、これらに基づいて、酸素ストレージ能力
ａを定めることもできる。

【００４６】次に図６は、三元触媒装置３の実酸素スト
レージ量Ｏ２Ｓを演算するルーチンを示すフローチャー
トである。このルーチンは、時間に同期して繰り返し実
行される。

【００４７】すなわち、三元触媒装置３に流入する排気
中の酸素の過不足をステップ３１において繰り返し加減
算することにより、そのときの実酸素ストレージ量Ｏ２
Ｓを推定している。具体的には、ステップ３１では、上
流側空燃比センサ５により検出された実空燃比と理論空
燃比との差に、そのときの吸入空気量Ｑａおよび所定の
定数ｋを乗じ、これを前回の実酸素ストレージ量（Ｏ２
Ｓｏｌｄ）に加算して、新たな実酸素ストレージ量（Ｏ
２Ｓｎｅｗ）を求めている。つまり、実空燃比のリーン
の状態が続けば、実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓは徐々に増
加し、逆にリッチの状態が続けば、実酸素ストレージ量
Ｏ２Ｓは徐々に減少する。

【００４８】そして、ステップ３２では、算出した値
を、実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓの上限となる酸素ストレ
ージ能力ａと比較しており、算出した値がこれ以上であ
った場合には、ステップ３３で、実酸素ストレージ量Ｏ
２Ｓとして上限値ａを設定する。同様に、算出した値が
負の値であった場合には、実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓと
して０を設定するようにしている（ステップ３４，３
５）。なお、ＨＣ吸着剤４の診断を行う始動直後の段階
では、図５のフローチャートによる酸素ストレージ能力
の推定を十分に行えない可能性があるので、酸素ストレ
ージ能力ａの値としては、上述したように、前回の運転
の際に求めておいた値を用いるとよい。

【００４９】次に図７は、ＨＣ吸着剤４からＨＣが脱離
する条件（脱離条件）であるか否かを判定するルーチン
である。このルーチンは、やはり時間に同期して繰り返
し実行される。ＨＣの脱離は、主にＨＣ吸着剤４の温度
に依存するので、この実施例では、排気温度ならびこの
排気温度によるＨＣ吸着剤４の温度上昇を推定し、この
ＨＣ吸着剤４の温度が一定範囲にあるときに脱離条件で
あると判定している。具体的には、ステップ４１で、機
関回転数Ｎと負荷に相当する基本燃料噴射量Ｔｐとか
ら、演算もしくは所定のテーブルを用いて排気温度Ｔ１
を推定する。そして、ステップ４２では、この排気温度
Ｔ１を、重み係数Ｇ，Ｈを用いた加重平均処理し、吸着
剤温度Ｔを求めている。つまり、前回の吸着剤温度をＴ
ｏｌｄ、新たな吸着剤温度をＴｎｅｗとすると、Ｔｎｅ
ｗ＝（Ｔｏｌｄ×Ｇ＋Ｔ１×Ｈ）／（Ｇ＋Ｈ）として逐
次演算される。なお、始動時における吸着剤温度Ｔ（Ｔ
ｏｌｄ）の初期値として、例えば冷却水温に応じて与え
ることもでき、あるいは固定値を用いることもできる。

【００５０】またＨＣ吸着剤４に、該ＨＣ吸着剤４の温
度Ｔを直接検出する温度センサを設け、その検出温度に
基づいて脱離条件の判定を行うようにしてもよい。

【００５１】ステップ４３では、この推定した吸着剤温
度Ｔを下限値（脱離開始温度に相当する）Ｉならびに上
限値（脱離が完了していると思われる温度に相当する）
Ｊと比較し、Ｉ≦Ｔ≦Ｊであれば、脱離条件であると判
定し（ステップ４４）、それ以外であれば脱離条件では
ない（つまり未脱離もしくは脱離完了状態）と判定（ス
テップ４５）する。なお、この脱離条件であるか否かの
判定の結果は、図示せぬフラグによって示される。

【００５２】次に図８は、診断処理の要部を示すフロー
チャートであり、このルーチンは、やはり時間に同期し
て繰り返し実行される。なお、フラグＦ１は、診断中で
あるか否かを示す診断フラグであり、始動の度に０にリ
セットされるものである。

