JP2004036488A

JP2004036488A - 炭化水素吸着材の状態判定装置

Info

Publication number: JP2004036488A
Application number: JP2002194626A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ueno; 上野　将樹; Shiro Takakura; 高倉　史郎; Yasuyuki Miyahara; 宮原　泰行; Eiji Yamazaki; 山崎　英治; Tetsuo Endo; 遠藤　哲雄
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US20040003723A1; US6923849B2

Abstract

【課題】排気ガスの流速の変化に起因する炭化水素吸着材の水分吸着能力の変動を補償でき、排気ガスの流速の変化にかかわらず、炭化水素吸着材の劣化を含む状態を精度良く判定できる炭化水素吸着材の状態判定装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気系２に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な炭化水素吸着材１６の状態を判定する炭化水素吸着材の状態判定装置であって、炭化水素吸着材１６を通過した排気ガスの湿度ＶＨＵＭＲを検出する湿度検出手段２２と、排気ガスの流速を表す流速パラメータＶｇｒａｄを検出する流速パラメータ検出手段２４、２５、２６と、検出された排気ガスの湿度および流速パラメータに応じて、炭化水素吸着材１６の状態を判定する吸着材状態判定手段２５と、を備えている。
【選択図】　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な炭化水素吸着材の劣化を含む状態を判定する炭化水素吸着材の状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、その排気系に、排気ガス中の炭化水素を始動時に吸着する吸着材を備えたものがある。この吸着材は、表面に例えばゼオライトを有し、排気ガス中の炭化水素は、吸着材を通過する際、ゼオライトの細孔に入り込むことによって吸着材に吸着される。また、このような吸着材は、排気ガスにより所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）に加熱されると、一旦吸着した炭化水素を脱離し、脱離された炭化水素は、ＥＧＲとともに内燃機関へ再循環されることなどによって、大気中に排出されることなく処理されるようになっている。このように、吸着材では、炭化水素の吸着および脱離が繰り返されるため、長期間の使用により、脱離しきれなかった炭化水素の残留量が次第に多くなったり、吸着材の細孔が壊れたりすることがある。その場合には、吸着材が劣化することで、炭化水素の吸着能力が低下した状態になり、吸着材に吸着されなかった炭化水素が大気中に排出されるおそれがあるため、吸着材の状態、特にその劣化を判定する必要がある。
【０００３】
このような吸着材の劣化を含む状態を判定する従来の吸着材の状態判定装置として、例えば、本出願人が開示した特開２００１−３２３８１１号公報が知られている。この状態判定装置は、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力が互いに高い相関性を有すること、および吸着材を通過した排気ガスの湿度が吸着材の水分吸着能力を反映することに着目し、この排気ガスの湿度を湿度センサで検出することによって、吸着材の炭化水素の吸着能力の低下、すなわち吸着材の劣化を判定するものである。具体的には、この状態判定装置では、内燃機関の始動後、排気ガス中の水分が吸着材に吸着され、その後、吸着材が飽和するのに伴い、吸着材を通過した排気ガスの検出湿度が所定値分だけ上昇するのに実際に要した時間を計測し、この計測時間が所定の判定時間よりも短いときに、検出湿度の上昇タイミングが早く、水分吸着能力が低下しているとして、吸着材が劣化していると判定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、この状態判定装置では、内燃機関の始動後に、吸着材を通過した排気ガスの湿度が所定値分だけ上昇するのに要した時間を、吸着材の水分吸着能力を表すパラメータとして用い、吸着材の劣化を含む状態が判定される。しかし、吸着材の水分吸着能力は、内燃機関の運転状態などによって変化する排気ガスの流速に応じても変化し、例えば排気ガスの流速が大きいほど低下する。これは、排気ガスの流速が大きくなると、吸着材に対する排気ガスの接触確率および接触時間が小さくなる（すり抜けやすくなる）ことで、吸着材の見かけ上の水分吸着能力が低下するためと考えられる。このため、この状態判定装置では、排気ガスの流速が大きい場合に、吸着材の水分吸着能力が見かけ上、低めに評価されることで、吸着材が正常であるにもかかわらず誤って劣化していると判定され、逆に、排気ガスの流速が小さい場合には、水分吸着能力が高めに評価されることで、吸着材が劣化しているにもかかわらず正常と判定されることがあるなど、吸着材の劣化の判定精度を十分に確保できないおそれがあり、この点において改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排気ガスの流速の変化に起因する炭化水素吸着材の水分吸着能力の変動を補償でき、それにより、排気ガスの流速の変化にかかわらず、炭化水素吸着材の劣化を含む状態を精度良く判定することができる炭化水素吸着材の状態判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関１の排気系２に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な炭化水素吸着材１６の状態を判定する炭化水素吸着材の状態