JP2008008158A - 触媒劣化検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置される触媒の劣化検出装置において、酸素センサの出力に基づいて、触媒の下流に流出する排気ガスが、酸素過多の状態となる最大酸素吸蔵状態と、酸素不足の状態となる最小酸素吸蔵状態を検出する。また、最大酸素吸蔵状態が検出された後最小酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素放出期間中、内燃機関の目標空燃比を、リッチ目標空燃比に制御し、最小酸素吸蔵状態が検出された後最大酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素吸蔵期間中、内燃機関の目標空燃比を、リーン目標空燃比に制御する。そして、酸素放出期間に前記触媒から放出される酸素量あるいは酸素吸蔵期間に触媒に吸蔵される酸素量を、酸素吸蔵量として検出し、酸素吸蔵量に応じて、触媒の劣化を判定する。また、この装置は、触媒劣化検出の制御を行う場合に、酸素センサの出力検出時の条件の違いにより、酸素放出期間あるいは酸素吸蔵期間に生じるずれを補正する酸素吸蔵量検出条件を設定する。
【選択図】図7
Description
内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の下流側に配置される酸素センサと、
前記酸素センサの出力に基づいて、前記触媒の下流に流出する排気ガスが、酸素過多の状態となる最大酸素吸蔵状態を検出する最大酸素吸蔵状態検出手段と、
前記酸素センサの出力に基づいて、前記触媒の下流に流出する排気ガスが、酸素不足の状態となる最小酸素吸蔵状態を検出する最小酸素吸蔵状態検出手段と、
前記最大酸素吸蔵状態が検出された後前記最小酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素放出期間中、前記内燃機関の目標空燃比を、リッチ目標空燃比に制御するリッチ空燃比制御手段と、
前記最小酸素吸蔵状態が検出された後前記最大酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素吸蔵期間中、前記内燃機関の目標空燃比を、リーン目標空燃比に制御するリーン空燃比制御手段と、
前記酸素放出期間に前記触媒から放出される酸素量、あるいは前記酸素吸蔵期間に前記触媒に吸蔵される酸素量を、酸素吸蔵量として検出する酸素吸蔵量検出手段と、
前記酸素吸蔵量に応じて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
前記酸素センサの出力検出時の条件の違いにより、前記酸素放出期間あるいは前記酸素吸蔵期間に生じるずれを補正する酸素吸蔵量検出条件を設定する酸素吸蔵量検出条件設定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記酸素放出期間又は前記酸素吸蔵期間において、前記内燃機関の空燃比を、前記リッチ目標空燃比又は前記リーン目標空燃比に制御する際、現在の空燃比から前記リッチ目標空燃比又は前記リーン目標空燃比に、空燃比を変化させるまでの間の空燃比変化量を、前記吸入空気量に応じて演算する変化量演算手段と、
前記酸素放出期間において、現在の目標空燃比から前記空燃比変化量を減じたリッチ空燃比が、前記リッチ目標空燃比より大きいか否かを判別するリッチ空燃比判別手段と、
前記リッチ空燃比が、前記リッチ目標空燃比より大きいと判別された場合に、目標空燃比を前記リッチ空燃比に設定するリッチ空燃比設定手段と、
前記酸素吸蔵期間において、現在の目標空燃比に前記空燃比変化量を加えたリーン空燃比が、前記リーン目標空燃比より小さいか否かを判別するリーン空燃比判別手段と、
前記リーン空燃比が、前記リーン目標空燃比より小さいと判別された場合に、目標空燃比を前記リーン空燃比に設定するリーン空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記酸素センサの素子温を検出する素子温検出手段を備え、
前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記リッチ目標空燃比を、前記素子温に応じて設定するリッチ目標空燃比設定手段と、
前記リーン目標空燃比を、前記素子温に応じて設定するリーン目標空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記リッチ目標空燃比設定手段は、前記素子温が高くなると、理論空燃比と前記リッチ目標空燃比との差が大きくなるように、リッチ目標空燃比を設定し、
前記リーン目標空燃比設定手段は、前記素子温が高くなると、理論空燃比と前記リーン目標空燃比との差が大きくなるように、リーン目標空燃比を設定することを特徴とする。
前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記酸素放出期間中及び前記酸素吸蔵期間中に、前記酸素センサの素子温を、活性温度より高い基準温度となるように制御する素子温制御手段を備えることを特徴とする。
前記積算値が、基準値よりも小さいか否かを判別する積算値判別手段と、
