JP2007113528A - 触媒劣化検出方法 - Google Patents

触媒劣化検出方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2007113528A
JP2007113528A JP2005307409A JP2005307409A JP2007113528A JP 2007113528 A JP2007113528 A JP 2007113528A JP 2005307409 A JP2005307409 A JP 2005307409A JP 2005307409 A JP2005307409 A JP 2005307409A JP 2007113528 A JP2007113528 A JP 2007113528A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel ratio
air
catalyst
exhaust gas
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005307409A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4513714B2 (ja
Inventor
Takahiko Fujiwara
孝彦 藤原
Yasuyuki Takama
康之 高間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005307409A priority Critical patent/JP4513714B2/ja
Priority to US11/583,726 priority patent/US7861514B2/en
Publication of JP2007113528A publication Critical patent/JP2007113528A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4513714B2 publication Critical patent/JP4513714B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0421Methods of control or diagnosing using an increment counter when a predetermined event occurs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0422Methods of control or diagnosing measuring the elapsed time
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

【課題】 排気流量にかかわらず正確に触媒の劣化の有無を判定する。
【解決手段】 機関1の排気通路3に配置した排気浄化触媒5の劣化の有無を触媒のO2ストレージ機能の低下を検出することにより判定する。劣化検出時には、リッチ空燃比とリーン空燃比との排気を交互に触媒に供給し、排気空燃比切替え後に触媒を通過した排気の空燃比が流入排気の空燃比に追従して変化するタイミングに基づいて触媒の酸素吸蔵量を求め、O2ストレージ機能の低下を検出する。この際、リッチ空燃比とリーン空燃比の排気の空燃比を排気流量が大きいほど理論空燃比に近づくように設定することにより、排気流量が大きい場合に生じる酸素吸蔵量の推定誤差が防止され、排気流量にかかわらず正確な触媒劣化判定が行われる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、排気浄化触媒の劣化検出方法に関する。
三元触媒などの排気浄化触媒の劣化を検出する方法としては、触媒のO2ストレージ作用を利用する方法が知られている。
例えば、三元触媒では流入する排気の空燃比が理論空燃比を中心とした比較的狭い範囲にある場合にのみ排気中のNOX、HC、COの三成分を同時に浄化することが可能である。このため、三元触媒等ではセリウム(Ce)などの酸素貯蔵成分を触媒に担持させることにより、触媒にO2ストレージ機能を付与し排気浄化効率を向上させている。
2ストレージ機能とは、触媒に担持された酸素貯蔵成分が、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりリーンである場合には排気中の余剰酸素成分を吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比よりリッチである場合には吸蔵した酸素成分を排気中に放出する機能である。このO2ストレージ機能により、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比から多少変動した場合でも触媒雰囲気を理論空燃比近傍に維持することが可能となるため、三元触媒による排気浄化を効率的に行うことが可能となる。
2ストレージ機能は触媒の劣化とともに低下して行く。このためO2ストレージ機能を排気浄化触媒劣化のパラメータとして使用することができる。
2ストレージ機能が低下すると、酸素貯蔵成分に貯蔵可能な酸素の量が低下する。
このため、O2ストレージ機能が正常である場合には、例えば流入する排気の空燃比が理論空燃比からずれた状態が多少長い時間継続した場合でも、触媒は十分な量の酸素を排気中から吸蔵したり、或は排気中に放出したりすることができるため、触媒雰囲気は理論空燃比に維持される。
すなわち、O2ストレージ機能が正常な場合には触媒に流入する排気の空燃比(触媒上流側排気空燃比)が変動して理論空燃比から多少ずれても、触媒を通過した後の排気の空燃比(触媒下流側排気空燃比)は理論空燃比近傍に維持され変動しない。
しかし、O2ストレージ機能が低下すると同一条件下でも触媒の酸素貯蔵成分に吸蔵、或は酸素貯蔵成分から放出される酸素の量が低下するため、触媒上流側排気空燃比が理論空燃比から変動した状態が比較的短時間継続しただけで、触媒下流側空燃比も上流側空燃比と同様に変動するようになる。
例えば特許文献1は、この触媒下流側空燃比の変動を検出することにより触媒のO2ストレージ機能の低下、すなわち触媒の劣化を検出する方法を開示している。
特許文献1の劣化検出方法では、所定時間当りの触媒上流側排気空燃比のリッチ/リーンの変化(反転)回数の触媒下流側排気空燃比のリッチ/リーンの変化(反転)回数に対する比に基づいて触媒の劣化を検出する。
例えば触媒が劣化していない場合(O2ストレージ機能が低下していない場合)には、上流側排気空燃比のリッチ/リーンの反転回数が多くても、触媒から吸放出される酸素により触媒下流側排気空燃比の変化は小さくなり、下流側ではリッチ/リーンの反転回数は少なくなる。このため触媒上流側排気空燃比の反転回数の触媒下流側排気空燃比の反転回数に対する比は小さな値になる。
一方、触媒が劣化している場合(O2ストレージ機能が低下している場合)には、触媒下流側排気空燃比の反転回数は上流側排気空燃比の反転回数に近づくようになるため、上記比の値は大きくなる。
特許文献1では、上記比の値が予め定めた値を越えた場合には触媒が劣化したと判定するようにしている。
ところが、上記下流側排気空燃比の反転回数は、触媒のO2ストレージ機能だけでなく触媒を通過する排気流量によっても大きな影響を受ける。すなわち、排気流量が大きい場合には小さい場合に比べて排気空燃比を理論空燃比に近づけるための単位時間当りの吸放出量が大きくなるため、後述するようにO2ストレージ機能が低下していなくても触媒下流側排気空燃比の変動が大きくなりやすくなり、正常な触媒であっても劣化していると誤判定される場合が生じる。
なお、特許文献1では触媒上流側と下流側の空燃比の反転回数比を用いて触媒劣化を判定しているが、触媒劣化のパラメータとしてO2ストレージ機能を使用する場合には、空燃比の反転回数以外を使用した場合であっても排気流量が大きい場合には劣化判定が不正確になる問題がある。