【００５３】まず、ステップ５１では、上述した図７の
ルーチンの判定結果を示すフラグに基づいて、ＨＣの脱
離条件であるか否かを判定する。ＨＣ吸着剤４の温度が
低い間（つまりＨＣの吸着が行われている間）は、ここ
でＮＯとなるので、ステップ５２側へ進む。ステップ５
２では、設定空燃比として、理論空燃比を設定する。な
お、この設定空燃比の値は、前述したように図３のステ
ップ２に反映し、この設定空燃比を目標値として燃料噴
射量Ｔｉがフィードバック制御される。そして、ステッ
プ５３では診断フラグＦ１が判定されるが、初期値は０
であるので、ＮＯとなり、そのまま一連のルーチンが終
了する。

【００５４】その後、ＨＣ吸着剤４の温度が上昇し、ス
テップ５１で脱離条件であると判定されると、ステップ
５１からステップ５４へ進み、設定空燃比として、リー
ン側の適宜な値Ｃが与えられる。この設定空燃比Ｃの値
は、固定値であってもよく、あるいは、機関運転条件に
応じて多少異なる値であってもよい。このように設定空
燃比をリーン側にすることで、やはり図３および図４の
ルーチンにより、実際の空燃比も空燃比Ｃを目標値とし
てリーンとなる。そして、このように空燃比をリーンと
した状態において、図６のルーチンで逐次演算される実
酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが飽和状態に達しているか否
か、つまりＯ２Ｓ＝ａであるか否かをステップ５５にお
いて判定する。脱離条件となった直後の初回は、ステッ
プ５５はＮＯであるが、ステップ５１，ステップ５４，
ステップ５５の処理が繰り返されると、やがて実酸素ス
トレージ量Ｏ２Ｓが飽和状態に達する。

【００５５】ステップ５５でＹＥＳとなると、ステップ
５６へ進み、診断フラグＦ１の判定を行う。診断フラグ
Ｆ１が０である初回は、ステップ５６からステップ５７
へ進み、フラグＦ１を１にセットするとともに、ステッ
プ５８へ進み、ＨＣの総脱離量σＨＣの値を０に初期化
する。そして、ステップ５９へ進み、総脱離量σＨＣの
積算を行う。なお、次回以降は、ステップ５６からステ
ップ５９へ進むようになる。

【００５６】ステップ５９では、上流側空燃比センサ５
が検出した上流側空燃比（ＦＡ／Ｆ）と下流側空燃比セ
ンサ６が検出した下流側空燃比（ＲＡ／Ｆ）との差（Ｒ
Ａ／Ｆ−ＦＡ／Ｆ）、ならびに吸入空気量Ｑａに基づい
て、総脱離量σＨＣを逐次求めている。具体的には、前
回の値をσＨＣｏｌｄ、新たな値をσＨＣｎｅｗとする
と、σＨＣｎｅｗ＝σＨＣｏｌｄ−Ｑａ×（ＲＡ／Ｆ−
ＦＡ／Ｆ）として、総脱離量σＨＣを演算している。つ
まり、空燃比差は脱離したＨＣの濃度に関連し、これに
ガス流量つまり吸入空気量を乗じることによって、脱離
したＨＣの量を推定することができるのである。このス
テップ５９による積算は、脱離が完了するまで、つまり
ステップ５１で脱離条件が終了したと判定されるまで継
続される。

【００５７】脱離が完了してステップ５１で脱離条件外
となると、ステップ５２へ進むが、このときには診断フ
ラグＦ１が１であるので、ステップ６１へ進み、脱離中
に積算した総脱離量σＨＣが判定基準値ｅ以上であるか
否かを判定する。この判定基準値ｅ以上であれば、十分
に多量のＨＣを吸着し得ることを意味するので、ステッ
プ６２へ進み、ＨＣ吸着剤４が正常つまり非劣化状態で
あると判定する。また判定基準値ｅ未満の場合は、ＨＣ
の吸着能力が低下していることを意味し、ステップ６３
へ進んで、ＨＣ吸着剤４が劣化状態であると判定する。
そして、この判定後に、ステップ６４で診断フラグＦ１
を０にリセットして一連の診断処理が終了する。

【００５８】このように、本実施例では、リーン状態を
継続したまま空燃比差に基づく診断を行うので、三元触
媒装置３は、確実に酸素飽和状態に保持され、酸素スト
レージ作用による精度低下がない。また、ＨＣの脱離
中、排気系内がリーンであることから、脱離したＨＣが
良好に酸化処理され、最終的に外部へ排出されるＨＣが
非常に少なくなる。