前記積算値が、前記基準値よりも小さい場合に、前記リッチ目標空燃比から前記リーン目標空燃比への空燃比の制御の切り替え、又は前記リーン目標空燃比から前記リッチ目標空燃比への制御の切り替えを禁止する空燃比切替禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
前記積算値演算手段は、前記経過時間と前記吸入空気量とに応じて、前記積算値を設定することを特徴とする。
[実施の形態1のシステムの構成]
図1は、この発明の実施の形態1の触媒劣化検出装置を搭載する内燃機関10及びその周辺の構造を説明するための模式図である。図1において、内燃機関10には、吸気通路12及び排気通路14が連通している。吸気通路12は、上流側の端部にエアフィルタ16を備えている。エアフィルタ16には吸気温(すなわち外気温)を検出する吸気温センサ18が組み付けられている。エアフィルタ16の下流には、エアフロメータ20が配置されている。エアフロメータ20は、吸気通路を流れる吸入空気量Gaを検出するセンサである。エアフロメータ20の下流には、スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22近傍には、スロットルバルブ22の開度を検出するスロットルセンサ24が配置されている。スロットルセンサ24の下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁28が配置されている。
図1に示すシステムにおいて、内燃機関10から排出される排気ガスは、まず上流側触媒30で浄化される。そして、下流側触媒32では、上流側触媒30で浄化し切れなかった排気ガスの浄化処理が行われる。従って、常に適正な排気ガスの浄化能力を発揮させるためには、特に、上流側触媒30の劣化を速やかに検知することが必要となる。
ΔA/F=A/F−A/Fst ・・・・(1)
図4は、第1酸素センサ36の出力特性を説明するための図であり、第1酸素センサ36の検出対象となる排気ガスの空燃比がリッチからリーンに変化した場合の第1酸素センサ36の出力変化を模式的に表している。図4において横軸は時間、縦軸は第1酸素センサ36の出力を表している。また、実線(a)及び点線(b)は同じ濃度変化を示す排気ガスに対する出力結果であり、実線(a)は排気ガスの流量が多い場合、点線(b)は排気ガスの流量が少ない場合を表している。
図7は、実施の形態1の触媒劣化検出装置として、ECU40が実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図7に示すルーチンは、空燃比強制制御が実行される場合に行われる空燃比制御のためのルーチンであり、所定時間ごとに繰り返し実行される定時割り込みルーチンである。
リッチ空燃比A/FrefR=現在目標空燃比A/Fref−空燃比変化量ΔA/Fref ・・・(2)
リーン空燃比A/FrefL=現在目標空燃比A/Fref+空燃比変化量ΔA/Fref ・・・(3)
ステップS136あるいはステップS138において、目標空燃比A/Frefが設定されると、空燃比は設定された空燃比に制御される(ステップS118)。その後今回の処理が終了する。
実施の形態2の触媒劣化装置及びその周辺のシステム構成は、実施の形態1と同様の構成を有する(図1参照)。実施の形態2においても、触媒劣化装置としてのECU40は、上流側触媒30の酸素吸蔵容量を検出することで、上流側触媒30の劣化を検知する。すなわち、実施の形態1と同様に空燃比強制制御を行い、その間に触媒の酸素吸蔵容量を検出して、酸素吸蔵容量に基づいて触媒の劣化を判定する。
実施の形態3の触媒劣化装置及びこの装置が搭載されたシステム周辺の構成は、実施の形態1のものと同様の構成を有している(図1参照)。実施の形態3の装置は、実施の形態1、2と同様に空燃比をリッチ又はリーンに切り替える空燃比強制制御を行い、最大又は最小酸素吸蔵状態のそれぞれにおける酸素吸蔵積算量O2SUMmax、O2SUMmin検出して酸素吸蔵容量OSCを求め、酸素吸蔵容量OSCに基づいて上流側触媒30の劣化判定を行う。この際、実施の形態3の装置は、空燃比強制制御におけるリーン又はリッチ目標空燃比A/Flean、A/Frichを予め定められた固定値とする点、及び、空燃比強制制御下で酸素吸蔵容量を検出する間センサ素子温を所定の高温に維持する点を除き、実施の形態2の装置と同様の制御を行う。
実施の形態4の触媒劣化装置及びこの装置が配置される周辺システム構成は、実施の形態1のシステムと同様である(図1参照)。実施の形態4の装置も、実施の形態1と同様に、空燃比をリーンとリッチとに強制的に切り替える空燃比強制制御下で、上流側触媒30の酸素吸蔵容量を演算し、酸素吸蔵容量により上流側触媒の劣化を判定する。実施の形態4のシステムは、特に、酸素吸蔵積算量の積算期間に下限のガード値を設ける点に特徴を有する。
カウンタ積算値COUNTsum=前回カウンタ積算値COUNTsum+カウンタ値COUNT
・・(4)
12 吸気通路
14 排気通路
16 エアフィルタ
18 吸気温センサ
20 エアフロメータ
22 スロットルバルブ
24 スロットルセンサ
28 燃料噴射弁
30 上流側触媒
32 下流側触媒