これを防止するため、特許文献1では排気流量が所定の流量より大きい場合には触媒が劣化したとの判定を行わないようにして誤判定を防止している。
特開平10−212935号公報 特開2001−234784号公報 特開平7−119446号公報 特開平11−264316号公報
上述のように、特許文献1では排気流量が大きい場合には触媒の劣化判定を行わないようにすることにより、正常な触媒が劣化したと誤判定されることを防止している。
ところが、排気流量が大きい場合に全て触媒の劣化判定を行わないようにしていると、機関の運転パターンによっては劣化判定が行われる機会が大きく低下してしまい、実際に触媒が劣化しているにもかかわらず劣化判定が行われないまま触媒が使用される場合が生じる問題がある。
本発明は、上記問題に鑑み排気流量にかかわらず正確に触媒の劣化判定を行うことが可能な触媒劣化検出方法を提供することを目的としている。
請求項1に記載の発明によれば、排気浄化触媒にリーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とを交互に供給し、リーン空燃比排気の供給を開始してから触媒通過後の排気の空燃比がリーン空燃比に変化するまでの変化時間、またはリッチ空燃比排気の供給を開始してから触媒通過後の排気の空燃比がリッチ空燃比に変化するまでの変化時間、の少なくとも一方に基づいて触媒の劣化程度を判定する触媒劣化検出方法において、前記触媒に供給する排気流量が多い場合には、少ない場合に比べて、前記触媒に交互に供給するリーン空燃比とリッチ空燃比の排気の空燃比を、理論空燃比に近づけるようにしたことを特徴とする、触媒劣化検出方法が提供される。
また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の触媒劣化検出方法において、前記触媒劣化程度の判定時には、前記空燃比変化時間に基づいて触媒の酸素吸蔵量を推定し、推定した酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化程度を判定するとともに、前記触媒にリーン空燃比とリッチ空燃比の排気を交互に供給する際に、リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の空燃比を、リーン空燃比排気供給時に単位時間当りに触媒に吸蔵される排気中の酸素量と、リッチ空燃比排気供給時に単位時間当りに触媒から排気中に放出される酸素量とが、排気流量にかかわらずそれぞれ一定値になるように設定することを特徴とする触媒劣化検出方法が提供される。
前述したように、O2ストレージ機能を備えた触媒ではリーン空燃比の排気が流入すると、排気中の酸素成分のうち排気空燃比を理論空燃比にするのに必要な酸素量に対して過剰な量の酸素が触媒に吸蔵され、触媒を通過後の排気の空燃比は理論空燃比になる。
また、リッチ空燃比の排気が触媒に流入すると、排気空燃比を理論空燃比にするのに必要な酸素量に対して不足する量の酸素が触媒から放出され、触媒通過後の排気の空燃比は理論空燃比になる。
一方、排気の空燃比を理論空燃比にするために単位時間当りに触媒から放出、または触媒に吸蔵する必要がある酸素量は流入する排気の流量が大きいほど、また排気空燃比の理論空燃比からの偏差が大きいほど大きくなる。
従って、例えば排気空燃比が同一の場合、流量が大きければそれに応じて触媒のうち酸素の吸放出を行う部分の軸線方向長さは大きくなる。
上記を、リッチ空燃比の排気が触媒に流入した場合を例にとって説明する。
図2は触媒の軸線方向(排気流方向)沿った断面を模式的に示している。図2において、(A)は触媒に流入する排気空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した直後の状態を示し、触媒の各部分の酸素貯蔵成分は吸蔵可能な最大量まで酸素を吸蔵しているものとする。
図2(A)に示すように、リッチ空燃比の排気が触媒に流入すると、触媒からはO2ストレージ機能により酸素が排気中に放出される。このため、触媒に流入した排気の空燃比は触媒の軸線方向下流側になるほど上昇し、理論空燃比に到達する。
排気空燃比が理論空燃比に到達すると、触媒からの酸素放出は生じない。すなわち、触媒にリッチ空燃比の排気が流入すると、触媒入口から軸線方向下流側のある距離Lまでの区間Rでは酸素が放出され、区間Rより下流側では排気空燃比は理論空燃比になり、酸素は放出されない。このため触媒軸線方向に沿った排気の空燃比の分布は図2(A)に示すように、リッチ空燃比(触媒入口)から次第に増加して区間Rの終端部では理論空燃比に到達する。
この状態では触媒入口に近いほど排気空燃比はリッチであるため、触媒からの酸素放出速度は上流側になるほど大きくなる。このため、触媒に吸蔵された酸素は入口側から放出し尽され、酸素の吸放出を行う触媒の区間Rは次第に下流側に移動して行く。すなわち、空燃比カーブの傾斜部Sは時間と共に下流側に向けて移動して行く。
そして、この傾斜部S(区間R)が触媒下流側端部に到達した後は触媒からは理論空燃比に到達しないリッチ空燃比の排気が排出されるようになり、下流側ではリッチ空燃比の排気が検出されるようになる(図2(B)参照)。
この状態では、例えば、前述の特許文献1の方法では触媒下流側の排気空燃比が反転したと判断されるが、下流側でリッチ空燃比の排気が検出された時点では、長さLの区間R内の触媒にはまだ酸素が吸蔵された状態である。すなわち、触媒下流側の排気空燃比が反転した時点では、触媒内にはまだ区間Rの長さLに対応する量の酸素が未だ残留した状態となっている。
次に、図3(A)、(B)は排気の流量図2に比べて大きい場合の図2(A)、(B)と同様な図である。
前述したように、O2ストレージ機能における酸素最大放出速度は触媒の種類や劣化によって定り、排気流量によってはほとんど変化しない。ところが、排気流量が大きい場合には小さい場合に比べて排気の空燃比を変化させるために必要な単位時間当りの酸素吸放出量は大きくなる。
このため、排気流量が大きい場合には、単位時間当りに必要とされる酸素吸放出量に対応して図3(A)、(B)に示すように酸素の吸放出を行う触媒区間Rの長さは図2よりも大きい長さLLになり、空燃比の傾斜部分Sの勾配は図2に比べて緩やかになる。
この状態で、区間R(傾斜部S)が移動して触媒下流側端に到達すると、触媒下流側では排気空燃比は反転してリッチになる(図3(B))。
図2で説明したように、この状態では区間R部分の触媒にはまだ酸素が吸蔵されているが、区間Rの長さLLは図2のそれ(L)より長くなっているため、触媒を通過した排気の空燃比がリッチ空燃比に反転した状態での触媒に残留する酸素量は図2の場合より大きくなっている。
特許文献1をはじめとするO2ストレージ機能を利用した触媒の劣化判定方法のほとんどは、触媒に流入する排気空燃比をリーンとリッチとの間で変化させた後、触媒下流側の排気空燃比が上流側の空燃比に追従して変化(反転)した時点を、O2ストレージ機能により触媒に吸蔵された酸素の全量が放出された(または、O2ストレージにより触媒に最大量の酸素が吸蔵された)時点と仮定してO2ストレージによる酸素吸蔵量を推定し、この吸蔵量の低下により触媒の劣化を判断するものである。
ところが、図2、図3で説明したように実際には触媒下流側の排気空燃比がリッチまたはリーンに反転した時点では、未だ区間Rで示した部分には酸素が残留している(またはまだ酸素を吸蔵可能である)。区間Rの長さが短い場合(図2)には、この酸素量は比較的少ないため、触媒の劣化判定には大きな誤差は生じないが、区間Rの長さが大きい場合(図3)、すなわち排気流量が大きい場合にはこの部分に残留もしくは吸蔵可能な酸素量はかなり大きくなり、触媒の劣化判定に大きな誤差を生じる場合がある。
そこで、請求項1及び2の発明では、排気流量が大きい場合には小さい場合に比べて触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比に近づけることにより上記の問題を解決している。
