JP2006118358A - 排気ガス浄化装置の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒の温度を検出することによってその劣化状態が診断できるようにする。
【解決手段】 エンジンコントローラ１１２はディーゼルエンジン１０の燃焼状態を制御し、温度センサ１０２はそのときの床下触媒３０の温度を検出する。床下触媒３０の温度は、排気ガス中のＨＣが低下しＮＯｘが増加するにしたがって、すなわちＥＧＲ率が低下するにしたがって低くなるが、劣化している床下触媒３０の場合は新品の床下触媒に比較してその温度がより低くなる傾向にある。劣化状態判断部４０はあるＥＧＲ率における床下触媒３０の温度に基づいて床下触媒３０の劣化状態を判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気系に設けられている触媒の温度を検出することによってその劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置に関する。

車両の排気系には、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を取り除く触媒が取り付けられている。触媒はその使用時間と共に劣化し、有害物質を取り除く能力が低下することから、劣化状態を正確に把握して適切な交換時期を知ることは重要である。

下記特許文献１に記載されている技術では、酸素センサによって触媒の酸素吸蔵能力の変化を検知してその劣化状態を把握している。また、下記引用文献２に記載されている技術では、触媒の上流側と下流側に設けられた空燃比センサで燃焼状態がリーン域からリッチ域に移行するまでの経過時間を検出し、この経過時間と基準値とを比較することによって触媒の劣化状態を求めている。
特開２００１‐９８９８２号公報 特開２００１‐１３２４３５号公報

しかしながら、このような従来の技術において、特許文献１に記載の技術にあってはディーゼルエンジンのようなリーンバーン方式のものには適用することができず、また、特許文献２に記載の技術にあっては判定する時期が制限されるという問題がある。

本発明は、以上のような従来の技術の問題点を解消するためになされたものであり、排気系に設けられている触媒の温度を検出することによってその劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置は、エンジンの排気系に少なくともＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するための触媒が備えられて成る排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、前記エンジンの燃焼状態を制御するエンジンコントローラと、前記燃焼状態における前記触媒の発熱量を検出する発熱量検出手段と、検出された発熱量に基づいて前記触媒の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、を有することを特徴とする。

エンジンコントローラはエンジンの燃焼状態を制御し、発熱量検出手段はそのときの触媒の発熱量（温度）を検出する。触媒の温度は排気ガス中のＨＣが低下しＮＯｘが増加するにしたがって低くなるが、劣化している触媒は新品の触媒と比較するとその温度がより低くなる傾向にある。劣化状態判断手段はこの触媒の温度に基づいて触媒の劣化状態を判断する。

上記のように構成された本発明にかかる排気ガス浄化装置の劣化診断装置によれば、エンジンの燃焼状態に基づき検出した触媒の発熱量により触媒の劣化状態が判断できるので、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンを搭載したいずれの車両の触媒の劣化状態についても判断することができ、またその判断も常時行うことができる。

以下に、本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の概略構成を示すブロック図である。

ディーゼルエンジン１０の排気系を構成する排気ガス流出経路には、排気ガスの排出方向上流側から下流側に向けて、マニホールド触媒２０、床下触媒３０、ＤＰＦ（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）４０が取り付けられている。マニホールド触媒２０は排気管のマニホールドに取り付けられている触媒であって、排気ガス中に含まれているＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を取り除く。床下触媒３０は車両の床下に設けられている触媒であって、マニホールド触媒２０と同様に排気ガス中に含まれているＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を取り除く。床下触媒３０は、少なくとも排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘと反応して発熱反応を起こす触媒層を持った酸化触媒、三元触媒、ＨＣ吸着触媒、ＮＯｘ吸着触媒のいずれかである。ＤＰＦ４０はマニホールド触媒２０および床下触媒３０の下流側に設けられている触媒であって、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質が取り除かれた後の排気ガス中に含まれるパーティキュレートを捕獲する。

また、排気ガス流出経路にはＥＧＲ５０が取り付けられている。ＥＧＲ５０には図示しないＥＧＲバルブが内蔵され、その開度に応じた量の排気ガスを再び吸入空気と混合させる。ＥＧＲ５０のＥＧＲバルブの開度は後述の制御装置によって調整される。この調整によって、いわゆるＥＧＲ率を変化させることができる。ＥＧＲ率を変化させると排気ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯｘの濃度が変化する。ＥＧＲ率は、ＥＧＲが０％の時の吸入空気量をＶ０、ＥＧＲ運転時の吸入空気量をＶ１とすると、下記の式で表される。

ＥＧＲ率＝（Ｖ０−Ｖ１）×１００／Ｖ０
さらに、排気ガス流出経路には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなど排気ガス中に含まれる有害物質の濃度を検出することができる有害物質検出センサ６０が取り付けられている。有害物質検出センサ６０はある燃焼状態で排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度を検出する有害物質検出手段として機能する。