34 空燃比センサ
36 第1酸素センサ
38 第2酸素センサ
40 ECU
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の下流側に配置される酸素センサと、
前記酸素センサの出力に基づいて、前記触媒の下流に流出する排気ガスが、酸素過多の状態となる最大酸素吸蔵状態を検出する最大酸素吸蔵状態検出手段と、
前記酸素センサの出力に基づいて、前記触媒の下流に流出する排気ガスが、酸素不足の状態となる最小酸素吸蔵状態を検出する最小酸素吸蔵状態検出手段と、
前記最大酸素吸蔵状態が検出された後前記最小酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素放出期間中、前記内燃機関の目標空燃比を、リッチ目標空燃比に制御するリッチ空燃比制御手段と、
前記最小酸素吸蔵状態が検出された後前記最大酸素吸蔵状態が検出されるまでの酸素吸蔵期間中、前記内燃機関の目標空燃比を、リーン目標空燃比に制御するリーン空燃比制御手段と、
前記酸素放出期間に前記触媒から放出される酸素量、あるいは前記酸素吸蔵期間に前記触媒に吸蔵される酸素量を、酸素吸蔵量として検出する酸素吸蔵量検出手段と、
前記酸素吸蔵量に応じて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
前記酸素センサの出力検出時の条件の違いにより、前記酸素放出期間あるいは前記酸素吸蔵期間に生じるずれを補正する酸素吸蔵量検出条件を設定する酸素吸蔵量検出条件設定手段と、
を備えることを特徴とする触媒劣化検出装置。 - 前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記酸素放出期間又は前記酸素吸蔵期間において、前記内燃機関の空燃比を、前記リッチ目標空燃比又は前記リーン目標空燃比に制御する際、現在の空燃比から前記リッチ目標空燃比又は前記リーン目標空燃比に、空燃比を変化させるまでの間の空燃比変化量を、前記吸入空気量に応じて演算する変化量演算手段と、
前記酸素放出期間において、現在の目標空燃比から前記空燃比変化量を減じたリッチ空燃比が、前記リッチ目標空燃比より大きいか否かを判別するリッチ空燃比判別手段と、
前記リッチ空燃比が、前記リッチ目標空燃比より大きいと判別された場合に、目標空燃比を前記リッチ空燃比に設定するリッチ空燃比設定手段と、
前記酸素吸蔵期間において、現在の目標空燃比に前記空燃比変化量を加えたリーン空燃比が、前記リーン目標空燃比より小さいか否かを判別するリーン空燃比判別手段と、
前記リーン空燃比が、前記リーン目標空燃比より小さいと判別された場合に、目標空燃比を前記リーン空燃比に設定するリーン空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の触媒劣化検出装置。 - 前記酸素センサの素子温を検出する素子温検出手段を備え、
前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記リッチ目標空燃比を、前記素子温に応じて設定するリッチ目標空燃比設定手段と、
前記リーン目標空燃比を、前記素子温に応じて設定するリーン目標空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の触媒劣化検出装置。 - 前記リッチ目標空燃比設定手段は、前記素子温が高くなると、理論空燃比と前記リッチ目標空燃比との差が大きくなるように、リッチ目標空燃比を設定し、
前記リーン目標空燃比設定手段は、前記素子温が高くなると、理論空燃比と前記リーン目標空燃比との差が大きくなるように、リーン目標空燃比を設定することを特徴とする請求項3に記載の触媒劣化検出装置。 - 前記酸素吸蔵量検出条件設定手段は、
前記酸素放出期間中及び前記酸素吸蔵期間中に、前記酸素センサの素子温を、活性温度より高い基準温度となるように制御する素子温制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の触媒劣化検出装置。 - 前記基準温度は、700℃〜750℃であることを特徴とする請求項5に記載の触媒劣化検出装置。
- 前記酸素放出期間が開始されてからの経過時間に応じた積算値、あるいは、前記酸素吸蔵期間が開始されてからの経過時間に応じた積算値を演算する積算値演算手段と、
前記積算値が、基準値よりも小さいか否かを判別する積算値判別手段と、
前記積算値が、前記基準値よりも小さい場合に、前記リッチ目標空燃比から前記リーン目標空燃比への空燃比の制御の切り替え、又は前記リーン目標空燃比から前記リッチ目標空燃比への制御の切り替えを禁止する空燃比切替禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の触媒劣化検出装置。 - 前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
前記積算値演算手段は、前記経過時間と前記吸入空気量とに応じて、前記積算値を設定することを特徴とする請求項7に記載の触媒劣化検出装置。
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