すなわち、本発明では流量が多い場合(図3)には流量が少ない場合(図2)に比べて、触媒劣化の判定時に触媒に流入させるリッチ/リーンの排気空燃比を、図3に点線で示すように図2のそれより理論空燃比に近づける。
前述したように、O2ストレージによる触媒の酸素の最大吸放出速度は排気流量や空燃比によってはほとんど変化しないため、図3に点線Iで示すように排気空燃比を理論空燃比に近づけた場合も排気空燃比の分布における傾斜部Sの傾きは変化しない。このため、流入排気の空燃比を理論空燃比に近づけた場合には、図3のように流量が多い場合であっても、酸素の吸放出を行う区間Rの長さは短くなる。
従って、この場合には、触媒下流側の排気空燃比が反転した時点(図3(B))においても触媒に残留する酸素量は図2の場合と同等まで低下するようになり、流量が多い場合にも触媒劣化判定に対する誤差を生じることを防止することができる。
なお、図3では触媒に流入する排気空燃比がリッチの場合を例にとって説明しているが、流入する排気空燃比がリーンの場合にも排気空燃比を理論空燃比に近づけることにより、上記と同様に流量が多い場合にも触媒劣化判定に対する誤差を防止できることは言うまでもない。
すなわち、図2、図3から判るように、排気流量にかかわらず酸素吸放出区間Rの長さが一定(例えば図2における長さL)になるように触媒に流入するリーン/リッチ排気の空燃比を調整すれば、排気流量の変化による触媒劣化判定に対する誤差を排除することができる。
この酸素吸放出区間Rの長さ(L、LL)は、単位時間当りに触媒から放出または吸入される酸素量に対応している。
請求項2の発明では、請求項1に加えて、単位時間に触媒から吸放出される酸素量が一定になるように(すなわち、酸素吸放出区間Rの長さが一定になるように)流入する排気の空燃比を制御することにより、触媒の劣化判定に対する流量変化の影響を排除して正確な触媒劣化判定を行うことを可能としている。
更に、請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の触媒劣化検出方法において、前記リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の交互供給を開始後、最初のリッチ空燃比の排気の供給が終った後に、前記空燃比変化時間に基づく触媒劣化程度の判定を開始することを特徴とする触媒劣化検出方法が提供される。
また、請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の触媒劣化検出方法において、前記リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の交互供給時の前記最初のリッチ空燃比排気供給時の排気空燃比は、2回目以降のリッチ空燃比排気供給時の排気空燃比より低く設定することを特徴とする触媒劣化検出方法が提供される。
触媒のO2ストレージ機能に影響を与える要因としては、排気中の硫黄酸化物(SOX)による酸素貯蔵成分の硫黄被毒がある。
例えば、酸素貯蔵成分であるセリウム(Ce)は排気中にSOX(硫黄酸化物)が存在するとリーン空燃比下では、SOXと結合して硫酸塩を形成する。硫酸塩を形成したセリウムはもはやリーン空燃比下でも酸素とは結合できないため、セリウムと硫酸塩の形で結合したSOX量が増大するほど酸素の吸放出に関与できるセリウムの量が減少し、結果としてO2ストレージ機能は低下してしまう。
従って、この状態からO2ストレージ機能に基づく触媒劣化判定を行うと、硫黄被毒によるO2ストレージ機能の低下のために実際には劣化していない触媒が劣化したと誤判定される場合がある。
一方、セリウムとSOXとの結合力は比較的弱いためリッチ空燃比雰囲気ではSOXは容易にセリウムから脱離し、セリウムは本来のO2ストレージ機能を回復する。
そこで、請求項3と4の発明では、触媒にリッチ/リーンの空燃比の排気を交互に供給してO2ストレージ機能の低下に基づいて触媒の劣化を判定する際には常に、SOXがセリウムから脱離した状態、すなわち最初のリッチ空燃比排気の供給が終了した後のリーン空燃比排気の供給時から触媒劣化判定を開始するようにしている。
これにより、SOX被毒に影響を受けることなく正確に触媒の劣化判定を行うことが可能となる。
また、セリウムからのSOXの脱離速度は空燃比が低い程(リッチな程)大きくなる。従って、上記最初のリッチ空燃比排気供給の際の排気空燃比は2回目以降のリッチ空燃比排気の空燃比より低く設定し、最初のリッチ空燃比排気供給時にSOXを完全にセリウムから脱離させておくことが好ましい。
一方、請求項5に記載の発明によれば、請求項1に記載の劣化検出方法において、前記触媒劣化程度の判定時には、前記空燃比変化時間に基づいて触媒の酸素吸蔵量を推定し、推定した酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化を判定するとともに、前記触媒にリーン空燃比とリッチ空燃比の排気を交互に供給する際に、前記リーン空燃比の排気の空燃比下限値と前記リッチ空燃比の排気の空燃比上限値とを、ぞれぞれ触媒の酸素吸放出作用が生じる空燃比範囲内に設定したことを特徴とする、触媒劣化検出方法が提供される。
触媒のO2ストレージ機能は空燃比に影響を受け、理論空燃比近傍になるほど触媒の酸素の吸放出作用は低下する。このため、触媒にリッチ空燃比とリーン空燃比の排気を交互に供給する場合には、リーン空燃比時の空燃比の下限値及びリッチ空燃比時の空燃比上限値が、それぞれ十分に理論空燃比から離れていないと、触媒の酸素吸放出作用が低下してしまうため、正確に触媒の酸素吸蔵量を推定することができない。
本発明では、リーン空燃比排気の空燃比下限値とリッチ空燃比排気の空燃比上限値とを、それぞれ触媒への酸素吸蔵と触媒からの酸素の放出が生じる空燃比範囲に設定したことにより、酸素の吸放出が十分に行われるようになり、正確に触媒の酸素吸蔵量を推定することができるため、触媒の劣化判定を正確に行うことが可能となる。
各請求項に記載の発明によれば、排気流量にかかわらず正確に排気浄化触媒の劣化判定を行うことが可能となる共通の効果を奏する。
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
図1において、1は自動車用ガソリンエンジン、3はエンジン1の排気通路、5は排気通路3上に配置された排気浄化触媒を示している。本実施形態では、排気浄化触媒5としては流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の領域にある場合に排気中のHC、CO、NOXの3成分を同時に浄化可能な三元触媒が使用されている。
触媒5は、ハニカム状に成形したコージェライト等の担体を用いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh等の貴金属触媒成分を担持させるとともに、担体のアルミナ層に貴金属触媒成分に加えて、酸素貯蔵成分としてセリウムCe等の金属酸化物成分を加え、O2ストレージ機能(酸素貯蔵機能)を持たせている。
アルミナ層上に担持されたセリウムは、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いときに(排気空燃比がリーンのときに)排気中の酸素と結合してセリア(酸化セリウムIV:CeO2)を形成し酸素を貯蔵する。また、流入する排気の空燃比が理論空燃比以下のときに(排気空燃比がリッチのときに)は、セリアは酸素を放出して酸化セリウムIII(Ce23)になるため酸素が放出される。すなわち、セリウムを触媒上に担持させることにより、触媒に流入する排気がリッチ空燃比のときには触媒から酸素が放出され、リーン空燃比のときには過剰な酸素が触媒に吸蔵されるO2ストレージ作用が行われ、触媒5に流入する排気の空燃比が多少リッチまたはリーンに変動した場合でも、触媒5通過後の排気空燃比は理論空燃比近傍になる。