床下触媒３０にはその発熱量（床下触媒３０の温度）を検出するための温度センサ１０２が取り付けられている。なお、温度センサ１０２は、ある燃焼状態での（あるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度における）触媒の発熱量を検出する発熱量検出手段として機能する。

劣化診断部１０４は、有害物質検出センサ６０で検出されたＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなど排気ガス中に含まれる有害物質の濃度と温度センサ１０２によって検出された床下触媒３０の温度とを、閾値記憶部１０６に記憶されている閾値と比較する機能を有している。劣化診断部１０４は異なる燃焼状態において検出された発熱量に基づいて前記触媒の劣化状態を判断する劣化状態判断手段として機能する。

閾値記憶部１０６は、床下触媒３０の劣化状態を検知するために必要となるデータ、すなわち、ＥＧＲ率またはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度と床下触媒３０の温度とに関する閾値データが記憶されている。

制御部１０８は、燃焼状態記憶部１１０に記憶されているデータに基づいてＥＧＲ５０のＥＧＲバルブの開度を調整してＥＧＲ率を変化させる指示を出力し、ディーゼルエンジン１０の燃焼状態（リーン域、リッチ域、ストイキ域）を変更する。この燃焼状態の変更によって、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度が変化する。

エンジンコントローラ１１２は、制御部１０８の指示に基づき、ＥＧＲ５０のＥＧＲバルブの開度を調整し、ディーゼルエンジン１０の燃焼状態を制御し、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質の濃度を故意に変化させる。

本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の概略の構成は以上の通りであるが、次に、床下触媒３０の劣化状態がどのような原理で把握されるのかについて説明する。

図２はＥＧＲ率と排気ガスに含まれる有害物質の濃度との関係を示すグラフ、図３はＥＧＲ率が大きい場合と小さい場合とで触媒の温度がどのような傾向を示すかを示したグラフ、そして図４は新品の触媒と劣化した触媒との温度がＥＧＲ率の変化でどのような傾向を示すかを示したグラフである。このグラフを見れば明らかなように、ＥＧＲ率を大きくするとＨＣの濃度が微増し、ＮＯｘの濃度が急減する。また、ＥＧＲ率を大きくした燃焼状態とそれを小さくした燃焼状態とでは、図３に示すように触媒の温度が異なる。すなわち、ＥＧＲ率の大きいほうが小さいほうよりも触媒の温度が高くなる傾向がある。このような傾向を示すのは、ＥＧＲ率が下がると、排気ガス中のＨＣの濃度が低下し逆にＮＯｘの濃度が増加するため、触媒上でのＨＣの酸化反応が抑制され、酸化反応熱が少なくなり、結果的に触媒の温度があまり上がらなくなるからであり、また、ＥＧＲ率が上がると、これとは逆のことが生じて酸化反応熱が多くなり、結果的に触媒の温度がＥＧＲ率の低いときよりも上がるからである。一般的に、ＨＣと触媒との反応状態は、触媒が新しいほど活発であり、古くなるにしたがって反応しにくくなるので、図４に示すように、ＥＧＲ率と触媒の温度との関係は、新品（Ｆｅｒｓｈ）の温度のほうが劣化した触媒（Ａｇｅｄ）の温度よりも高くなる。

以上の理由から、ＥＧＲ率（またはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの各有害物質の濃度）が何％のときに触媒の温度が何度であるのかといった閾値データに基づいて、床下触媒３０が劣化したかまだ劣化していないか、または劣化の度合いがどの程度なのかを判断できるようになる。

次に、図５に示すフローチャートに基づいて、本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の実施形態を説明する。