【００５９】なお、この実施例では、脱離条件となって
から空燃比をリーンとし、酸素ストレージ能力が飽和す
るのを待って脱離ＨＣ量の積算を開始するようになって
いるが、空燃比をリーンとし始めてから飽和するまでの
期間は、極めて短時間（例えば１〜２秒程度）であるの
で、この遅れが問題となることはない。また、この期間
を予め考慮して脱離条件の下限温度（ステップ４３参
照）を設定することも可能である。

【００６０】次に、図９は、この発明の第２実施例を示
すフローチャートである。このルーチンは、図８と同じ
く診断処理の要部を示すものであり、図８のルーチンに
代えて、他の図３〜図７のルーチンと組み合わされるよ
うになっている。この図９のフローチャートは、図８の
フローチャートとステップ７１〜７３の部分を除き、基
本的に同一であるので、重複する説明は省略する。図８
のステップと同一の番号のステップは、基本的に同一の
処理を行っている。

【００６１】この第２実施例では、ステップ５１で脱離
条件であると判定された場合に、ステップ７１におい
て、実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが飽和状態に達したか否
かを判定し、飽和状態に達するまでの間、ステップ７２
へ進んで、設定空燃比を、リーン側の所定値Ｄに設定す
るようにしている。なお、この設定空燃比Ｄの値は、や
はり固定値であってもよく、あるいは、機関運転条件に
応じて多少異なる値であってもよい。そして、実酸素ス
トレージ量Ｏ２Ｓが飽和状態に達したら、ステップ７１
からステップ７３へ進み、設定空燃比を理論空燃比に戻
し、この理論空燃比の下で、ステップ５６〜ステップ５
９による総脱離量σＨＣの積算ならびにステップ６１〜
６３による診断を行うようになっている。

【００６２】このように理論空燃比に戻した状態で空燃
比差による診断を行うようにしても、三元触媒装置３の
酸素ストレージ能力は予め飽和しているから、三元触媒
装置３による空燃比変化は発生しない。従って、十分に
高い診断精度を得ることができる。そして、この実施例
では、診断のために強制的にリーンとする期間が最小限
のものとなるので、リーン化に伴うＮＯｘの発生を抑制
できる利点がある。

【００６３】次に、図１０および図１１は、強制的なリ
ーン化を行わずに診断精度の向上を図った第３実施例を
示すフローチャートである。なお、これらのルーチン
は、やはり前述した図３〜図７のルーチンと組み合わさ
れるようになっている。

【００６４】図１０のルーチンは、図１を用いて既に説
明したように、ＨＣ吸着剤４の入口側空燃比（ＩＡ／
Ｆ）を推定するためのものであり、時間に同期して繰り
返し実行される。ステップ８１では、図６の処理により
逐次求められる実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが、０＜Ｏ２
＜ａの範囲内であるか否かを判定している。つまり、実
酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが０でないか、あるいは飽和し
ていないか、を判定している。０＜Ｏ２＜ａの範囲にあ
れば、酸素ストレージ作用によって三元触媒装置３出口
側の空燃比は理論空燃比となるので、ステップ８２にお
いて、入口側空燃比（ＩＡ／Ｆ）として理論空燃比を代
入する。また、実酸素ストレージ量Ｏ２Ｓが０あるいは
飽和状態にあれば、ステップ８３において、入口側空燃
比（ＩＡ／Ｆ）として、上流側空燃比センサ５により検
出されたそのときの実空燃比を代入する。

【００６５】図１１は、このようにして推定した入口側
空燃比（ＩＡ／Ｆ）を用いる診断の要部を示すルーチン
である。これは、図８および図９のルーチンに類似した
ものとなっており、やはり、時間に同期して繰り返し実
行される。なお、フラグＦ１は、前述した各実施例と同
じく診断中であるか否かを示す診断フラグであり、始動
の度に０にリセットされる。

【００６６】まず、ステップ９１では、前述したステッ
プ５１と同様に、図７のルーチンの判定結果を示すフラ
グに基づいて、ＨＣの脱離条件であるか否かを判定す
る。ＨＣ吸着剤４の温度が低い間（つまりＨＣの吸着が
行われている間）は、ここでＮＯとなるので、ステップ
９２側へ進む。ステップ９２では、診断フラグＦ１を判
定するが、初期値は０であるので、ＮＯとなり、そのま
ま一連のルーチンが終了する。