このO2ストレージ機能を持たせることにより、触媒5のHC、CO、NOXの三成分が同時に浄化されるようになり、排気浄化効率が向上する。
図1に30で示すのは、エンジン1の電子制御ユニット(ECU)である。ECU30は、例えば公知の形式のマイクロコンピュータとして構成され、機関の燃料噴射、点火時期などの基本制御を行う他、本実施形態では、後述するように排気浄化触媒5の劣化の程度を判定する劣化判定操作を行う。
これらの制御を行うため、ECU30の入力ポートには、エンジン1の吸気通路に設けられた吸気圧センサ33から機関吸気圧力PMに対応する電圧信号が、またエンジン1のクランク軸近傍に配置されたクランク角センサ35からクランク軸一定回転角度毎にパルス信号が、それぞれ供給されている。
ECU30は、クランク角センサ35から入力するクランク角パルス信号の周波数から機関回転数NEを算出するとともに、基準位置(例えば、#1気筒の圧縮上死点)からのパルス数に基づいて現在のクランク角を算出する。
また、ECU30は上記により算出した機関回転数NEと吸気圧センサ33で検出したエンジン吸気圧力PMとに基づいて、エンジン1の各気筒における燃焼空燃比を目標空燃比(本実施形態では理論空燃比)に維持するための燃料噴射量を算出する。
また、本実施形態では触媒5の下流側に空燃比センサ31が配置され、排気浄化触媒5通過後の排気の空燃比に対応する電圧信号をECU30に供給している。
本実施形態の空燃比センサ31としては、排気中の酸素濃度を検出し、理論空燃比を境にして空燃比がリッチかリーンかに応じて出力が急変する、いわゆるZ形出力の酸素センサ、あるいは広い空燃比範囲で排気空燃比と1対1に対応した信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサのいずれもが使用可能である。
次に、本実施形態の触媒劣化判定操作について説明する。
本実施形態では、触媒に流入する排気の空燃比をリッチ/リーンに交互に変化させ、排気浄化触媒5を通過した排気の空燃比が流入する排気の空燃比に応じて変化するタイミングを計測することにより、触媒5の劣化程度を判定する。
詳細には、後述するように、触媒劣化判定操作においては、ECU30は、まず触媒5に流入する排気の空燃比(すなわち、機関の運転空燃比)が所定のリッチまたはリーンの空燃比に維持されるように機関1の燃料噴射量を制御する。
例えば機関1の運転空燃比が所定のリーン空燃比AFLになるように燃料噴射量が制御されると、図2で説明したようにO2ストレージ作用により触媒5には排気中の理論空燃比に対して過剰な酸素が吸蔵され、触媒5を通過した排気の空燃比は理論空燃比近傍に維持される(図2(A)参照)。
そして、図2(B)に示したように触媒の酸素貯蔵成分が吸蔵した酸素で飽和するにつれて触媒の酸素吸放出区間Rは下流側に移動し、吸放出区間Rが触媒下流側端部に到達すると触媒を通過した排気の空燃比は上流側に追従してリッチ空燃比になる。
この状態では、吸放出区間R部分では一部酸素吸蔵能力を残すところはあるものの、概略触媒5は吸蔵可能な最大量の酸素を吸蔵した状態にある。
ECU30は、この状態(すなわち触媒下流側の空燃比センサ31で検出した排気の空燃比がリッチ空燃比に変化したこと)を検出すると、次に触媒5に流入する排気の空燃比が所定のリッチ空燃比AFRになるように機関1への燃料噴射量を制御する。
これにより、触媒5に流入する排気の空燃比はリーンからリッチに変化し、今度は触媒5にO2ストレージ機能により吸蔵された酸素が排気に放出されるようになり、触媒5を通過した排気の空燃比は理論空燃比近傍に維持されるようになる。そして、触媒5に吸蔵された酸素の全量が放出されると、触媒5を通過した排気の空燃比はリッチ空燃比に変化する。
ECU30は、このタイミングを空燃比センサ31により検出すると再び触媒5に流入する排気空燃比を所定の リーン空燃比AFLになるようにする。
ECU30は、上記のように空燃比をリッチとリーンとに交互に切替えて触媒5に供給し、空燃比を切替えた時点から触媒下流側の空燃比センサ31センサ出力が追従して変化するまでの時間に応じて、酸素吸放出量カウンタの値を積算することにより、触媒がそれぞれのリッチ/リーンサイクルで吸放出した酸素量を算出する。酸素吸放出量カウンタについては後に詳述する。
触媒が劣化してO2ストレージ機能が低下すると、それに応じて上記リッチ/リーンサイクルで吸放出される酸素量は低下する。本実施形態では、ECU30は上記により算出した酸素吸放出量があるレベルまで低下したときに触媒が使用上問題を生じるまで劣化したと判断するようにしている。
ところが、図2、図3を用いて説明したように排気流量が多い場合には、リッチ/リーンの空燃比(AFR、AFL)を排気流量が少ない場合と同じにしていると、触媒の酸素吸放出区間Rの長さが大きくなり、下流側で排気空燃比が変化した時点では酸素の吸放出は完了していないため、正確にO2ストレージ機能の低下を検出することができなくなる。
そこで、本実施形態では排気流量に応じてリッチ/リーンの空燃比(AFL、AFR)を変更し、上記問題を解決している(図3)。
以下、本実施形態の触媒劣化判定操作について図4から図8を用いて具体的に説明する。
図4は、本実施形態の触媒劣化判定操作の全体を示すフローチャートである。本操作は、例えば、ECU30により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図4ステップ401から413は、触媒劣化判定の準備操作を示している。
すなわち、図4の操作が実行される毎に、まずステップ401では現在劣化判定の実行条件が成立しているか否かが判定される。
本実施形態における劣化判定の実行条件は、例えば機関1の暖機が完了していること、排気浄化触媒5が触媒活性化温度に到達していること、機関が定常運転状態にあり機関運転空燃比をリッチ/リーンに切替え可能であること、触媒下流側空燃比センサ31温度が活性化温度に到達していること、等である。
上記条件のいずれか一つまたはそれ以上が成立していない場合には、触媒劣化判定操作は開始されず、ステップ433で後述するカウンタΣOSL、OSL、ΣOSR、OSR、M、Nがクリア(=0)され、機関1は通常の目標空燃比(例えば理論空燃比)で運転される。また、劣化判定操作が実行中であった場合には実行は中止される。
ステップ401で触媒劣化判定の実行条件が成立した場合には、次にステップ403では判定の完了条件が成立しているか否かが判定される。
後述するように、本操作ではリッチ空燃比とリーン空燃比とで、それぞれ所定の回数だけ酸素の吸放出量を測定した時に触媒が劣化しているか否かの判断を行い判定を完了する。
ステップ403では、リッチ空燃比とリーン空燃比とでそれぞれ所定の回数の測定が完了しているか否かを、後述するカウンタMとNとの値を用いて判定し、完了している場合にはステップ431の劣化判定を行い劣化判定操作を完了する。
ステップ431の劣化判定については後述する。
ステップ403で完了条件が成立していない場合には、ステップ405に進み、今回の操作実行がステップ401の実行条件が成立してから最初の操作実行であるか否かが判定され、最初の実行であった場合にのみステップ407から413が実行される。
ステップ407から413では、まず現在機関がリッチ空燃比で運転されているか否かが判定され(ステップ407)、リッチ空燃比運転されている場合には空燃比フラグAFXを0(リーン)に(ステップ409)、リッチ空燃比運転されていない場合には空燃比フラグAFXを1(リッチ)に(ステップ411)に、それぞれセットするとともにステップ413では計測完了フラグXの値を0にセットする。
フラグAFXは、後述するO2ストレージ機能(酸素吸放出量)計測のためのリーン空燃比制御とリッチ空燃比制御とのどちらを行うかを定めるためのフラグであり、AFX=1の場合にはリッチ空燃比制御(酸素放出量の計測)が、AFX=0の場合にはリーン空燃比制御(酸素吸蔵量の計測)が、それぞれ行われる。