まず、制御部１０８は、エンジンコントローラ１１２および燃焼データ記憶部１１０からの信号およびデータを入力してディーゼルエンジン１０の現在の運転状態を読み込む（Ｓ１）。制御部１０８は、読み込んだ運転状態がリーン運転状態であるか否かを判断する（Ｓ２）。リーン運転状態であれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、床下触媒３０の劣化診断は行わないので処理を終了する。一方、運転状態がリーン運転状態でなければ（Ｓ２：ＮＯ）、劣化診断部１０４は温度センサ１０２により床下触媒３０の温度Ｔｒ１を検出する（Ｓ３）。劣化診断部１０４は、検出した温度Ｔｒ１と閾値記憶部１０６に記憶されている交換時期を判断するための閾値温度Ｔ１（図４参照）とを比較する（Ｓ４）。検出した温度Ｔｒ１が閾値温度Ｔ１以上であれば（Ｓ４：ＮＯ）、ＨＣと触媒との反応状態は活発であり、床下触媒３０は十分に機能していると考えられるのでまだ交換の必要はないため処理を終了する。一方、検出した温度Ｔｒ１が閾値温度Ｔ１よりも小さければ（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御部１０８は燃焼データ記憶部１１０に記憶されているデータに基づいて燃焼状態を切り替え（Ｓ５）、ＥＧＲ率を目標値まで下げる指示をエンジンコントローラ１１２に出力する。エンジンコントローラ１１２はその指示を受けてＥＧＲ５０を調整し、ＥＧＲ率を目標のＥＧＲ率まで低下させる（Ｓ６）。そして、再度、劣化診断部１０４は温度センサ１０２により床下触媒３０の温度Ｔｒ２を検出する（Ｓ７）。劣化診断部１０４は、検出した温度Ｔｒ２と閾値記憶部１０６に記憶されている交換時期を判断するための閾値温度Ｔ２（図４参照）とを比較する（Ｓ８）。検出した温度Ｔｒ２が閾値温度Ｔ２以上であれば（Ｓ８：ＮＯ）、ＨＣと触媒との反応状態は活発であり、床下触媒３０は十分に機能していると考えられるのでまだ交換の必要はないため処理を終了する。一方、検出した温度Ｔｒ２が閾値温度Ｔ２よりも小さければ（Ｓ８：ＹＥＳ）、床下触媒３０はかなり劣化しており、交換しなければならないと判断して、交換を促すインジケータランプを点灯させる。

以上のように、本実施形態では、２つの燃焼状態（ＥＧＲ率が大きい場合と小さい場合）における床下触媒３０の温度を検出し、これらの温度が交換時期を示す温度以下の温度であれば、床下触媒３０は劣化していると判断し、その交換を促すようにしている。

なお、以上の実施形態では、単にＥＧＲ率を変化させ、そのＥＧＲ率と温度との関係から床下触媒３０の劣化状態を把握するようにしたが、さらに、有害物質検出センサ６０によって検出されたＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質の濃度と温度との関係から床下触媒３０の劣化状態を把握することもできる。前者の場合には、閾値記憶部１０６にはＥＧＲ率と交換の目安となる温度との関係を記憶させておけばよいが、後者の場合には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質の濃度と温度との関係をさらに記憶させておく必要がある。

以上のように、エンジンの燃焼状態に基づき検出した触媒の発熱量により触媒の劣化状態が判断できるので、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンを搭載したいずれの車両の触媒の劣化状態についても判断することができ、またその判断も常時行うことができるようになる。

本発明を利用することによって床下触媒の劣化状態が正確に把握できるようになるため、床下触媒の適切な交換時期を知ることができるようになる。

本発明に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の概略構成を示すブロック図である。 ＥＧＲ率と排気ガスに含まれる有害物質の濃度との関係を示すグラフである。 ＥＧＲ率が大きい場合と小さい場合とで触媒の温度がどのような傾向を示すかを示したグラフである。 新品の触媒と劣化した触媒との温度がＥＧＲ率の変化でどのような傾向を示すかを示したグラフである。 図１に係る排気ガス浄化装置の劣化診断装置の動作フローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼルエンジン、
２０ マニホールド触媒、
３０ 床下触媒、
４０ ＤＰＦ、
５０ ＥＧＲ、
６０ 有害物質検出センサ、
１０２ 温度センサ、
１０４ 劣化診断部、
１０６ 閾値記憶部、
１０８ 制御部、
１１０ 燃焼データ記憶部、
１１２ エンジンコントローラ。

Claims (5)

1. エンジンの排気系に少なくともＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するための触媒が備えられて成る排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、
   前記エンジンの燃焼状態を制御するエンジンコントローラと、
   前記燃焼状態における前記触媒の発熱量を検出する発熱量検出手段と、
   検出された発熱量に基づいて前記触媒の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、
   を有することを特徴とする排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
2. エンジンの排気系に少なくともＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するための触媒が備えられて成る排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、
   前記エンジンの燃焼状態を切り替えるエンジンコントローラと、
   それぞれ燃焼状態で排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度を検出する有害物質検出手段と、
   検出されたそれぞれのＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度における前記触媒の発熱量を検出する発熱量検出手段と、
   検出された発熱量に基づいて前記触媒の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、
   を有することを特徴とする排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
3. 前記エンジンコントローラは、前記エンジンのＥＧＲ率を変化させることによって燃焼状態を切り替え、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
4. 前記触媒は、少なくとも排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘと反応して発熱反応を起こす触媒層を持った酸化触媒、三元触媒、ＨＣ吸着触媒、ＮＯｘ吸着触媒のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
5. 前記発熱量は前記触媒の温度であり、
   前記劣化状態判断手段は、異なる燃焼状態における前記触媒の温度を検出することによって前記触媒の劣化状態を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。