【００６７】その後、ＨＣ吸着剤４の温度が上昇し、ス
テップ９１で脱離条件であると判定されると、ステップ
９１からステップ９３へ進み、診断フラグＦ１の判定を
行う。診断フラグＦ１が０である初回は、ステップ９３
からステップ９４およびステップ９５へ進み、フラグＦ
１を１にセットするとともに、ＨＣの総脱離量σＨＣの
値を０に初期化する。そして、ステップ９６へ進み、総
脱離量σＨＣの積算を行う。なお、次回以降は、ステッ
プ９３からステップ９６へ進むようになる。

【００６８】このステップ９６における総脱離量σＨＣ
の演算は、基本的には、前述した各実施例のステップ５
９と同様であるが、この実施例では、特に、図１０のル
ーチンによって推定した入口側空燃比（ＩＡ／Ｆ）をＨ
Ｃ吸着剤４上流の空燃比として演算を行う。具体的に
は、前回の値をσＨＣｏｌｄ、新たな値をσＨＣｎｅ
ｗ、吸入空気量をＱａとすると、σＨＣｎｅｗ＝σＨＣ
ｏｌｄ−Ｑａ×（ＲＡ／Ｆ−ＩＡ／Ｆ）として、総脱離
量σＨＣを演算している。このステップ９６による積算
は、脱離が完了するまで、つまりステップ９１で脱離条
件が終了したと判定されるまで継続される。

【００６９】脱離が完了してステップ９１で脱離条件外
となると、ステップ９２へ進むが、このときには診断フ
ラグＦ１が１であるので、ステップ９７へ進み、脱離中
に積算した総脱離量σＨＣが判定基準値ｅ以上であるか
否かを判定する。この判定基準値ｅ以上であれば、十分
に多量のＨＣを吸着し得ることを意味するので、ステッ
プ９８へ進み、ＨＣ吸着剤４が正常つまり非劣化状態で
あると判定する。また判定基準値ｅ未満の場合は、ＨＣ
の吸着能力が低下していることを意味し、ステップ９９
へ進んで、ＨＣ吸着剤４が劣化状態であると判定する。
そして、この判定後に、ステップ１００で診断フラグＦ
１を０にリセットして一連の診断処理が終了する。

【００７０】このように、この実施例では、特に空燃比
をリーン化させることなく三元触媒装置３による酸素ス
トレージ作用を考慮してＨＣ吸着剤４前後の空燃比差を
求め、該ＨＣ吸着剤４の劣化診断を行っているので、一
時的な空燃比のリーン化に伴うＮＯｘの増加等の不具合
を全く招来せずに、診断の精度を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】三元触媒装置の実酸素ストレージ量と上流側お
よび下流側の空燃比との関係を示す特性図。

【図２】この発明に係る内燃機関の構成説明図。

【図３】フィードバック補正係数αの演算ルーチンを示
すフローチャート。

【図４】燃料噴射量の演算ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図５】酸素ストレージ能力を推定するルーチンを示す
フローチャート。

【図６】実酸素ストレージ量を推定するルーチンを示す
フローチャート。

【図７】脱離条件の判定ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図８】第１実施例の劣化診断ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図９】第２実施例の劣化診断ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図１０】第３実施例における入口側空燃比の推定ルー
チンを示すフローチャート。

【図１１】第３実施例の劣化診断ルーチンを示すフロー
チャート。

【図１２】下流側の反転回数と酸素ストレージ能力との
関係を示す特性図。

【符号の説明】

３…三元触媒装置４…ＨＣ吸着剤５…上流側空燃比センサ６…下流側空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４Ｚ (72)発明者西沢公良神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA24 EB08 EB12 EB17 EC03 FA20 FA26 FA27 FA29 FA33 3G091 AB03 AB10 BA33 CB02 DA01 DA08 DA10 DB02 DB07 DB08 DB09 DB10 DB13 DC01 DC02 DC06 EA00 EA01 EA05 EA08 EA17 EA18 EA34 EA36 FB11 FC01 FC04 GB05W GB09Y GB17X HA03 HA12 HA19 HA36 HA37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に介装され、低温時の
吸着作用と高温時の脱離作用とを有するＨＣ吸着剤と、
このＨＣ吸着剤の上流側に配置された三元触媒装置と、
この三元触媒装置の上流側に設けられた上流側空燃比検
出手段および上記ＨＣ吸着剤の下流側に設けられた下流
側空燃比検出手段と、上記ＨＣ吸着剤の脱離時に、上流
側空燃比検出手段における検出空燃比と上記下流側空燃
比検出手段における検出空燃比とに基づいて推定される
脱離ＨＣ量からＨＣ吸着剤の劣化を診断する劣化診断手
段と、を備えてなるＨＣ吸着剤の劣化診断装置におい
て、診断時に、上記三元触媒装置の酸素ストレージ能力を飽
和状態とする酸素供給手段を備えていることを特徴とす
る内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断装置。
【請求項２】上記酸素供給手段が、空燃比を一時的に
リーン化する空燃比制御手段からなることを特徴とする
請求項１記載の内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断
装置。
【請求項３】上記空燃比制御手段は、上記劣化診断手
段による診断の終了まで空燃比をリーンに保持するもの
であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関におけ
るＨＣ吸着剤の劣化診断装置。
【請求項４】上記空燃比制御手段は、三元触媒装置の
酸素ストレージ能力が飽和状態となるまで空燃比をリー
ン化し、上記劣化診断手段による診断開始とともに理論
空燃比に戻すものであることを特徴とする請求項２記載
の内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断装置。
【請求項５】上記上流側空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比と吸入空気量とに基づいて三元触媒装置にお
ける実際の酸素ストレージ量を逐次推定する実酸素スト
レージ量推定手段を備えており、この推定した実酸素ス
トレージ量に基づいて酸素ストレージ能力の飽和を判定
することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断装置。
【請求項６】上記三元触媒装置が活性状態にある通常
の運転中に、上記上流側空燃比検出手段の検出信号の変
化と下流側空燃比検出手段の検出信号の変化との関係か
ら三元触媒装置の酸素ストレージ能力を推定する酸素ス
トレージ能力推定手段を備えていることを特徴とする請
求項５記載の内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断装
置。
【請求項７】内燃機関の排気系に介装され、低温時の
吸着作用と高温時の脱離作用とを有するＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤の上流側に配置された三元触媒装置と、この三元触媒装置の上流側に設けられた上流側空燃比検
出手段および上記ＨＣ吸着剤の下流側に設けられた下流
側空燃比検出手段と、上記ＨＣ吸着剤の脱離時に、上記上流側空燃比検出手段
により検出された空燃比と吸入空気量とに基づいて上記
三元触媒装置における実際の酸素ストレージ量を逐次推
定する実酸素ストレージ量推定手段と、この推定した実酸素ストレージ量が０もしくは酸素スト
レージ能力飽和状態に達しているときは上流側空燃比検
出手段による検出空燃比を、実酸素ストレージ量が酸素
ストレージ能力の範囲内であるときは理論空燃比を、Ｈ
Ｃ吸着剤入口側の空燃比であるとして出力する吸着剤入
口側空燃比推定手段と、この推定した吸着剤入口側空燃比と上記下流側空燃比検
出手段における検出空燃比とに基づいて脱離ＨＣ量を推
定し、該脱離ＨＣ量からＨＣ吸着剤の劣化を診断する劣
化診断手段と、を備えてなる内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断装
置。
【請求項８】内燃機関の排気系に介装され、低温時に
吸着作用を、高温時に脱離作用をそれぞれ行うＨＣ吸着
剤と、このＨＣ吸着剤の上流側に配置された三元触媒装
置と、この三元触媒装置の上流側に設けられた上流側空
燃比検出手段および上記ＨＣ吸着剤の下流側に設けられ
た下流側空燃比検出手段と、を備え、上記ＨＣ吸着剤の
脱離時に、上流側空燃比検出手段における検出空燃比と
上記下流側空燃比検出手段における検出空燃比とに基づ
いて脱離ＨＣ量を推定し、この脱離ＨＣ量からＨＣ吸着
剤の劣化を診断するＨＣ吸着剤の劣化診断方法におい
て、上記三元触媒装置に過剰な酸素を付与して酸素ストレー
ジ能力を強制的に飽和状態とした後に、両空燃比検出手
段における検出空燃比に基づく劣化診断を行うことを特
徴とする内燃機関におけるＨＣ吸着剤の劣化診断方法。