すなわち、実行条件成立後最初の操作時にステップ407から413を実行することにより、実行条件成立時に機関がリッチ空燃比で運転されている場合には、リーン空燃比制御が行われ、リーン空燃比で運転されている場合にはリッチ空燃比制御が行われるようになり、実行条件成立時の排気浄化触媒の酸素吸蔵状態に応じた酸素吸蔵量の計測が行われるようになる。
ステップ413のフラグXは、各回のリーン空燃比制御またはリッチ空燃比制御における酸素吸蔵量の計測が終了したか否かを示すフラグである。
ステップ413の実行後、或はステップ405で最初の実行でない場合にはステップ407から413をスキップしてステップ405の次に、ステップ415が実行される。
ステップ415では、計測終了フラグXの値が1(終了)にセットされているか否かを判断し、X=0(未了)の場合にはステップ421に進む。また、X=1(終了)の場合にはステップ417でフラグAFXの値を反転させ(すなわち、現在AFXの値が0であれば1に、1であれば0に、値を切替える操作を行い)、ステップ419ではフラグXの値を0(未了)にセットする。
ステップ415から419を実行することにより、計測が終了していない場合(X=0)にはフラグAFの値は変更されず、計測が終了した場合(X=0)にはステップ417でフラグAFの値が反転される。これにより、計測が終了する毎にリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とが交互に切替えられ、触媒5にはリッチ空燃比の排気とリーン空燃比の排気とが交互に供給されるようになる。
ステップ421から429は酸素吸放出量の計測操作である。
ステップ421から429では、フラグAFXの値に応じて機関1を所定のリーン空燃比AFLまたはリッチ空燃比AFRで運転し、触媒5の酸素吸蔵量または酸素放出量を算出する。
更に本実施形態ではステップ401の実行条件が成立してから最初のリッチ空燃比制御時には、触媒のセリアに吸蔵された硫黄酸化物を脱離させるための硫黄被毒回復操作を行う。
すなわち、ステップ421では空燃比フラグAFXの値が1(リッチ)にセットされているか否かが判断され、1にセットされていた場合にはリッチ空燃比制御を行うべくステップ423に進む。このとき、ステップ423では今回のリッチ空燃比制御がステップ401で実行条件が成立後最初のリッチ空燃比制御か否かを判断し、最初のリッチ空燃比制御で会った場合には通常のリッチ空燃比制御(ステップ427)を行わず、代りに硫黄(SOX)被毒回復制御(ステップ425)を行う。
図5は、ステップ425の硫黄被毒回復操作の詳細を示すフローチャートである。硫黄被毒回復操作では、まず機関1の目標空燃比AFTが予め定めたリッチ空燃比AFRSに設定される(図5ステップ425−01)。AFRSは後述するリッチ空燃比制御時の空燃比下限値RMINに近い値であり、通常のリッチ空燃比制御(ステップ427)時の目標空燃比よりかなり低い(リッチな)空燃比である。
目標空燃比AFTがAFRSにセットされると、別途実行される燃料噴射量演算操作では、機関の吸入空気量GAに基づいて機関1の運転空燃比をAFRSに維持するのに必要な燃料噴射量が算出され、各気筒の燃料噴射弁からの燃料噴射量が算出した値になるように燃料噴射が行われる。これにより、機関1の運転空燃比は目標値AFTにセットされ、触媒5にはかなり空燃比の低い(AFRS)リッチ空燃比の排気が供給される。
ステップ425−03は硫黄被毒回復操作が完了したか否かの判定を示す。本実施形態では、通常のリッチ空燃比制御時と同様、触媒5下流側の空燃比センサ31出力OXSがリッチ空燃比相当値を示したときに硫黄被毒回復操作を終了し、ステップ425−05でフラグXの値を1にセットする。
これにより、次回図4の操作が実行されるとステップ415から419では空燃比フラグAFXが反転されるため、次回の操作ではリーン空燃比制御が開始される。
このように、最初のリッチ空燃比制御時には通常より低い空燃比の(すなわちリッチの程度が大きい)排気を触媒に供給することにより、触媒の酸素貯蔵成分セリウムと結合していた硫黄成分の脱離が完全に行われるようになり、触媒は本来のO2ストレージ機能を発揮することができるようになる。
図5に示すように、本実施形態では最初のリッチ空燃比制御(硫黄被毒回復制御)時には酸素放出量の計測は行われない。
なお、ステップ425−03におけるOXRはリッチ空燃比判定のための基準値である。本実施形態では、例えばZ形出力特性を有する空燃比センサなどのように空燃比がリッチであるほど出力が大きくなる空燃比センサ31が使用されており、ステップ425−03では、センサ31出力が判定値OXRを越えた場合に触媒を通過した排気空燃比がリッチ空燃比になったと判定するようにしている。
ステップ423ら425で最初のリッチ空燃比制御が完了してフラグXが1にセットされると、次の図4の操作ではフラグAFXの値が反転されステップ429のリーン空燃比制御が実行される。
図6はステップ429で実行されるリーン空燃比制御の詳細を示すフローチャートである。
図6のリーン空燃比制御では、まずステップ429−01でリーン空燃比制御時の目標空燃比AFLが、
AFL=AFST/(1−(C1/GA))……(1)
として算出される。
(1)式において、AFSTは理論空燃比、GAは機関吸入空気流量(重量流量)である。
前述したように、本実施形態ではリーン空燃比制御時には単位時間当りに触媒5に吸蔵される酸素量が流量にかかわらず一定値になるように排気空燃比AFLが設定される。
今、空燃比がAFL(リーン)であった場合、単位時間内に機関に供給される燃料量(重量)GLは、GL=GA/AFLで表される。
ところが、GLの量の燃料が完全燃焼して理論空燃比AFSTの排気を生成するために必要な空気量は、AFST×GLでしかない。すなわち、空燃比AFL、流量GAの排気には、理論空燃比の排気に対してGA−AFST×GLの流量の余剰の空気が含まれていることになる。これを酸素量に換算すると、余剰の酸素量はC0×(GA−AFST×GL)となる(C0は空気中の酸素濃度)。
触媒通過後、触媒の有するO2ストレージ機能により排気中の酸素が触媒に吸蔵されて排気空燃比は理論空燃比になるのであるから、触媒5には単位時間当りに上記余剰量の酸素C0×(GA−AFST×GL)が吸蔵される。
従って、吸気(排気)流量GAにかかわらず上記単位時間当りの触媒の酸素吸蔵量を一定にするためには、
(GA−AFST×GL)×C0=CONST(一定)
となる必要がある。
GL=GA/AFLの関係を用いて上記式を変形すると、
(GA−AFST×GA/AFL)=C1(一定値)となり、この式を更に変形すると、
AFL=AFST/(1−(C1/GA))……(1)
が得られる。
(1)式から判るように、リーン空燃比目標値AFLは排気流量GAが大きくなるほど理論空燃比AFSTに近づくようになる。
ステップ429−01では上記(1)式を用いてリーン空燃比制御時の目標空燃比AFLを算出する。
また、ステップ429−01で算出した目標空燃比はステップ429−03から429−11で上限値がLMAX、下限値がLMINの範囲を越えないように制限される。上限値LMAXは機関の運転に影響が生じない空燃比の上限値、下限値LMINはセリアで十分に酸素の吸蔵が行われ、触媒の酸素吸蔵作用が生じる範囲のリーン空燃比とされる。
なお、上記(1)式における定数C1(単位時間当りの酸素吸蔵量)、空燃比の上下限値LMAX、LMINは、触媒や機関の種類に応じて異なってくるため、実際の触媒と機関とを用いた実験により最適値を決定することが好ましい。
ステップ429−11では、ステップ429−01で算出された空燃比目標値AFLが上下限値の間にある場合には、ステップ429−01で算出した値が、算出されたAFLが上下限値の範囲を越える場合には上限値または下限値が実際の空燃比目標値AFTとして設定される。
そして、ステップ429−13では、既に図5の硫黄被毒回復操作が完了しているか否かが判定され、完了している場合にはステップ429−15で酸素吸蔵量カウンタOSLの値がカウントアップされる。