判定装置であって、炭化水素吸着材１６を通過した排気ガスの湿度（実施形態における（以下、本項において同じ）下流側検出値ＶＨＵＭＲ）を検出する湿度検出手段（下流側湿度センサ２２）と、排気ガスの流速を表す流速パラメータ（排気ガス流速Ｖｇｒａｄ）を検出する流速パラメータ検出手段（クランク角センサ２４、吸気圧センサ２６、ＥＣＵ２５、図５のステップ２５、図６のステップ３８〜４０）と、検出された排気ガスの湿度および流速パラメータに応じて、炭化水素吸着材１６の状態を判定する吸着材状態判定手段（ＥＣＵ２５、図５のステップ３６、図６のステップ４１〜４４）と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この吸着材状態判定装置によれば、炭化水素吸着材を通過した排気ガスの湿度を検出するとともに、排気ガスの流速を表す流速パラメータを検出し、これらの検出された排気ガスの湿度および流速パラメータに応じて、炭化水素吸着材の状態を判定する。炭化水素吸着材における炭化水素および水分の吸着能力は、互いに高い相関性を有するとともに、炭化水素吸着材を通過した排気ガスの湿度は、炭化水素吸着材の水分吸着能力を反映する。また、前述したように、炭化水素吸着材の水分吸着能力は、排気ガスの流速に応じても変化する。したがって、上記のように、炭化水素吸着材の状態判定のパラメータとして、これを通過した排気ガスの湿度に加えて、流速パラメータを用いることによって、排気ガスの流速の変化に起因する炭化水素吸着材の水分吸着能力の変動を補償することができる。その結果、炭化水素吸着材の劣化などを含む状態を、排気ガスの流速にかかわらず、精度良く判定することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の炭化水素吸着材の状態判定装置において、吸着材状態判定手段は、内燃機関１の始動時からの湿度検出手段の検出値の変化状態に応じて、炭化水素吸着材１６の状態を判定する（図５のステップ３６、図６のステップ３７〜４４）ことを特徴とする。
【０００９】
排気ガス中の水分は、内燃機関の始動後の初期においては炭化水素吸着材に吸着され、その後、炭化水素吸着材がその水分吸着能力に応じて飽和した時点で、吸着不能の分が炭化水素吸着材を通過するようになる。このため、炭化水素吸着材を通過した排気ガスの湿度は、飽和するまでは低湿度状態に維持され、飽和直後に高湿度側に変化するので、その変化タイミングを含む変化状態は、炭化水素吸着材の水分吸着能力を反映する。したがって、この構成によれば、内燃機関の始動時からの湿度検出手段の検出値の変化状態に応じて、炭化水素吸着材の状態をより精度良く判定することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２の炭化水素吸着材の状態判定装置において、炭化水素吸着材１６の温度状態（エンジン水温ＴＷ）を検出する温度状態検出手段（エンジン水温センサ２３）をさらに備え、吸着材状態判定手段は、温度検出手段により検出された内燃機関１の始動時における炭化水素吸着材１６の温度状態にさらに応じて、炭化水素吸着材１６の状態を判定する（図３のステップ１２、図４、図６のステップ４２）ことを特徴とする。
【００１１】
炭化水素吸着材の水分吸着能力は、その温度状態によって変化する。したがって、この構成によれば、内燃機関の始動時における炭化水素吸着材の温度状態にさらに応じて、炭化水素吸着材の状態を判定することによって、内燃機関の始動時および始動後における炭化水素吸着材の実際の温度状態を反映させながら、その状態判定をさらに精度良く行うことができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかの炭化水素吸着材の状態判定装置において、排気系２の炭化水素吸着材１６よりも上流側に、炭化水素吸着材１６に流入する排気ガスの湿度（上流側検出値ＶＨＵＭＦ）を検出する上流側湿度検出手段（上流側湿度センサ２１）をさらに備え、吸着材状態判定手段は、上流側湿度検出手段の検出結果にさらに応じて、炭化水素吸着材１６の状態を判定する（図５のステップ３０〜３５、図６のステップ３７〜４５）ことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、炭化水素吸着材を通過した排気ガスの湿度に加えて、炭化水素吸着材の上流側において、それに流入する排気ガスの湿度（上流側湿度）を検出し、検出された上流側湿度にさらに応じて、炭化水素吸着材の状態を判定する。したがって、この上流側湿度の検出結果から、始動後に排気ガスが炭化水素吸着材に実際に到達したタイミングなどを正確に推定でき、それにより、炭化水素吸着材の状態判定をさらに精度良く行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による排気ガス浄化装置を適用した内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルエンジンである。エンジン１の吸気管１ａには、気筒ごとにインジェクタ１ｂが設けられており、その燃料噴射時間Ｔｏｕｔは、後述するＥＣＵ２５によって制御される。
【００１５】
エンジン１の排気系２は、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有しており、この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６と、炭化水素を吸着するための炭化水素吸着装置７が設けられている。２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、所定温度（例えば３００℃）以上に昇温された活性化状態で、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（ＨＣ（炭化水素）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００１６】
一方、炭化水素吸着装置７は、排気管４の触媒装置６よりも下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性化していない冷間状態でのエンジン１の始動期間（例えば、始動後の約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着することによって、大気中に排出される炭化水素量を低減する。図１および図２に示すように、炭化水素吸着装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、円筒状のケース１１と、このケース１１内に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に配置され、流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状の炭化水素吸着材（以下、単に「吸着材」という）１６と、を備えている。
【００１７】
図２に示すように、ケース１１とバイパス排気管１２との間の断面環状の空間によって、メイン通路１３が構成されるとともに、バイパス排気管１２の内部スペースによって、バイパス通路１４が構成されている。また、ケース１１は、その上流端部が上下に二股に分かれており、上側の開口部１１ａがメイン通路１３と連通する一方、下側の開口部１１ｂがバイパス通路１４と連通している。
【００１８】
バイパス排気管１２は、その上流端部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で連結されている。また、バイパス排気管１２の下流端部には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、周方向に形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、メイン通路１３およびバイパス通路１４の下流端部同士が連通している。
【００１９】
吸着材１６は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成され、炭化水素とともに水分を吸着する特性を有していて、バイパス通路１４に流入した排気ガスが吸着材１６の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分をゼオライトに吸着する。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）では、吸着した炭化水素を脱離するという特性を有する。
【００２０】
排気通路切替装置８は、触媒装置６の下流側の排気通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、メイン通路１３とバイパス通路１４に選択的に切り替えるためのものである。この排気通路切替装置８は、円筒状の連結管１８と、この連結管１８内に設けられた回動自在の切替バルブ１５とを有している。切替バルブ１５は、ＥＣＵ２５により制御される切替バルブ駆動装置１９（切替バルブ駆動手段）（図１参照）によって駆動され、図２の実線位置に位置するときには、排気通路をメイン通路１３側に切り替える一方、２点鎖線位置に位置するときには、排気通路をバイパス通路１４側に切り替える。
【００２１】
また、連結管１８とエンジン１の吸気管１ａとの間には、排気ガスの一部をエンジン１に再循環させるためのＥＧＲ管１７が連結されており、その途中にＥＧＲ制御弁２０が取り付けられている。このＥＧＲ制御弁２０をＥＣＵ２５で制御することによって、ＥＧＲの作動・停止およびＥＧＲ量が制御される。
【００２２】
以上の構成によれば、エンジン１の冷間始動直後には、排気通路切替装置８の切替バルブ１５によって、排気通路がバイパス通路１４側に切り替えられる。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、バイパス通路１４に導かれ、炭化水素が吸着材１６に吸着された後、大気中に排出される。その後、吸着材１６への炭化水素の吸着が完了したときに、後述する切替タイミングで、切替バルブ１５によって排気通路がメイン通路１３側に切り替えられる。これにより、排気ガスは、メイン通路１３に導かれ、大気中に排出される。また、ＥＧＲ制御弁２０が開弁し、ＥＧＲが作動することによって、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、バイパス通路１４およびＥＧＲ管１７を介して、吸気管１ａに再循環される。吸着材１６から脱離した炭化水素は、このＥＧＲガスによって吸気管１ａに送られ、エンジン１で燃焼される。
【００２３】
また、炭化水素吸着装置７のケース１１には、吸着材１６の上流側および下流に、上流側湿度センサ２１（第２湿度検出手段）および下流側湿度センサ２２（湿度検出手段）がそれぞれ取り付けられている。湿度センサ２１、２２のセンサ素子２１ａ、２２ａ（図２参照）は、バイパス通路１４内に臨むように取り付けられており、上流側湿度センサ２１は、吸着材１６に流入する排気ガスの湿度を表す検出値（以下「上流側検出値」という）ＶＨＵＭＦを、下流側湿度センサ２２は、吸着材１６を通過した排気ガスの湿度を表す検出値（以下「下流側検出値」という）ＶＨＵＭＲを、それぞれＥＣＵ２５に出力する。また、各センサ素子２１ａ、２２ａは、例えばアルミナやチタニアなどから成るポーラス体で構成されており、その細孔に吸着された水分の量に応じて抵抗値が変化するという特性を利用して湿度を検出し、それに対応した電圧値を検出信号として出力するタイプのものである。このため、図７に示すように、上流側検出値ＶＨＵＭＦおよび下流側検出値ＶＨＵＭＲはともに、湿度が高いほど、それに応じたより低い値を示し、すなわち、実際の湿度とは逆の増減特性を示す。また、下流側湿度センサ２２は、温度センサ一体型のものであり、吸着材１６を通過した排気ガスの温度ＴＨＣＭを検出し、ＥＣＵ２５に出力する。
【００２４】
また、エンジン１の本体には、エンジン水温センサ２３およびクランク角センサ２４が取り付けられている。エンジン水温センサ２３（温度状態検出手段）は、エンジン１のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。クランク角センサ２４（流速パラメータ検出手段）は、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、それぞれの所定のクランク角度ごとにＥＣＵ２５に出力する。ＥＣＵ２５は、このＣＲＫ信号に基づいてエンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」）ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ２５には、吸気管１ａに設けられた吸気圧センサ２６（流速パラメータ検出手段）から、吸気管１ａ内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを表す検出信号が、吸気温センサ２７から吸気管１ａ内の吸気温ＴＡを表す検出信号が、それぞれ出力される。さらに、ＥＣＵ２５には、吸着材１６が劣化していると判定されたときに点灯する警告ランプ２８が接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ２５は、本実施形態において、流速パラメータ検出手段および吸着材状態判定手段を構成するものである。ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、バックアップＲＡＭを含むＲＡＭ、およびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されており、さらに、エンジン１の始動後の経過時間を計時する始動後タイマ２５ａなどを備えている。上述した各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００２６】
ＣＰＵは、各種センサで検出されたエンジンパラメータ信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じ、ＴＤＣ信号の発生に同期して、燃料噴射時間Ｔｏｕｔを算出し、その算出結果に基づく駆動信号をインジェクタ１ｂに出力する。また、ＣＰＵは、各種センサの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムやテーブルなどに従って、切替バルブ駆動装置１９による切替バルブ１５の開閉制御などを行うとともに、吸着材１６の状態判定として、その劣化判定処理を実行する。
【００２７】
次に、図３〜図７を参照しながら、吸着材１６の劣化判定処理について説明する。図３は、吸着材１６の劣化判定を実行するか否かを判定するとともに、劣化判定用の各種パラメータを初期化する処理を示している。この処理は、エンジン１の始動直後に１回のみ実行される。
【００２８】
本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン水温ＴＷが所定の下限値ＴＷＴＲＳＬ（例えば０℃）以上でかつ上限値ＴＷＴＲＳＨ（例えば４０℃）以下であるか否かを判別する。この答がＮＯで、始動時のエンジン水温ＴＷが、上下限値ＴＷＴＲＳＬ／Ｈで規定される所定の温度範囲から外れているときには、吸着材１６の劣化判定の実行条件が成立していないとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「０」にセットし（ステップ２）、本処理を終了する。
【００２９】
前記ステップ１の答がＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが所定の温度範囲にあるときには、前回の運転時において、吸着材１６からの炭化水素の脱離処理が完全に行われたか否かを判別する（ステップ３）。この判別は、例えば、前回の始動時の脱離処理時に、下流側湿度センサ２２の温度検出値ＴＨＣＭが吸着材１６の脱離温度（例えば２２０℃）に達したか否か、あるいはＥＧＲ量が所定量に達したか否かに基づいて行われる。このステップ３の答がＮＯで、前回の運転時に脱離処理が完全に行われていないときには、吸着材１６に炭化水素が残留しているために、吸着材１６の劣化判定を適正に行えないおそれがあるとして、前記ステップ２を実行し、劣化判定を禁止する。
【００３０】
上記ステップ３の答がＹＥＳのときには、エンジン１が完全ソーク状態であるか否か、すなわちエンジン１の前回の停止時から今回の始動時までの停止時間（ソーク時間）が十分に長いか否かを判別する（ステップ４）。この判別は、例えば、始動時のエンジン水温ＴＷと吸気温ＴＡとの差ＴＷ−ＴＡが、所定温度（例えば５度）以内であるか否かに基づいて行われる。このステップ４の答がＮＯで、エンジン１が完全ソーク状態でないときには、吸着材１６の温度が十分に低下していないために、やはり劣化判定を適正に行えないおそれがあるとして、前記ステップ２を実行し、劣化判定を禁止する。
【００３１】
一方、前記ステップ４の答がＹＥＳのときには、吸着材１６の劣化判定の実行条件が成立しているとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「１」にセットする（ステップ５）。
【００３２】
次いで、ステップ６〜１２において、劣化判定用のパラメータを初期化する。まず、今回時に上流側湿度センサ２１で検出された上流側検出値ＶＨＵＭＦを、その最大値ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸおよび前回値ＶＨＵＭＦ＿ＰＲＥの各初期値として設定する（ステップ６、７）。同様に、今回時に下流側湿度センサ２２で検出された下流側検出値ＶＨＵＭＲを、その最大値ＶＨＵＭＲ＿ＭＡＸおよび前回値ＶＨＵＭＲ＿ＰＲＥの各初期値として設定する（ステップ８、９）。
【００３３】
次に、上流側検出値ＶＨＵＭＦが高湿度側に変化した（立ち上がった）ことを「１」で表す上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「０」にリセットする（ステップ１０）。また、後述する排気ガス流量積算値Ｖｅｘを値０にリセットする（ステップ１１）。次いで、エンジン水温ＴＷに応じ、図４に示す劣化判定しきい値テーブル（以下「ＴＲＳＤＴテーブル」という）を検索することによって、吸着材１６の劣化判定のための劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴを設定し（ステップ１２）、本処理を終了する。
【００３４】
図４に示すように、このＴＲＳＤＴテーブルでは、劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴは、エンジン水温ＴＷが前述した下限値ＴＷＴＲＳＬのときには、第１所定値ＴＲＳＤＴ１に、またエンジン水温ＴＷが上限値ＴＷＴＲＳＨのときには、第１所定値ＴＲＳＤＴ１よりも小さな第２所定値ＴＲＳＤＴ２に、それぞれ設定され、また、上下限値ＴＷＴＲＳＨ／Ｌの間では、ＴＷ値が低いほど、より大きな値に設定されている。
【００３５】
図５および図６は、吸着材１６の劣化判定処理を示している。この処理は、所定の時間間隔（例えば１００ｍｓ）ごとに同期して実行される。まず、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳが「１」であるか否かを判別し（ステップ２１）、その答がＮＯで、劣化判定の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する。
【００３６】
また、ステップ２１の答がＹＥＳで、劣化判定の実行条件が成立しているときには、今回の下流側検出値ＶＨＵＭＲが、その前回値ＶＨＵＭＲ＿ＰＲＥよりも大きいか否かを判別する（ステップ２２）。この答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＲ＞ＶＨＵＭＲ＿ＰＲＥのときには、今回の下流側検出値ＶＨＵＭＲを最大値ＶＨＵＭＲ＿ＭＡＸとして設定する（ステップ２３）。このように、最大値ＶＨＵＭＲ＿ＭＡＸは、前回時よりも下流側検出値ＶＨＵＭＲが増大（湿度が低下）しているときに随時、更新されるので、吸着材１６の下流側における排気ガスの湿度（以下「下流側湿度」という）が高湿度側へ立ち上がり始めるまでの最大値（下流側最低湿度相当値）を表す（図７参照）。上記ステップ２２の答がＮＯのとき、または上記ステップ２３の実行後には、ステップ２４に進み、今回の下流側検出値ＶＨＵＭＲを前回値ＶＨＵＭＲ＿ＰＲＥにシフトする。
【００３７】
次いで、次式（１）によって排気ガス流量積算値Ｖｅｘを算出する（ステップ２５）。
Ｖｅｘ　＝　Ｖｅｘ＋Ｃ＊ＮＥ＊ＰＢＡ　　・・・（１）
この式（１）から明らかなように、排気ガス流量積算値Ｖｅｘは、その前回値にエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとの積を累積加算したものであり、前述したように、エンジン１の始動時には、図３のステップ１１において初期値０にリセットされている。したがって、この排気ガス流量積算値Ｖｅｘは、始動後にエンジン１から排出された排気ガスの総流量を表す。なお、式（１）中のＣは、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとの積を排気ガス流量に換算するための所定の換算係数である。
【００３８】
次に、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ２６）。この答がＮＯで、上流側検出値ＶＨＵＭＦがまだ高湿度側に立ち上がっていないときには、前記ステップ２２〜２４の下流側検出値ＶＨＵＭＲの場合と同様に、今回の上流側検出値ＶＨＵＭＦが、その前回値ＶＨＵＭＦ＿ＰＲＥよりも大きいか否かを判別し（ステップ２７）、その答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＦ＞ＶＨＵＭＦ＿ＰＲＥのときには、今回の上流側検出値ＶＨＵＭＦを最大値ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸとして設定する（ステップ２８）。したがって、この最大値ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸは、吸着材１６の上流側における排気ガスの湿度（以下「上流側湿度」という）が高湿度側へ立ち上がり始めるまでの最大値（上流側最低湿度相当値）を表す（図７参照）。ステップ２７の答がＮＯのとき、またはステップ２８の実行後には、今回の上流側検出値ＶＨＵＭＦを前回値ＶＨＵＭＦ＿ＰＲＥにシフトする（ステップ２９）。
【００３９】
次いで、今回の上流側検出値ＶＨＵＭＦが、前記ステップ２８で設定された最大値ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸと所定の立上がり判定用偏差Ｄ＿ＶＨＵＭＦとの差（＝ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸ−Ｄ＿ＶＨＵＭＦ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ３０）。その答がＮＯのときには（図７の時刻ｔ１以前）、上流側検出値ＶＨＵＭＦがまだ高湿度側に立ち上がっていないとして、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「０」に維持し（ステップ３１）、本処理を終了する。
【００４０】
一方、上記ステップ３０の答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＦ＜（ＶＨＵＭＦ＿ＭＡＸ−Ｄ＿ＶＨＵＭＦ）が成立したときには（時刻ｔ１）、上流側検出値ＶＨＵＭＦが高湿度側に立ち上がったとして、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「１」にセットする（ステップ３２）。
【００４１】
次いで、ステップ３３〜３５において、上流側立上がり時（時刻ｔ１）のパラメータを保存する。すなわち、そのときまでに積算された燃料噴射時間ｔｏｕｔの積算値ｓｕｍ＿ｔｏｕｔを、上流側立上がり時の排気ガス熱量積算値Ｑ１として設定し（ステップ３３）、そのときの始動後タイマ２５ａの値ｔｍ＿ａｓｔを上流側立上がり時間Ｔ１として設定する（ステップ３４）とともに、そのときまでに前記ステップ２５で積算された排気ガス流量積算値Ｖｅｘを、上流側立上がり時の排気ガス流量積算値Ｖ１として設定し（ステップ３５）、本処理を終了する。上記の排気ガス熱量積算値Ｑ１は、エンジン１の始動時から上流側立上がり時までに吸着材１６に与えられた排気ガス総熱量を表すものであり、上記のように燃料噴射時間ｔｏｕｔを始動時から積算することによって算出される。
【００４２】
上記のように上流側検出値ＶＨＵＭＦの立上がりが確定した後には、前記ステップ３２の実行により、前記ステップ２６の答がＹＥＳになるので、その場合には、ステップ３６に進み、前記ステップ３０の上流側検出値ＶＨＵＭＦの場合と同様にして、下流側検出値ＶＨＵＭＲの立上がりを判別する。すなわち、今回の下流側検出値ＶＨＵＭＲが、前記ステップ２３で設定された最大値ＶＨＵＭＲ＿ＭＡＸと所定の立上がり判定用偏差Ｄ＿ＶＨＵＭＲとの差よりも小さいか否かを判別する。その答がＮＯのときには（図７の時刻ｔ２以前）、下流側検出値ＶＨＵＭＲがまだ高湿度側に立ち上がっていないとして、そのまま本処理を終了する。
【００４３】
一方、ステップ３６の答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＲ＜（ＶＨＵＭＲ＿ＭＡＸ−Ｄ＿ＶＨＵＭＲ）が成立したときには（時刻ｔ２）、下流側検出値ＶＨＵＭＲが高湿度側に立ち上がったとして、図６のステップ３７〜３９において、上流側立上がり時から下流側立上がり時までの間（両センサ立上がり間）における各種パラメータの変化量を算出する。すなわち、そのときの燃料噴射時間ｔｏｕｔの積算値ｓｕｍ＿ｔｏｕｔと上流側立上がり時の排気ガス熱量積算値Ｑ１との差（＝ｓｕｍ＿ｔｏｕｔ−Ｑ１）を、排気ガス熱量積算値変化量ｄＱとして算出する（ステップ３７）。したがって、この排気ガス熱量積算値変化量ｄＱは、両センサ立上がり間に吸着材１６に与えられた排気ガス総熱量を表す。また、そのときの始動後タイマ２５ａの値ｔｍ＿ａｓｔと上流側立上がり時間Ｔ１との差（＝ｔｍ＿ａｓｔ−Ｔ１）を、時間差ｄＴとして算出する（ステップ３８）とともに、そのときの排気ガス流量積算値Ｖｅｘと上流側立上がり時の排気ガス流量積算値Ｖ１との差（＝Ｖｅｘ−Ｖ１）を、排気ガス流量積算値変化量ｄＶとして算出する（ステップ３９）。
【００４４】
次に、上記の排気ガス流量積算値変化量ｄＶを時間差ｄＴで割った値（＝ｄＱ／ｄＴ）を、排気ガス流速Ｖｇｒａｄとして設定する（ステップ４０）。すなわち、排気ガス流速Ｖｇｒａｄは、両センサ立上がり間における排気ガス流量の平均値であり、流路断面が経時的に不変であることから、両センサ立上がり間における排気ガスの平均流速を表す。
【００４５】
次いで、この排気ガス流速Ｖｇｒａｄと、前記ステップ３７で算出した排気ガス熱量積算値変化量ｄＱを用い、次式（２）によって劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳを算出する（ステップ４１）。
Ｐ＿ＴＲＳ　＝　ｋ＊ｄＱ＊Ｖｇｒａｄ　　・・・　（２）
ここで、ｋは、排気ガスの流速が吸着材１６の水分吸着能力に及ぼす影響の度合を表す影響係数であり、実験により決定される。以上のように、この劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳは、排気ガス熱量積算値変化量ｄＱ、すなわち、両センサ立上がり間に排気ガスから吸着材１６に与えられた排気ガス総熱量を基本値とし、さらにこれに、両センサ立上がり間における排気ガスの流速を表す排気ガス流速Ｖｇｒａｄを乗じて補正したものである。したがって、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳは、排気ガス流速Ｖｇｒａｄが大きいほど、より大きな値に設定される。
【００４６】
次に、上記のようにして算出した劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳが、図３のステップ１２で設定した劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴよりも小さいか否かを判別する（ステップ４２）。この答がＹＥＳで、Ｐ＿ＴＲＳ＜ＴＲＳＤＴのときには、下流側検出値ＶＨＵＭＲを立ち上がらせるのに十分な熱量が吸着材１６に与えられていないにもかかわらず、下流側検出値ＶＨＵＭＲが早いタイミングで立ち上がったとして（例えば図７の破線ＶＨＵＭＲ’）、吸着材１６が劣化していると判定し、そのことを表すために、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「１」にセットする（ステップ４３）。
【００４７】
一方、ステップ４２の答がＮＯで、Ｐ＿ＴＲＳ≧ＴＲＳＤＴのときには、吸着材１６に十分な熱量が与えられた後に初めて、下流側検出値ＶＨＵＭＲが立ち上がったとして（例えば図７の実線ＶＨＵＭＲ）、吸着材１６が劣化していないと判定し、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「０」にセットする（ステップ４４）。
【００４８】
ステップ４３または４４に続くステップ４５では、吸着材１６の劣化判定が終了したことを受けて、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「０」にセットし、本処理を終了する。
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳを劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴと比較することによって、吸着材１６の劣化を判定する。前述したように、この劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳは、排気ガス熱量積算値変化量ｄＱを基本値とし、さらに排気ガス流速Ｖｇｒａｄで補正したものである。したがって、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳに、吸着材１６に与えられた排気ガス総熱量が反映されるとともに、排気ガスの流速の変化に起因する吸着材１６の水分吸着能力の変動を補償することができる。その結果、吸着材１６の劣化判定を、排気ガスの流速にかかわらず、精度良く行うことができる。
【００５０】
また、排気ガス熱量積算値変化量ｄＱおよび排気ガス流速Ｖｇｒａｄを、上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの高湿度側への立上がり間の値として、算出するので、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳを、吸着材１６の上流側および下流側の湿度の変化状態に応じた最適なタイミングで求めることができる。さらに、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳと比較される劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴは、前述したように、始動時のエンジン水温ＴＷが低いほど、すなわち吸着材１６の温度を上昇させるのに必要な熱量が多いほど、より大きな値に設定されるので、吸着材１６の劣化判定をより精度良く行うことができる。
【００５１】
図８は、本発明を適用した他の構成の排気ガス浄化装置をブロック状に示している。この排気ガス浄化装置は、図１のそれと比較し、三元触媒および切替バルブの配置のみが異なるものであり、同一の構成または同等の機能を有する構成要素については、同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。同図に示すように、この排気ガス浄化装置では、エンジン１の排気系２の排気管４に、上流側および下流側の２つの三元触媒５Ａ、５Ｂが設けられている。排気管４の三元触媒５Ａ、５Ｂ間の部分は、メイン通路１３と、これをバイパスするバイパス通路１４に分岐しており、このバイパス通路１４に吸着材１６が配置されている。また、切替バルブ３５は、メイン通路１３に設けられており、その開閉は、切替バルブ駆動装置１９を介して、ＥＣＵ２５によって制御される。また、図１の排気ガス浄化装置と同様、バイパス通路１４には、吸着材１６の上流側および下流側に、上流側湿度センサ２１および下流側湿度センサ２２がそれぞれ設けられている。他の構成は、吸着材１６の劣化判定処理を含めて、図１の排気ガス浄化装置と同様である。
【００５２】
以上の構成により、この排気ガス浄化装置では、エンジン１の冷間始動時に、切替バルブ３５がメイン通路１３を全閉する閉鎖位置に切り替えられる。この状態では、上流側三元触媒５Ａを通過した排気ガスは、すべてバイパス通路１４に通され、排気ガス中の炭化水素が吸着材１６に吸着される。その後、上流側または下流側三元触媒５Ａ、５Ｂが活性化したときに、切替バルブ３５がメイン通路１３を全開する開放位置に切り替えられる。この状態では、排気ガスは、活性化した上流側または下流側三元触媒５Ａ、５Ｂにより、その酸化・還元作用によって浄化される。
【００５３】
また、エンジン１の冷間始動時、排気ガスを吸着材１６側に通した状態で、上流側および下流側湿度センサ２１、２２の上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの変化状態に応じて、前述した図３〜図６の劣化判定処理を行うことにより、吸着材１６の劣化を同様に判定することができる。したがって、この排気ガス浄化装置においても、図１の排気ガス浄化装置の場合の前述した効果を同様に得ることができる。すなわち、排気ガスの流速の変化に起因する吸着材１６の水分吸着能力の変動を補償しながら、吸着材１６の劣化判定を、排気ガスの流速にかかわらず精度良く行えるなどの効果を得ることができる。
【００５４】
図９は、本発明を適用したさらに別の構成の排気ガス浄化装置を示している。この図においても、図１の排気ガス浄化装置と同一の構成または同等の機能を有する構成要素については、同じ参照番号を付している。同図に示すように、この排気浄化装置では、エンジン１の排気系２の排気管４に、三元触媒５が設けられるとともに、さらにその下流側に炭化水素吸着触媒３６が設けられている。この炭化水素吸着触媒３６は、図示しないが、炭化水素吸着材と三元触媒とを複合的に形成したハイブリッドタイプのものである。具体的には、ハニカム構造の担体の表面に、炭化水素吸着材としてのゼオライトをコーティングし、さらに、触媒としての白金、パラジウムやロジウムなどの貴金属を担持させることにより構成したものである。また、排気管４の吸着材１６よりも上流側および下流側には、上流側湿度センサ２１および下流側湿度センサ２２がそれぞれ設けられている。他の構成は、図１の排気ガス浄化装置と同様である。
【００５５】
したがって、この排気ガス浄化装置では、炭化水素吸着触媒３６は、エンジン１の冷間始動時、その触媒が活性化していない状態では、炭化水素吸着材として機能し、排気ガス中の炭化水素を吸着材１６に吸着し、その後、触媒が活性化した後には、三元触媒として機能し、排気ガスを酸化・還元作用によって浄化する。また、炭化水素吸着触媒３６による炭化水素の吸着中に、上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの変化状態に応じて、前述した劣化判定処理を行うことによって、炭化水素吸着触媒３６の炭化水素吸着能力に関する劣化を同様に判定することができる。その結果、この排気ガス浄化装置においても、図１の排気ガス浄化装置の場合の前述した効果を同様に得ることができる。
【００５６】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、排気ガスの流速を表す流速パラメータとして、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡから算出した排気ガス流量積算値Ｖｅｘを時間で除することにより求めた排気ガス流速Ｖｇｒａｄを用いているが、他の適当な手段により検出または算出したものを用いてもよい。例えば、排気ガスの流量を、エアフローメータで検出した吸入空気量や、あるいは燃料噴射量または燃料噴射量と空燃比検出値との組合わせなどを用いて、演算で求めてもよく、さらに、排気ガスの流速を流速センサで直接、検出してもよい。また、実施形態では、排気ガス流速Ｖｇｒａｄを用いて、劣化判定パラメータＰ＿ＴＲＳを補正したが、劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴを補正してもよい。
【００５７】
さらに、実施形態では、吸着材１６への排気ガスの実際の到達タイミングをより正確に推定するために、吸着材１６の上流側に上流側湿度センサ２１を設けているが、この到達タイミングは、下流側湿度センサ２２のみでも、大きな誤差なく推定できるので、上流側湿度センサ２１は省略することが可能である。また、下流側湿度センサ２２は、吸着材１６を通過した排気ガスの湿度を検出できればよいので、その設置位置を、実施形態での吸着材１６の下流側に代えて、吸着材１６の途中としてもよい。さらに、エンジン１の始動時における吸着材１６の温度状態を表すパラメータとして、エンジン水温を用いたが、これに代えて、下流側湿度センサ２２の温度検出値ＴＨＣＭを用いてもよい。その他、細部の構成を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の炭化水素吸着材の状態判定装置は、排気ガスの流速の変化に起因する炭化水素吸着材の水分吸着能力の変動を補償でき、それにより、排気ガスの流速の変化にかかわらず、炭化水素吸着材の劣化を含む状態を精度良く判定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による炭化水素吸着材の状態判定装置を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【図３】吸着材の劣化判定の実行判定および初期化処理を示すフローチャートである。
【図４】始動時のエンジン水温ＴＷに応じて劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴを設定するための劣化判定しきい値テーブルである。
【図５】吸着材の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図５の劣化判定処理の残りの部分を示すフローチャートである。
【図７】劣化判定処理によって得られる判定例を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明を適用した他の構成の排気ガス浄化装置を示すブロック構成図である。
【図９】本発明を適用したさらに別の構成の排気ガス浄化装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　排気系
１６　炭化水素吸着材
２１　上流側湿度センサ（上流側湿度検出手段）
２２　下流側湿度センサ（湿度検出手段）
２３　エンジン水温センサ（温度状態検出手段）
２４　クランク角センサ（流速パラメータ検出手段）
２５　ＥＣＵ（流速パラメータ検出手段、吸着材状態判定手段）
２６　吸気圧センサ（流速パラメータ検出手段）
３６　炭化水素吸着触媒（炭化水素吸着材）
ＶＨＵＭＦ　上流側検出値（上流側湿度検出手段の検出結果）
ＶＨＵＭＲ　下流側検出値（湿度検出手段の検出値）
Ｖｇｒａｄ　排気ガス流速（流速パラメータ）
ＮＥ　エンジン回転数
ＰＢＡ　吸気管内絶対圧
ＴＷ　エンジン水温（炭化水素吸着材の温度状態）

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な炭化水素吸着材の状態を判定する炭化水素吸着材の状態判定装置であって、
前記炭化水素吸着材を通過した排気ガスの湿度を検出する湿度検出手段と、
前記排気ガスの流速を表す流速パラメータを検出する流速パラメータ検出手段と、
前記検出された排気ガスの湿度および流速パラメータに応じて、前記炭化水素吸着材の状態を判定する吸着材状態判定手段と、
を備えていることを特徴とする炭化水素吸着材の状態判定装置。
前記吸着材状態判定手段は、前記内燃機関の始動時からの前記湿度検出手段の検出値の変化状態に応じて、前記炭化水素吸着材の状態を判定することを特徴とする、請求項１に記載の炭化水素吸着材の状態判定装置。
前記炭化水素吸着材の温度状態を検出する温度状態検出手段をさらに備え、
前記吸着材状態判定手段は、前記温度検出手段により検出された前記内燃機関の始動時における前記炭化水素吸着材の温度状態にさらに応じて、前記炭化水素吸着材の状態を判定することを特徴とする、請求項２に記載の炭化水素吸着材の状態判定装置。
前記排気系の前記炭化水素吸着材よりも上流側に、前記炭化水素吸着材に流入する排気ガスの湿度を検出する上流側湿度検出手段をさらに備え、
前記吸着材状態判定手段は、前記上流側湿度検出手段の検出結果にさらに応じて、前記炭化水素吸着材の状態を判定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の炭化水素吸着材の状態判定装置。