ステップ429−13で硫黄被毒回復操作が完了していない場合には、ステップ429−15はスキップしてステップ429−17に進む。
この場合には後述するように酸素吸蔵量の計測は行われない。すなわち、酸素吸蔵量(吸放出量)の計測は常に最初のリッチ空燃比制御(硫黄被毒回復操作)が完了した直後のリーン空燃比制御時から開始される。
次に、酸素吸蔵量カウンタOSLについて説明する。
カウンタOSLはリーン空燃比制御開始時から触媒に吸蔵された酸素量を表すカウンタである。
前述したように、触媒に流入する排気の流量がGA、機関の単位時間当りの燃料噴射量がGLとすると、触媒には単位時間当りにC0×(GA−AFST×GL)の量の酸素が吸蔵される(AFSTは理論空燃比、C0は空気中の酸素濃度)。従って図4(図6)の操作の実行間隔をΔtとすると、触媒の酸素吸蔵量OSLは図6の操作が実行される毎にΔOSL=Δt×C0×(GA−AFST×GLだけ増大する。
ステップ429−15では、上記式によりカウンタOSLの増分ΔOSLを算出し、OSLの値をΔOSLだけ増大する。なお、前述したように本実施形態ではΔOSLの値は略一定値になるように空燃比目標値AFLが設定されている。
上記によりカウンタOSLの値を増大後、ステップ429−17では、触媒5の下流側空燃比センサ31出力がリーン空燃比相当値OXLより小さくなったか否か、すなわち触媒通過後の排気空燃比がリーン側に反転したか否かが判断される。
ステップ429−17で触媒通過後の排気空燃比がリーン側に反転していた場合には、触媒は吸蔵可能な最大量まで酸素を吸蔵したことを意味する。
そこで、この場合にはステップ429−19で今回のリーン空燃比制御における触媒酸素吸蔵量OSLを前回までの計測値に積算して積算値ΣOSLを求め、ステップ429−21ではカウンタOSLをクリアするとともに、リーン空燃比計測回数カウンタNの値を1だけ増大し、ステップ429−25では今回の計測が終了したことを示すためにフラグXの値が1をセットする。これにより、次回に図4の操作が実行されると、ステップ429のリーン空燃比制御の代りにステップ427のリッチ空燃比制御が実行されるようになる。
また、ステップ429−17で排気空燃比がリーン側に反転していない場合には、ステップ427−19から427−25はスキップされ、フラグXの値は0に保持されるため、次回に図4の操作が行われた時にもリーン空燃比制御とカウンタOSLの増大とが継続される。
図7は図4ステップ427のリッチ空燃比制御操作の詳細を説明するフローチャートである。
図7のリッチ空燃比制御操作は、図6のリーン空燃比制御操作と同様な操作である。
ここで、ステップ427−01のAFRはリッチ空燃比制御時の目標空燃比を示す。この目標空燃比AFRは、リッチ空燃比制御中にO2ストレージ機能により触媒から放出される酸素量(すなわち、排気を理論空燃比にするために単位時間当り必要とされる酸素量が一定になるように設定され、前述の(1)式と同様な考え方で、
AFR=AFST/(1+(C2/GA))
として算出される(C2は定数)。
すなわち、リッチ空燃比AFRは流量GAが大きくなるほど理論空燃比AFSTに近づくように設定される。
また、ステップ427−03から427−07におけるRMAX、RMINは、それぞれAFRの上限値と下限値とを表し、RMAXはセリアから十分な酸素が放出され、触媒からの酸素放出作用が生じる範囲の空燃比に、RMINは機関が安定して運転可能な下限空燃比とされる。
なお、RMAX、RMINもLMAX、LMINと同様、実際の機関と触媒とを用いた実験で決定することが好ましい。
ステップ427−11のOSR及びΔOSRは、酸素放出量カウンタとその増分(図4の操作の実行間隔毎に触媒から放出される酸素量)を表す。
前述したように、この場合も本実施形態では、ΔOSRは一定になるようにリッチ空燃比目標値AFRが設定されている。
ステップ427−17から427−25では、触媒通過後の排気がリッチ空燃比側に反転(OXS>OXR)したか否かが判定され、反転した場合にはカウンタOSRの積算値ΣOSRが算出されるとともに、リッチ空燃比計測回数カウンタMの値がカウントアップされるのは図7の操作と同様である。
次に、図6、図7の操作で算出したΣOSL、ΣOSRを用いた触媒5の劣化程度の判定について説明する。
前述したように、本実施形態では図4のステップ403で所定の条件(計測完了条件)が成立した場合に、ステップ431の劣化判定が行われる。
ここで、ステップ403の計測完了条件とは、図6ステップ429−23でカウントアップされるカウンタNの値と、図7ステップ427−23でカウントアップされるカウンタMの値との両方が所定値N1に到達したことである。
すなわち、本実施形態では触媒の劣化判定はリーン空燃比とリッチ空燃比とで酸素級放出量を計測した回数が、それぞれ所定値N1に到達したときに行われる。このように、リッチ/リーン空燃比の交互供給を十分な回数行った後に触媒劣化判定を行うことにより、劣化判定結果に触媒劣化判定操作開始時の触媒の酸素吸蔵状態の影響が生じることが防止され、正確な触媒劣化判定が行われる。
図8はステップ431で実行される触媒劣化判定の詳細を説明するフローチャートである。
図8、ステップ431−1は劣化判定用O2ストレージ量OSCMAXの算出を示す。本実施形態では、N回のリーン空燃比制御で触媒に吸蔵された酸素量の合計ΣOSLから1回のリーン空燃比制御における酸素吸蔵量平均値(1/N)ΣOSLを求め、同様にして求めた1回のリッチ空燃比制御における酸素放出量平均値(1/M)ΣOSRとの平均値(1/2)((1/N)ΣOSL+(1/M)ΣOSR)をOSCMAXとして定義する。
そして、ステップ431−3では、上記により求めたOSCMAXが予め定めた基準値OSCREF以上か否かを判断する。
OSCMAX≧OSCREFである場合には、触媒の酸素の吸蔵および放出能力は十分に大きくO2ストレージ機能は低下していないと判断され、ステップ431−5では劣化フラグXFの値は0にセットされる。
一方、ステップ431−5でOSCMAX<OSCREFであった場合には触媒の酸素吸放出能力が低くなっておりO2ストレージ機能が低下していると判定されるため、ステップ431−7ではフラグXFの値は1にセットされる。
フラグXFの値が1(劣化)にセットされると、本実施形態では別途ECU30により実行される操作により、車両運転席に設置されたアラームランプが点灯され、運転者に触媒の劣化が報知される。
上記操作を終了後、ステップ431−9では、カウンタ積算値ΣOSL、ΣOSR、カウンタM、Nがクリアされ、次回の劣化判定に備えられる。
なお、図4の判定操作では、リーン空燃比制御時における触媒の酸素吸蔵量OSLとリッチ空燃比制御時における触媒の酸素放出量OSRとの両方を計測し、これらの平均値に基づいて触媒の劣化を判定しているが、OSLとOSRとの両方を用いる代りにOSLまたはOSRのいずれか一方のみを用いて触媒劣化を判定するようにすることも可能である。
上述したように、本実施形態では触媒を通過する排気流量に応じて触媒劣化判定時のリーン空燃比とリッチ空燃比排気の空燃比を、それぞれ流量が大きいほど理論空燃比に近づけるようにしたことにより、流量にかかわらず正確な劣化判定を行うことを可能としている。
本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。 触媒の酸素吸放出作用と排気流量との関係を説明する図である。 触媒の酸素吸放出作用と排気流量との関係を説明する図である。 触媒劣化判定操作を説明するフローチャートである。 図4の硫黄被毒回復操作の詳細を説明するフローチャートである。 図4のリーン空燃比制御の詳細を説明するフローチャートである。 図4のリッチ空燃比制御の詳細を説明するフローチャートである。 図4の触媒劣化判定ステップの詳細を説明するフローチャートである。
符号の説明
1 機関本体
3 排気通路
5 三元触媒
30 ECU(電子制御ユニット)
31 排気空燃比センサ

Claims (5)

  1. 排気浄化触媒にリーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とを交互に供給し、リーン空燃比排気の供給を開始してから触媒通過後の排気の空燃比がリーン空燃比に変化するまでの変化時間、またはリッチ空燃比排気の供給を開始してから触媒通過後の排気の空燃比がリッチ空燃比に変化するまでの変化時間、の少なくとも一方に基づいて触媒の劣化程度を判定する触媒劣化検出方法において、
    前記触媒に供給する排気流量が多い場合には、少ない場合に比べて、前記触媒に交互に供給するリーン空燃比とリッチ空燃比の排気の空燃比を、理論空燃比に近づけるようにしたことを特徴とする、触媒劣化検出方法。
  2. 請求項1に記載の触媒劣化検出方法において、前記触媒劣化程度の判定時には、前記空燃比変化時間に基づいて触媒の酸素吸蔵量を推定し、推定した酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化程度を判定するとともに、前記触媒にリーン空燃比とリッチ空燃比の排気を交互に供給する際に、リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の空燃比を、リーン空燃比排気供給時に単位時間当りに触媒に吸蔵される排気中の酸素量と、リッチ空燃比排気供給時に単位時間当りに触媒から排気中に放出される酸素量とが排気流量にかかわらずそれぞれ一定値になるように設定することを特徴とする触媒劣化検出方法。
  3. 請求項1に記載の触媒劣化検出方法において、前記リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の交互供給を開始後、最初のリッチ空燃比の排気の供給が終った後に、前記空燃比変化時間に基づく触媒劣化程度の判定を開始することを特徴とする触媒劣化検出方法。
  4. 請求項3に記載の触媒劣化検出方法において、前記リーン空燃比とリッチ空燃比の排気の交互供給時の前記最初のリッチ空燃比排気供給時の排気空燃比は、2回目以降のリッチ空燃比排気供給時の排気空燃比より低く設定することを特徴とする触媒劣化検出方法。
  5. 請求項1に記載の劣化検出方法において、前記触媒劣化程度の判定時には、前記空燃比変化時間に基づいて触媒の酸素吸蔵量を推定し、推定した酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化を判定するとともに、前記触媒にリーン空燃比とリッチ空燃比の排気を交互に供給する際に、前記リーン空燃比の排気の空燃比下限値と前記リッチ空燃比の排気の空燃比上限値とを、それぞれ触媒の酸素吸放出作用が生じる空燃比範囲内に設定したことを特徴とする、触媒劣化検出方法。
JP2005307409A 2005-10-21 2005-10-21 触媒劣化検出方法 Expired - Fee Related JP4513714B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005307409A JP4513714B2 (ja) 2005-10-21 2005-10-21 触媒劣化検出方法
US11/583,726 US7861514B2 (en) 2005-10-21 2006-10-20 Method and device for detecting deterioration of catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005307409A JP4513714B2 (ja) 2005-10-21 2005-10-21 触媒劣化検出方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007113528A true JP2007113528A (ja) 2007-05-10
JP4513714B2 JP4513714B2 (ja) 2010-07-28

Family

ID=37984036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005307409A Expired - Fee Related JP4513714B2 (ja) 2005-10-21 2005-10-21 触媒劣化検出方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7861514B2 (ja)
JP (1) JP4513714B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009013945A (ja) * 2007-07-09 2009-01-22 Nippon Soken Inc 内燃機関の触媒劣化判定システム
JP2009097474A (ja) * 2007-10-18 2009-05-07 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2011089424A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Toyota Motor Corp 触媒異常診断装置
JP2013100821A (ja) * 2013-01-18 2013-05-23 Nissan Motor Co Ltd 触媒の劣化診断装置
JP2015086836A (ja) * 2013-11-01 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2021176671A1 (ja) * 2020-03-05 2021-09-10 本田技研工業株式会社 触媒劣化診断装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4938532B2 (ja) * 2007-04-09 2012-05-23 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
US8613219B2 (en) * 2010-04-23 2013-12-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Catalyst abnormality diagnosis apparatus
US8683856B2 (en) * 2010-04-23 2014-04-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Catalyst abnormality diagnosis apparatus
JP5062307B2 (ja) * 2010-08-06 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化検出装置
US9188072B2 (en) * 2010-09-24 2015-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine
ES2488404T3 (es) 2011-03-07 2014-08-27 Eads Construcciones Aeronáuticas, S.A. Sistema de evacuación de flujo para un motor de aeronave
JP5767024B2 (ja) * 2011-06-01 2015-08-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US9695731B2 (en) * 2011-06-24 2017-07-04 Ford Global Technologies, Llc System and methods for controlling air fuel ratio
JP6287939B2 (ja) * 2015-04-13 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08338231A (ja) * 1995-06-09 1996-12-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒劣化判別装置
JP2004044450A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Toyota Motor Corp 触媒劣化判定方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4092743B2 (ja) 1996-07-05 2008-05-28 マツダ株式会社 エンジンの触媒劣化検出方法およびその装置
JP3675282B2 (ja) 2000-02-23 2005-07-27 日産自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
DE102004043917A1 (de) * 2003-09-11 2005-05-19 Denso Corp., Kariya Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensorüberwachungseinrichtung, Luft-Kraftstoffverhältnis-Messeinrichtung und Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08338231A (ja) * 1995-06-09 1996-12-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒劣化判別装置
JP2004044450A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Toyota Motor Corp 触媒劣化判定方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009013945A (ja) * 2007-07-09 2009-01-22 Nippon Soken Inc 内燃機関の触媒劣化判定システム
JP2009097474A (ja) * 2007-10-18 2009-05-07 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2011089424A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Toyota Motor Corp 触媒異常診断装置
JP2013100821A (ja) * 2013-01-18 2013-05-23 Nissan Motor Co Ltd 触媒の劣化診断装置
JP2015086836A (ja) * 2013-11-01 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2021176671A1 (ja) * 2020-03-05 2021-09-10 本田技研工業株式会社 触媒劣化診断装置
JP7372440B2 (ja) 2020-03-05 2023-10-31 本田技研工業株式会社 触媒劣化診断装置

Also Published As

Publication number Publication date
US7861514B2 (en) 2011-01-04
US20070089398A1 (en) 2007-04-26
JP4513714B2 (ja) 2010-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4513714B2 (ja) 触媒劣化検出方法
EP0903478B1 (en) An exhaust gas purification device for an internal combustion engine
JP6237460B2 (ja) 内燃機関の異常診断装置
JP3744483B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
EP0971104B1 (en) An exhaust gas purification device for an internal combustion engine
JP4729518B2 (ja) NOx触媒の劣化診断装置
EP3056702B1 (en) Deterioration diagnosis device for an exhaust gas purification apparatus
US20140250993A1 (en) Catalyst-degradation detection device
CN113027580B (zh) 催化剂劣化检测装置
US9677490B2 (en) Abnormality diagnosis system of internal combustion engine
JP2008175173A (ja) 空燃比制御装置
JP4186259B2 (ja) 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2000027677A (ja) 希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置
JP4636273B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3552603B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4789016B2 (ja) NOx触媒の劣化診断装置
JP2009138605A (ja) NOx触媒の劣化診断装置
JP3478135B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3460530B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP6809004B2 (ja) 内燃機関
JP2009046994A (ja) NOx触媒の劣化診断装置
JP6156278B2 (ja) 内燃機関の制御装置
CN113027579B (zh) 催化剂劣化检测装置
JP3637642B2 (ja) 内燃機関の空燃比制御装置
JP2007303361A (ja) 内燃機関の排気浄化システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070514

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091208

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100420

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100503

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4513714

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130521

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130521

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees