JP2017129037A - NOx吸蔵還元型触媒の異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、NSR触媒の異常診断を正確、且つ速やかに行うことができる技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、NSR触媒のNOX吸蔵量がクライテリア触媒の破過開始量以上となる状態における流入NOX濃度及び流出NOX濃度からNSR触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行う異常診断装置において、NSR触媒のNOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、NSR触媒を通過する排気流量がより少ない状態における流入NOX濃度及び流出NOX濃度から、NSR触媒のNOX吸蔵率を演算し、そのNOX吸蔵率に基づいて前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する。【選択図】図5
Description
本発明は、排気浄化装置の異常を診断する技術に関し、特にNOX吸蔵還元型触媒(NSR(NOX Storage Reduction)触媒)の異常を診断する技術に関する。
希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置として、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のNOXを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵していたNOXを脱離させつつ還元するNSR触媒が知られている。このような排気浄化装置の劣化や故障等の異常を診断する技術としては、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和する際のNOX吸蔵量(以下、「飽和吸蔵量」と称する)を求め、その飽和吸蔵量が所定の閾値より小さければ、排気浄化装置が異常であると診断する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、近年では、大気中に排出されるNOX量の規制強化に伴って、NSR触媒のNOX吸蔵容量の余裕代を拡大させる傾向がある。そのため、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和するまでに要する時間が長くなってきている。よって、従来の異常診断方法によると、NSR触媒の飽和吸蔵量を検出する機会が少なくなるため、NSR触媒の異常を速やかに検出することが難しくなる可能性がある。
これに対し、NSR触媒のNOX吸蔵量が正常と異常との境界にあるクライテリア触媒の破過開始量以上となる状態において、NSR触媒へ流入する排気のNOX濃度とNSR触媒から流出する排気のNOX濃度とから、NSR触媒のNOX吸蔵率(NSR触媒へ流入するNOX量に対して、NSR触媒に吸蔵されるNOX量の割合)を求め、そのNOX吸蔵率が所定の閾値未満であれば、NSR触媒が異常であると診断する方法が考えられる。このような方法によれば、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和する前にNSR触媒の異常診断を行うことができるため、NSR触媒の飽和吸蔵量に基づいて異常診断を行う方法に比べ、異常診断を行う機会が多くなり、それに伴ってNSR触媒の異常を速やかに検出することができる。
しかしながら、NSR触媒のNOX吸蔵量が比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多いときは、たとえNSR触媒が正常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が小さくなりやすい。そのため、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率との差が出にくくなる。一方、NSR触媒のNOX吸蔵量が比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少ないときは、たとえNSR触媒が異常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が大きくなりやすい。そのため、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率との差が出にくくなる。したがって、上記したような条件下におけるNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断が実行されると、NSR触媒の異常診断を精度良く行うことが困難になる可能性がある。
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、NSR触媒
の異常診断を行う異常診断装置において、NSR触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる技術の提供にある。
の異常診断を行う異常診断装置において、NSR触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる技術の提供にある。
本発明は、上記した課題を解決するために、NSR触媒のNOX吸蔵量が正常と異常との境界にあるクライテリア触媒の破過開始量以上となり、且つNSR触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量開始量である上限NOX吸蔵量未満となる状態におけるNOX吸蔵率に基づいて、NSR触媒の異常診断を実行する異常診断装置において、NSR触媒のNOX吸蔵量が多い場合は少ない場合に比べ、NSR触媒を通過する排気流量がより少ない状態におけるNOX吸蔵率に基づいて、NSR触媒の異常診断を実行するようにした。
詳細には、本発明は、排気通路に配置され、流入する排気に含まれるNOxを吸蔵する機能と吸蔵されたNOXを還元する機能を具備するNOX吸蔵還元型触媒と、前記NOX吸蔵還元型触媒より下流の前記排気通路に配置され、前記NOX吸蔵還元型触媒から流出する排気のNOX濃度である流出NOX濃度を検出するNOxセンサと、を備える希薄燃焼運転可能な内燃機関に適用される、NOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置である。この異常診断装置は、前記NOX吸蔵還元型触媒を通過する排気流量を取得する第一取得手段と、前記NOX吸蔵還元型触媒へ流入する排気のNOX濃度である流入NOX濃度を取得する第二取得手段と、前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度に基づいて、前記NOX吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOxの量であるNOX吸蔵量を演算する演算手段と、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が、クライテリア触媒のNOX吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となり、且つ前記NOX吸蔵還元型触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量である上限NOX吸蔵量未満となる状態における、前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度に基づいて、前記NOX吸蔵還元型触媒へ流入するNOX量に対して前記NOX吸蔵還元型触媒に吸蔵されるNOX量の割合であるNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいて前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する診断手段と、を備える。そして、前記診断手段は、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から、前記NOX吸蔵還元型触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいて前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する。
なお、ここでいう「クライテリア触媒」は、正常と異常との境界状態にあるときのNOX吸蔵還元型触媒(NSR触媒)に相当する。また、ここでいう「NOX吸蔵能力が破過する」とは、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和していない状態であって、且つNSR触媒へ流入するNOXの一部がNSR触媒に吸蔵されずに、該NSR触媒をすり抜ける状態であり、例えば、NOX吸蔵率が所定のNOX吸蔵率(0%より大きいNOX吸蔵率であって、NSR触媒へ流入したNOXの全てがNSR触媒に吸蔵されるとはいえないNOX吸蔵率)以下となる状態をいう。言い換えると、「NOX吸蔵能力が破過する」とは、NOX流入量に対してNSR触媒をすり抜けるNOX量の割合(以下、「NOXスリップ率」と称する)が所定の割合(100%より小さい割合であって、NSR触媒へ流入したNOXの全てがNSR触媒に吸蔵されるとはいえない割合)以上となる状態である。そのため、ここでいう「破過開始量」は、クライテリア触媒の飽和吸蔵量より少ない量であって、NSR触媒へ流入するNOXの一部がNSR触媒に吸蔵されずに、該NSR触媒をすり抜け始めるときのNOX吸蔵量(例えば、前記NOX吸蔵率が前記所定のNOX吸蔵率に低下したときのNOX吸蔵量、言い換えると、前記NOXスリップ率が前記所定の割合に達するときのNOX吸蔵量)に相当する。
NSR触媒は、内燃機関が希薄燃焼運転されることで、該NSR触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比となっているときに、その排気に含まれるNOXを吸蔵する。その際、NSR触媒のNOX吸蔵量が比較的少なければ、NSR触媒のNOX吸蔵能力に余裕があるため、排気に含まれるNOXの略全てがNSR触媒に吸蔵される(前記NOXスリップ率が前記所定の割合未満となる)。その結果、NSR触媒をすり抜けるNOX量が極少量になる。その後、前記NOX吸蔵量がNSR触媒の破過開始量以上に増加すると、NSR触媒へ流入するNOXの一部がNSR触媒に吸蔵されずに該NSR触媒をすり抜けるようになる(前記NOXスリップ率が前記所定の割合以上となる)。その際、NSR触媒をすり抜けるNOX量は、前記NOX吸蔵量の増加に伴って、徐々に増加する。そして、前記NOX吸蔵量が飽和吸蔵量に達すると、NSR触媒へ流入するNOXの略全てがNSR触媒に吸蔵されずにNSR触媒をすり抜けるようになる。
ここで、NSR触媒のNOX吸蔵能力が破過し始めるときのNOX吸蔵量(破過開始量)は、NSR触媒が正常である場合に比べ、NSR触媒が異常である場合(NSR触媒の劣化や故障が発生している場合)の方が少なくなる。このような特性に着目すると、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つNSR触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量(上限NOX吸蔵量)未満となる状態におけるNSR触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行う方法が考えられる。このような方法によれば、NSR触媒のNOX吸蔵量が飽和吸蔵量より少ない状態におけるNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行うことができる。その結果、NSR触媒の飽和吸蔵量に基づいてNSR触媒の異常診断を行う方法に比べ、異常診断を行う機会が多くなるため、NSR触媒の異常を速やかに検出することができる。
ところで、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つ前記上限NOX吸蔵量未満となる状態であっても、そのNOX吸蔵量が比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多ければ、たとえNSR触媒が正常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が小さくなりやすい。その結果、NOX吸蔵量が比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多くなる条件下において、NSR触媒が異常である場合におけるNOX吸蔵率とNSR触媒が正常である場合におけるNOX吸蔵率との間に差が出にくくなる。また、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つ前記上限NOX吸蔵量未満の状態にあっても、そのNOX吸蔵量が比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少なければ、たとえNSR触媒が異常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が大きくなりやすい。その結果、NOX吸蔵量が比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少なくなる条件下においても、NSR触媒が異常である場合におけるNOX吸蔵率とNSR触媒が正常である場合におけるNOX吸蔵率との間に差が出にくくなる。
そこで、本願発明者らが鋭意の実行及び検証を行った結果、クライテリア触媒の破過開始量以上であって、且つ前記上限NOX吸蔵量未満となるNOX吸蔵量の範囲(以下、「診断用吸蔵量範囲」と称する)の各NOX吸蔵量において、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差(以下、「NOX吸蔵率差分」と称する)がピークを示す排気流量は、NOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、より少ない排気流量になる、という知見を得た。したがって、前記診断用吸蔵量範囲においては、NSR触媒のNOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、NSR触媒を通過する排気流量がより少ない状態において、前記NOX吸蔵率差分が大きくなりやすいといえる。よって、本発明のNOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置によれば、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、該NOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記N
OXセンサにより検出される流出NOX濃度から、前記NSR触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行うことになるため、NSR触媒の異常を正確に検出することが可能になる。
OXセンサにより検出される流出NOX濃度から、前記NSR触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行うことになるため、NSR触媒の異常を正確に検出することが可能になる。
ここで、前記診断用吸蔵量範囲には、前記クライテリア触媒の前記破過開始量を含む第1吸蔵量範囲と、該第1吸蔵量範囲より多い第2吸蔵量範囲と、該第2吸蔵量範囲より多い第3吸蔵量範囲とが含まれ、前記診断手段は、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が前記第2吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NSR触媒の異常診断を実行せず、且つ前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が前記第1吸蔵量範囲又は前記第3吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行するようにしてもよい。前述したように、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、NOX吸蔵率差分がピークを示す排気流量は、NOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、より少ない排気流量となる。つまり、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記クライテリア触媒の破過開始量以上である場合において、NOX吸蔵率差分がピークを示す排気流量は、NOX吸蔵量が多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。ただし、本願発明者らは、NOX吸蔵量が比較的少ない場合(第1吸蔵量範囲に属する場合)、及びNOX吸蔵量が比較的多い場合(第3吸蔵量範囲に属する場合)におけるNOX吸蔵率差分のピークは、その絶対量が比較的大きくなるが、NOX吸蔵量が中間の量である場合(第2吸蔵量範囲に属する場合)におけるNOX吸蔵率差分のピークは、その絶対量が比較的小さくなりやすいことも見出した。そこで、NSR触媒のNOX吸蔵量が第2吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NSR触媒の異常診断を実行せず、且つNSR触媒のNOX吸蔵量が第1吸蔵量範囲又は第3吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行するようにすれば、異常診断の精度をより一層高めることができる。なお、前記第2吸蔵量範囲は、該範囲におけるNOX吸蔵率差分が、NSR触媒の異常に起因するものか、又はNSR触媒のNOX吸蔵率を求める際に使用されるNOXセンサの測定値等に含まれる誤差に起因するものかを区別することが困難になると考えられる範囲である。
本発明によれば、NSR触媒の異常診断を行うNOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置において、NSR触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
<実施形態1>
先ず、本発明の第1の実施形態について、図1乃至図5に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、車両に搭載される内燃機関であって、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼して運転(希薄燃焼運転)することができる火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。なお、内燃機関1は、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
先ず、本発明の第1の実施形態について、図1乃至図5に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、車両に搭載される内燃機関であって、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼して運転(希薄燃焼運転)することができる火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。なお、内燃機関1は、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
内燃機関1は、気筒へ燃料を供給するための燃料噴射弁2を備えている。燃料噴射弁2は、各気筒の吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよく、又は各気筒内へ燃料を噴射するものであってもよい。
内燃機関1には、気筒内で燃焼されたガス(排気)を流通させるための排気管3が接続されている。排気管3の途中には、第一触媒ケーシング4が配置されている。第一触媒ケーシング4は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属(白金(Pt)、パラジウム(Pd)等)と、コート層に担持されるセリア(CeO2)等の助触媒と、から構成される三元触媒を収容する。
前記第一触媒ケーシング4より下流の排気管3には、NOX吸蔵還元型触媒(NSR触媒)を収容する第二触媒ケーシング5が配置されている。第二触媒ケーシング5は、例えば、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属(白金(Pt)、パラジウム(Pd)等)と、コート層に担持されるセリア(CeO2)等の助触媒と、コート層に担持されるNOX吸蔵材(アルカリ類、アルカリ土類等)と、を収容する。
このように構成された内燃機関1には、ECU(Electronic Control Unit)6が併設
される。ECU6は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される電子制御ユニットである。ECU6は、第一NOXセンサ7、第二NOXセンサ8、排気温度センサ9、アクセルポジションセンサ10、クランクポジションセンサ11、及びエアフローメータ12等の各種センサと電気的に接続されている。
される。ECU6は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される電子制御ユニットである。ECU6は、第一NOXセンサ7、第二NOXセンサ8、排気温度センサ9、アクセルポジションセンサ10、クランクポジションセンサ11、及びエアフローメータ12等の各種センサと電気的に接続されている。
第一NOXセンサ7は、第一触媒ケーシング4と第二触媒ケーシング5との間の排気管3に取り付けられ、第二触媒ケーシング5のNSR触媒へ流入する排気に含まれるNOXの濃度に相関する電気信号を出力する。第二NOXセンサ8は、第二触媒ケーシング5より下流の排気管3に取り付けられ、第二触媒ケーシング5のNSR触媒から流出する排気に含まれるNOXの濃度に相関する電気信号を出力する。この第二NOXセンサ8は、本発明に係わる「NOXセンサ」に相当する。排気温度センサ9は、第二触媒ケーシング5より下流の排気管3に取り付けられ、第二触媒ケーシング5のNSR触媒から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。
また、アクセルポジションセンサ10は、アクセルペダルに取り付けられ、該アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ11は、内燃機関1に取り付けられ、機関出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相
関する電気信号を出力する。エアフローメータ12は、内燃機関1の吸気管(図示せず)に取り付けられ、吸気管内を流れる新気(空気)の量(質量)に相関する電気信号を出力する。
関する電気信号を出力する。エアフローメータ12は、内燃機関1の吸気管(図示せず)に取り付けられ、吸気管内を流れる新気(空気)の量(質量)に相関する電気信号を出力する。
ECU6は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関1の運転状態を制御する。例えば、ECU6は、アクセルポジションセンサ10の出力信号(アクセル開度)に基づいて演算される機関負荷とクランクポジションセンサ11の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とに基づいて混合気の目標空燃比を演算する。ECU6は、目標空燃比とエアフローメータ12の出力信号(吸入空気量)とに基づいて目標燃料噴射量(燃料噴射期間)を演算し、その目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁2を作動させる。その際、ECU6は、内燃機関1の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。また、ECU6は、内燃機関1の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。このように、内燃機関1の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域(以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する)に属するときに、目標空燃比がリーン空燃比に設定されることで、内燃機関1が希薄燃焼運転されると、燃料消費量を少なく抑えることができる。
また、ECU6は、内燃機関1の運転状態が前記リーン運転領域にあるときに、NOX再生処理を適宜に実行する。NOX再生処理は、排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素や一酸化炭素の濃度が高くなるように、燃料噴射量や吸入空気量を調整する処理(所謂リッチスパイク処理)である。第二触媒ケーシング5に収容されるNSR触媒は、内燃機関1が希薄燃焼運転されているとき(第二触媒ケーシング5へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるとき)に、排気中のNOXを吸蔵する。なお、ここでいう「吸蔵」は、NSR触媒が排気中のNOXを化学的に吸蔵する態様、及び物理的に吸着する態様を含むものとする。また、第二触媒ケーシング5のNSR触媒は、第二触媒ケーシング5へ流入する排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が排気に含まれるとき(排気の空燃比がリッチ空燃比であるとき)に、該NSR触媒に吸蔵されていたNOXを脱離させつつ、脱離したNOXを窒素(N2)やアンモニア(NH3)に還元させる。そのため、NOX再生処理が実行されると、前記NSR触媒のNOX吸蔵能力が再生されることになる。
そこで、ECU6は、前記NSR触媒に吸蔵されているNOXの量(NOX吸蔵量)が一定量以上になったとき、前回のNOX再生処理終了時からの運転時間(好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された状態の運転時間)が一定時間以上になったとき、又は前回のNOX再生処理終了時からの車両の走行距離(好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された状態の走行距離)が一定距離以上になったときに、NOX再生処理を実行することで、前記NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和することを抑制しつつ、大気中へ排出されるNOXの量を低減する。
なお、NOX再生処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁2の目標燃料噴射量を増加させる処理と吸気絞り弁(スロットル弁)の開度を減少させる処理の少なくとも一方を実行することで、内燃機関1で燃焼に供される混合気の空燃比をリッチ空燃比へ低下させる方法を用いることができる。また、燃料噴射弁2が気筒内に直接燃料を噴射する構成においては、気筒の排気行程中に燃料噴射弁2から燃料を噴射させる方法により、NOX再生処理が実行されてもよい。
ところで、第二触媒ケーシング5のNSR触媒に劣化や故障等による異常が発生すると、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときに、第二触媒ケーシング5へ流入したNOXのうち、NSR触媒に吸蔵されないNOXの量が増加し、それに伴って大気中へ排出され
るNOXの量も増加する可能性がある。そのため、第二触媒ケーシング5のNSR触媒が異常である場合は、該NSR触媒の異常を速やかに検出して、車両の運転者に修理を促したり、内燃機関1の希薄燃焼運転を禁止したりする必要がある。以下では、第二触媒ケーシング5に収容されるNSR触媒の異常を診断する方法について述べる。
るNOXの量も増加する可能性がある。そのため、第二触媒ケーシング5のNSR触媒が異常である場合は、該NSR触媒の異常を速やかに検出して、車両の運転者に修理を促したり、内燃機関1の希薄燃焼運転を禁止したりする必要がある。以下では、第二触媒ケーシング5に収容されるNSR触媒の異常を診断する方法について述べる。
図2は、NOX再生処理終了後の希薄燃焼運転期間において、希薄燃焼運転が開始された時点からのNOX流入量の積算値(以下、「総NOX流入量」と称する)ΣAnoxinと、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxと、第二触媒ケーシング5から流出する排気のNOX濃度(流出NOX濃度)Cnoxとの経時変化を示すタイミングチャートである。なお、図2は、NOX再生処理終了後に直ちに希薄燃焼運転が開始された場合を示している。また、図2中の実線はNSR触媒が正常である場合の経時変化を示しており、図2中の一点鎖線はNSR触媒が異常である場合の経時変化を示している。
NSR触媒のNOX再生処理が終了されて希薄燃焼運転が開始されると(図2中のt0)、総NOX流入量ΣAnoxinが増加し始め、それに伴ってNSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxも増加し始める。そして、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが比較的少ない状態にあるときは、第二触媒ケーシング5へ流入するNOXの略全てがNSR触媒に吸蔵される。そのため、第二触媒ケーシング5へ流入するNOX量に対してNSR触媒に吸蔵されるNOX量の割合(NOX吸蔵率)が極めて高い割合で安定する。その結果、第二触媒ケーシング5から流出する排気のNOX濃度Cnoxが極めて低くなる。その後、総NOX流入量ΣAnoxinの増加に伴ってNSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxがある程度多くなると(図2中のt1、t1’)、NSR触媒のNOX吸蔵能力が破過するため、第二触媒ケーシング5へ流入するNOXの一部がNSR触媒に吸蔵されずに第二触媒ケーシング5の下流へすり抜けるようになる。その結果、前記NOXスリップ率が徐々に増加し始め、それに伴って第二触媒ケーシング5から流出する排気のNOX濃度Cnoxも徐々に増加し始める。また、総NOX流入量ΣAnoxinが更に増加して、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが飽和吸蔵量Stmax、Stmax’に達すると(図2中のt2、t2’)、第二触媒ケーシング5へ流入するNOXの略全てがNSR触媒をすり抜けるようになる。そのため、第二触媒ケーシング5から流出する排気のNOX濃度Cnoxが第二触媒ケーシング5へ流入する排気のNOX濃度と同等になる。
ここで、NSR触媒が異常である場合の飽和吸蔵量Stmax’は、NSR触媒が正常である場合の飽和吸蔵量Stmaxより少なくなる。そのため、NSR触媒の飽和吸蔵量に基づいて、NSR触媒の異常を診断することができる。しかしながら、近年では、NSR触媒のNOX吸蔵容量の余裕代を拡大させる傾向にあるため、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和するまでに要する時間が長くなってきている。そのため、NSR触媒の飽和吸蔵量を検出する機会が減少する可能性がある。その結果、NSR触媒の異常を速やかに検出することができない可能性がある。
これに対し、本実施形態では、図2中のt1、t1’におけるNOX吸蔵量(第二触媒ケーシング5へ流入するNOXの一部がNSR触媒をすり抜け始めるときのNOX吸蔵量、言い換えるとNOXスリップ率(NSR触媒へ流入するNOX量に対してNSR触媒をすり抜けるNOX量の割合)が所定の割合(100%より小さい割合であって、第二触媒ケーシング5へ流入したNOXの全てがNSR触媒に吸蔵されるとはいえない割合)に達するときのNOX吸蔵量)である破過開始量Bdp、Bdp’に着目した。NSR触媒が異常である場合の破過開始量Bdp’は、NSR触媒が正常である場合の破過開始量Bdpより少なくなる。そのため、図2中のt1’からt1までの期間において、第二触媒ケーシング5から流出する排気のNOX濃度Cnoxは、NSR触媒が正常である場合より異常である場合の方が大きくなる。これは、NSR触媒が異常である場合は正常である場合に比べ、前記t1’からt1までの期間におけるNSR触媒のNOX吸蔵率(NSR触
媒へ流入するNOX量に対してNSR触媒に吸蔵されるNOX量の割合)が小さくなるためである。
媒へ流入するNOX量に対してNSR触媒に吸蔵されるNOX量の割合)が小さくなるためである。
そこで、本実施形態においては、クライテリア触媒(正常と異常との境界の状態にあるNSR触媒に相当)の破過開始量である基準破過開始量(図2中のBdps)と、NSR触媒が新品相当の状態(例えば、排出ガス規制及び該排出ガス規制に対する適合マージンを考慮した好適なNOX浄化能力を発揮し得る状態)にあるときの破過開始量である上限NOX吸蔵量Bdpmaxと、を予め実験的に求めておき、NOX吸蔵量Stnoxが前記基準破過開始量Bdps以上であって、且つ上限NOX吸蔵量Bdpmax未満であるときのNSR触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいてNSR触媒の異常診断を行うようにした。その場合のNOX吸蔵率は、以下の式(2)に従って演算することができる。
Efnox=(Anoxin−Anoxout)/Anoxin・・・(2)
上記した式(2)において、EfnoxはNOX吸蔵率である。また、上記した式(2)におけるAnoxinはNOX流入量であり、AnoxoutはNOX流出量である。上記した式(2)の演算に使用されるNOX流入量Anoxinは、第一NOXセンサ7の測定値(流入NOX濃度)と排気流量(吸入空気量と燃料噴射量の総和)とを乗算することにより求められるものとする。なお、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときの流入NOX濃度は、内燃機関1から排出されるNOXの量(内燃機関1において混合気が燃焼する際に発生するNOXの量)に相関する。そして、内燃機関1から排出されるNOXの量は、混合気に含まれる酸素の量と、混合気に含まれる燃料の量と、燃料噴射時期と、機関回転速度とに相関する。よって、これらの相関に基づいて、流入NOX濃度が演算されてもよい。その際、上記した相関からNOX流入量Anoxinが直接求められてもよい。なお、ECU6が第一NOXセンサ7の測定値を読み込み、又は内燃機関1の運転状態から流入NOX濃度を推定することにより、本発明に係わる「第二取得手段」が実現される。また、上記した式(2)の演算に使用されるNOX流出量Anoxoutは、第二NOXセンサ8の測定値(流出NOX濃度)と排気流量とを乗算することにより求められるものとする。
Efnox=(Anoxin−Anoxout)/Anoxin・・・(2)
上記した式(2)において、EfnoxはNOX吸蔵率である。また、上記した式(2)におけるAnoxinはNOX流入量であり、AnoxoutはNOX流出量である。上記した式(2)の演算に使用されるNOX流入量Anoxinは、第一NOXセンサ7の測定値(流入NOX濃度)と排気流量(吸入空気量と燃料噴射量の総和)とを乗算することにより求められるものとする。なお、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときの流入NOX濃度は、内燃機関1から排出されるNOXの量(内燃機関1において混合気が燃焼する際に発生するNOXの量)に相関する。そして、内燃機関1から排出されるNOXの量は、混合気に含まれる酸素の量と、混合気に含まれる燃料の量と、燃料噴射時期と、機関回転速度とに相関する。よって、これらの相関に基づいて、流入NOX濃度が演算されてもよい。その際、上記した相関からNOX流入量Anoxinが直接求められてもよい。なお、ECU6が第一NOXセンサ7の測定値を読み込み、又は内燃機関1の運転状態から流入NOX濃度を推定することにより、本発明に係わる「第二取得手段」が実現される。また、上記した式(2)の演算に使用されるNOX流出量Anoxoutは、第二NOXセンサ8の測定値(流出NOX濃度)と排気流量とを乗算することにより求められるものとする。
ここで、NOX吸蔵量Stnoxが前記基準破過開始量Bdps以上、且つ前記上限NOX吸蔵量Bdpmax未満であるときに、NSR触媒が正常であれば、該NSR触媒の吸蔵能が未だ破過していない状態になると考えられる。そのため、上記の式(2)に従って演算されるNOX吸蔵率Efnoxは、クライテリア触媒のNOX吸蔵率以上になると予想される。一方、NOX吸蔵量Stnoxが前記基準破過開始量Bdps以上、且つ前記上限NOX吸蔵量Bdpmax未満であるときに、NSR触媒が異常であれば、該NSR触媒の吸蔵能が破過している状態になると考えられる。そのため、上記の式(2)に従って演算されるNOX吸蔵率Efnoxは、クライテリア触媒のNOX吸蔵率より小さくなると予想される。
上記した傾向に鑑みると、NOX吸蔵量Stnoxが前記基準破過開始量Bdps以上、且つ前記上限NOX吸蔵量Bdpmax未満の範囲(診断用吸蔵量範囲)であるときのNOX吸蔵率Efnoxを、クライテリア触媒のNOX吸蔵率と比較することで、NSR触媒の異常を診断することができると考えられる。このような方法によれば、NSR触媒のNOX吸蔵能力が飽和する前にNSR触媒の異常診断を行うことができるため、NSR触媒の飽和吸蔵量に基づいて異常診断を行う方法に比べ、NSR触媒の異常診断を行う機会が多くなり、それに伴ってNSR触媒の異常を速やかに検出することができる。
しかしながら、NOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲に属している場合であっても、NOX吸蔵量Stnoxが比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多いときは、たとえNSR触媒が正常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が小
さくなりやすい。そのため、NOX吸蔵量Stnoxが比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多くなる条件の下では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率と、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい。また、NOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲に属している場合であっても、NOX吸蔵量Stnoxが比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少ないときは、たとえNSR触媒が異常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が大きくなりやすい。そのため、NOX吸蔵量Stnoxが比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少なくなる条件の下では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率と、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい。上記したように、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい条件の下でNSR触媒の異常診断が実行されると、NOX吸蔵率を求める際に利用されるセンサ(第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8等)の測定値に含まれる誤差等に起因して、NSR触媒の異常を精度良く診断することが困難になる可能性がある。そこで、本実施形態では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が大きくなる条件の下で、NSR触媒の異常診断を行うことで、診断精度を高めるようにした。
さくなりやすい。そのため、NOX吸蔵量Stnoxが比較的多く、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的多くなる条件の下では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率と、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい。また、NOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲に属している場合であっても、NOX吸蔵量Stnoxが比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少ないときは、たとえNSR触媒が異常であっても、該NSR触媒のNOX吸蔵率が大きくなりやすい。そのため、NOX吸蔵量Stnoxが比較的少なく、且つNSR触媒を通過する排気流量が比較的少なくなる条件の下では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率と、NSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい。上記したように、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が小さくなりやすい条件の下でNSR触媒の異常診断が実行されると、NOX吸蔵率を求める際に利用されるセンサ(第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8等)の測定値に含まれる誤差等に起因して、NSR触媒の異常を精度良く診断することが困難になる可能性がある。そこで、本実施形態では、NSR触媒が正常である場合のNOX吸蔵率とNSR触媒が異常である場合のNOX吸蔵率との差が大きくなる条件の下で、NSR触媒の異常診断を行うことで、診断精度を高めるようにした。
ここで、NOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲に属する場合において、NSR触媒の正常な状態におけるNOX吸蔵率とNSR触媒の異常な状態におけるNOX吸蔵率との差(NOX吸蔵率差分)ΔEfnox、及びNSR触媒を通過する排気流量の相関を図3に示す。図3中の(A)は、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量であるときの相関を示す。図3中の(B)は、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときの相関を示す。また、図3中の(C)は、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量であるときの相関を示す。
先ず、図3中の(A)に示すように、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量である場合(例えば、基準破過開始量Bdps近傍の量である場合)は、排気流量が少ないときよりも多いときに、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが大きくなる。また、図3中の(B)に示すように、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量である場合は、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量である場合に比べ、排気流量がより少ないときに、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが大きくなる。さらに、図3中の(C)に示すように、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量である場合(例えば、上限NOX吸蔵量Bdpmax近傍の量である場合)は、NSR触媒のNOX吸蔵量が前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量である場合に比べ、排気流量がより少ないときに、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが大きくなる。つまり、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxがピークを示すときの排気流量は、NOX吸蔵量Stnoxが多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。よって、NSR触媒のNOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、排気流量がより少ない状態におけるNOX吸蔵率Efnoxに基づいて、NSR触媒の異常診断を行えば、精度の高い診断を行うことができる。
そこで、本実施形態では、図4に示すように、前記診断用吸蔵量範囲の各NOX吸蔵量Stnoxにおいて、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の範囲を、予め実験的に求めおくようにした。図4中のfruは、各NOX吸蔵量Stnoxにおいて、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の上限値(以下、「上限流量」と記す)である。また、図4中のfulは、各NOX吸蔵量Stnoxにおいて、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが診断精度を確保できる程度に大きくなる排気流量の下限値(以下、「下限流量」と称する)である。これらの上限流量fruと下限流量frlとは、NOX吸蔵量Stnoxが多くなる
ほど、より少ない排気流量となるように定められる。そして、図4に示すような、排気流量の範囲とNOX吸蔵量Stnoxとの関係は、マップ又は関数式の形態でECU6のROMに記憶させておくものとする。NSR触媒の異常診断を行う場合は、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxを引数として、図4のマップ又は関数式へアクセスして、上限流量fru及び下限流量frlを導出する。そして、排気流量が前記上限流量fruと前記下限流量frlとによって定まる範囲に属するときのNOX吸蔵率Efnoxを求め、そのNOX吸蔵率Efnoxが所定の閾値Thr未満であれば、NSR触媒が異常であると診断するようにした。ここでいう「所定の閾値」は、クライテリア触媒のNOX吸蔵率であってもよいが、NSR触媒の異常をより確実に検出するという観点に立つと、クライテリア触媒のNOX吸蔵率に所定のマージンを加算した値に設定されることが望ましい。そして、「所定のマージン」は、NSR触媒のNOX浄化性能がクライテリア触媒のNOX浄化性能より低いときに、該NSR触媒のNOX吸蔵率Efnoxが前記所定の閾値以上とならないように定められるものとする。
ほど、より少ない排気流量となるように定められる。そして、図4に示すような、排気流量の範囲とNOX吸蔵量Stnoxとの関係は、マップ又は関数式の形態でECU6のROMに記憶させておくものとする。NSR触媒の異常診断を行う場合は、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxを引数として、図4のマップ又は関数式へアクセスして、上限流量fru及び下限流量frlを導出する。そして、排気流量が前記上限流量fruと前記下限流量frlとによって定まる範囲に属するときのNOX吸蔵率Efnoxを求め、そのNOX吸蔵率Efnoxが所定の閾値Thr未満であれば、NSR触媒が異常であると診断するようにした。ここでいう「所定の閾値」は、クライテリア触媒のNOX吸蔵率であってもよいが、NSR触媒の異常をより確実に検出するという観点に立つと、クライテリア触媒のNOX吸蔵率に所定のマージンを加算した値に設定されることが望ましい。そして、「所定のマージン」は、NSR触媒のNOX浄化性能がクライテリア触媒のNOX浄化性能より低いときに、該NSR触媒のNOX吸蔵率Efnoxが前記所定の閾値以上とならないように定められるものとする。
なお、NSR触媒の異常診断に使用されるNOX吸蔵率Efnoxは、上記した式(2)に従って演算される瞬時値であってもよく、又は複数の瞬時値の平均値であってもよい。また、NSR触媒の異常診断に用いられるNOX吸蔵率Efnoxは、所定期間におけるNOX流入量Anoxinの積算値ΣAnoxin’とNOX流出量の積算値ΣAnoxout’とから演算されてもよい。ここでいう「所定期間」は、NOX吸蔵率Efnoxの演算精度を確保するために必要な期間であり、例えば、前記積算値ΣAnoxin’が所定量に達する時点までに要する期間である。その際の所定量は、第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じると想定した場合に、NOX吸蔵率Efnoxを精度良く求めるために必要な量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。このような方法によってNOX吸蔵率Efnoxを求める場合は、以下の式(3)に従ってNOX吸蔵率Efnoxを演算すればよい。
Efnox=(ΣAnoxin’−ΣAnoxout’)/ΣAnoxin’・・・(3)
Efnox=(ΣAnoxin’−ΣAnoxout’)/ΣAnoxin’・・・(3)
上記した式(3)に従って演算されるNOX吸蔵率Efnoxを用いてNSR触媒の異常診断を行う場合は、クライテリア触媒のNOX吸蔵率も予め上記した式(3)に従って求めておき、そのNOX吸蔵率に所定のマージンを加算することで所定の閾値を求めておくものとする。その場合の所定のマージンは、NSR触媒のNOX浄化性能がクライテリア触媒のNOX浄化性能より低いときに、上記の式(3)に従って演算されるNOX吸蔵率Efnoxが前記所定の閾値以上とならないように定められるものとする。このような方法によってNSR触媒の異常診断が行われると、第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じた場合であっても、NSR触媒の異常をより確実に検出することが可能となる。
以下、本実施形態においてNSR触媒の異常診断を実行する手順について図5に沿って説明する。図5は、NSR触媒の異常診断が行われる際に、ECU6によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めECU6のROMに記憶されており、所定のタイミングで繰り返し実行される。
図5の処理ルーチンでは、ECU6は、先ずS101の処理において、診断条件が成立しているか否かを判別する。ここでいう「診断条件」は、例えば、NSR触媒が活性状態にあり、且つ第一NOXセンサ7及び第二NOXセンサ8が活性状態にあることである。S101の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S102の処理へ進む。
S102の処理では、ECU6は、内燃機関1の運転条件が前述のリーン運転領域に属
しているか否か(混合気の目標空燃比がリーン空燃比であるか否か)を判別する。S102の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S103の処理へ進む。
しているか否か(混合気の目標空燃比がリーン空燃比であるか否か)を判別する。S102の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S103の処理へ進む。
S103の処理では、ECU6は、NOX吸蔵量Stnoxを読み込む。ここで、NOX吸蔵量Stnoxは、別途演算されてバックアップRAM等に記憶されているものとする。NOX吸蔵量Stnoxは、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときにNSR触媒に吸蔵されるNOX量(NOX流入量AnoxinとNOX流出量Anoxoutとの差)を積算することで求められる。ただし、前述したNOX再生処理のように、NSR触媒のNOX吸蔵能力を再生させることを目的としたリッチスパイク処理が実行されると、NSR触媒に吸蔵されているNOXが還元されて、NOX吸蔵量Stnoxが減少することになる。よって、リッチスパイク処理が実行された際には、第二NOXセンサ8が排気中のNOXに加え、NOXが還元されることで生成されるNH3にも反応する特性を利用して、NSR触媒で還元されたNOXの量を求め、そのNOX還元量をNOX吸蔵量Stnoxから減算すればよい。このような方法に従って、ECU6がNOX吸蔵量Stnoxを演算することにより、本発明に係わる「演算手段」が実現される。
S104の処理では、ECU6は、前記S103の処理で読み込まれたNOX吸蔵量Stnoxが前記基準破過開始量Bdps以上、且つ前記上限NOX吸蔵量Bdpmax未満であるか否かを判別する。すなわち、ECU6は、前記S103の処理で読み込まれたNOX吸蔵量Stnoxが前述の診断用吸蔵量範囲に属しているか否かを判別する。S104の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S105の処理へ進む。
S105の処理では、ECU6は、前記S103の処理で読み込まれたNOX吸蔵量Stnoxを引数として、前述した図4のマップ又は関数式にアクセスして、上限流量fruと下限流量frlとを演算する。
S106の処理では、ECU6は、排気流量frを演算する。具体的には、ECU6は、エアフローメータ12の測定値(吸入空気量)と燃料噴射量とを加算することにより演算される。このようにしてECU6が排気流量frを求めることにより、本発明に係わる「第一取得手段」が実現される。
S107の処理では、ECU6は、前記S106の処理で算出された排気流量frが前記S105の処理で算出された上限流量fru以上、且つ下限流量frl以下の範囲に属しているか否かを判別する。S107の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S108へ進む。
S108の処理では、ECU6は、NOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲に属する状態において、排気流量frが前記下限流量frl以上、且つ前記上限流量fru以下となる条件が成立した時点から現時点までの期間におけるNOX流入量Anoxinの積算値(以下、「演算用NOX流入量」と称する)ΣAnoxin’と、NOX流出量Anoxoutの積算値(以下、「演算用NOX流出量」と称する)ΣAnoxout’とを演算する。詳細には、ECU6は、先ず、第一NOXセンサ7の測定値(流入NOX濃度)と前記S106の処理で算出された排気流量frとを乗算することにより、NOX流入量Anoxinを演算する。また、ECU6は、第二NOXセンサ8の測定値(流出NOX濃度)と前記S106の処理で算出された排気流量frとを乗算することにより、NOX流出量Anoxoutを演算する。次に、ECU6は、前記NOX流入量Anoxinを、該S108の処理の前回の実行時に算出された演算用NOX流入量に加算することで、演算用NOX流入量ΣAnoxin’を演算する。また、ECU6は、前記NOX流出量Anoxoutを、該S108の処理の前回の実行時に算出された演算用NOX流出量に加算することで、演算用NOX流出量ΣAnoxout’を演算する。
S109の処理では、ECU6は、前記S108の処理で算出された演算用NOX流入量ΣAnoxin’が所定量以上であるか否かを判別する。ここでいう所定量は、前述したように、第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値に外乱等の影響によるばらつきが生じると想定した場合に、NOX吸蔵率Efnoxを精度良く求めるために必要な量であり、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。その際、所定量は、前記基準破過開始量Bdpsと前記上限NOX吸蔵量Bdpmaxとの差より少ない量に定められるものとする。S109の処理において否定判定された場合は、ECU6は、S101の処理へ戻る。一方、S109の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S110の処理へ進む。
S110の処理では、ECU6は、前記S108の処理で算出された演算用NOX流入量ΣAnoxin’と演算用NOX流出量ΣAnoxout’とを、前述の式(3)に代入することにより、NOX吸蔵率Efnoxを演算する。
S111の処理では、ECU6は、前記S110の処理で算出されたNOX吸蔵率Efnoxが所定の閾値Thr以上であるか否かを判別する。ここでいう所定の閾値Thrは、前述したように、クライテリア触媒のNOX吸蔵率に所定のマージンを加算した値であり、その際の所定のマージンは、NSR触媒のNOX浄化性能がクライテリア触媒のNOX浄化性能より低いときに、そのNSR触媒のNOX吸蔵率Efnoxが前記所定の閾値以上とならないように定められる。このように所定の閾値Thrが定められると、NSR触媒のNOX浄化性能がクライテリア触媒より低い状態にある場合に、その状態のNSR触媒が正常であると誤診断されることが抑制され、NSR触媒の異常をより確実に検出することができる。
前記S111の処理において肯定判定された場合は、ECU6は、S112の処理へ進み、NSR触媒が正常であると診断する。一方、S111の処理において否定判定された場合は、ECU6は、S113の処理へ進み、NSR触媒が異常であると診断する。S113の処理では、ECU6は、車両の室内に設置された警告灯等を点灯させることで、車両の運転者に第二触媒ケーシング5の交換や修理を促してもよい。なお、ECU6が前記S104乃至前記S113の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。
ECU6は、S112又はS113の処理を実行した後に、S114の処理へ進む。S114の処理では、ECU6は、各種の演算値をリセットする。具体的には、ECU6は、演算用NOX流入量ΣAnoxin’、及び演算用NOX流出量ΣAnoxout’の値を零にリセットする。また、前記S101の処理、前記S102の処理、前記S104の処理、又は前記S107の処理において否定判定された場合も、ECU6は、S114の処理へ進み、上記した演算値をリセットする。
以上述べた手順に従ってNSR触媒の異常診断が行われると、NSR触媒の異常を正確、且つ速やかに検出することが可能になる。
<実施形態2>
次に、本発明の第2の実施形態について、図6乃至図7に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について、図6乃至図7に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
前述した第1の実施形態と本実施形態との相違点は、NSR触媒のNOX吸蔵量が診断用吸蔵量範囲の中間領域にあるときのNOX吸蔵率に基づくNSR触媒の異常診断を行わ
ない点にある。
ない点にある。
前述の図3の説明で述べたように、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxがピークを示すときの排気流量は、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが多くなるほど、より少ない排気流量へシフトする。なお、本願発明者らの知見によれば、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときは(図3中の(B))、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的少ない量であるとき(図3中の(A))や、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲のうちの比較的多い量であるとき(図3中の(C))に比べ、NOX吸蔵率差分ΔEfnoxの絶対量が小さくなりやすい。そのため、第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値に比較的大きな誤差が含まれている場合に、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記診断用吸蔵量範囲のうちの中間の量であるときのNOX吸蔵率に基づいて、NSR触媒の異常診断が行われると、NSR触媒の異常を精度良く診断することが困難になる可能性がある。
そこで、本実施形態においては、図6に示すように、前記診断用吸蔵量範囲を、前記基準破過開始量Bdpsを含む第1吸蔵量範囲(図6中のBdps以上、且つBdp1未満の範囲)と、該第1吸蔵量範囲より多い第2吸蔵量範囲(図6中のBdp1以上、且つBdp2以下の範囲)と、該第2吸蔵量範囲より多い第3吸蔵量範囲(図6中のBdp2より多く、且つBdpmax未満の範囲)とに分け、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが第2吸蔵量範囲に属するときのNOX吸蔵率に基づく、NSR触媒の異常診断を行われないようにした。ここでいう第2吸蔵量範囲は、第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値に比較的大きな誤差が含まれていると、NSR触媒の異常を精度良く診断することが困難になると考えられるNOX吸蔵量の範囲である。すなわち、第2吸蔵量範囲は、該範囲におけるNOX吸蔵率差分が、NSR触媒の異常に起因するものか、又はNSR触媒のNOX吸蔵率を求める際に使用される第一NOXセンサ7や第二NOXセンサ8の測定値等に含まれる誤差に起因するものかを区別することが困難になると考えられる範囲である。このような第2吸蔵量範囲は、予め実験等を利用した適合作業によって求めておくものとする。
以下、本実施形態において、NSR触媒の異常診断を実行する手順について、図7に沿って説明する。図7は、NSR触媒の異常診断が行われる際に、ECU6によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図7の処理ルーチンにおいて、前述した図5の処理ルーチンと同様の処理については同一の符合を付している。
前述した図5の処理ルーチンと図7の処理ルーチンとの差異は、S104の処理の代わりに、S201の処理が実行される点にある。すなわち、図7の処理ルーチンでは、ECU6は、S103の処理を実行した後に、S201の処理へ進み、前記S103の処理で読み込まれたNOX吸蔵量Stnoxが前記第1吸蔵量範囲、又は前記第3吸蔵量範囲に属しているか否かを判別する。詳細には、ECU6は、前記NOX吸蔵量Stnoxが前記第1吸蔵量範囲の下限値(基準破過開始量Bdps)以上、且つ前記第2吸蔵量範囲の下限値Bdp1未満の範囲、又は前記第2吸蔵量範囲の上限値Bdp2より多く、且つ前記上限NOX吸蔵量Bdpmax未満の範囲の何れか一方の範囲に属しているか否かを判別する。S201の処理において否定判定された場合は、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第2吸蔵量範囲に属していることになる。そのため、ECU6は、NOX吸蔵率Efnoxの演算、及びそのNOX吸蔵率Efnoxに基づくNSR触媒の異常診断を行わずに、S114の処理へ進む。一方、S201の処理において肯定判定された場合は、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第1吸蔵量範囲、又は前記第3吸蔵量範囲の何れか一方に属していることになるため、ECU6は、S105以降の処理において、NOX吸蔵率Efnoxの演算や、そのNOX吸蔵率Efnoxに基づくNSR触媒の
異常診断を行う。なお、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第1吸蔵量範囲に属している場合においては、S108の処理における所定量は、前記基準破過開始量Bdpsと前記第2吸蔵量範囲の下限値Bdp1との差より少ない量に設定されるものとする。一方、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第3吸蔵量範囲に属している場合においては、S108の処理における所定量は、前記第2吸蔵量範囲の上限値Bdp2と前記上限NOX吸蔵量Bdpmaxとの差より少ない量に設定されるものとする。
異常診断を行う。なお、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第1吸蔵量範囲に属している場合においては、S108の処理における所定量は、前記基準破過開始量Bdpsと前記第2吸蔵量範囲の下限値Bdp1との差より少ない量に設定されるものとする。一方、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第3吸蔵量範囲に属している場合においては、S108の処理における所定量は、前記第2吸蔵量範囲の上限値Bdp2と前記上限NOX吸蔵量Bdpmaxとの差より少ない量に設定されるものとする。
以上述べた手順によれば、前記診断用吸蔵量範囲のうち、前記NOX吸蔵率差分ΔEfnoxが小さくなりやすい第2吸蔵量範囲におけるNOX吸蔵率に基づくNSR触媒の異常診断が実行されなくなるため、より精度の高い異常診断を実行することが可能になる。なお、図7の処理ルーチンは、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第2吸蔵量範囲に属しているときに、NOX吸蔵率Efnoxの演算と、そのNOX吸蔵率Efnoxに基づくNSR触媒の異常診断との双方の処理を行わない例を示しているが、NSR触媒のNOX吸蔵量Stnoxが前記第2吸蔵量範囲に属している場合であっても、NOX吸蔵率Efnoxの演算が適宜行われてもよい。
<他の実施形態>
なお、本発明においてNSR触媒の異常診断に用いられるNOX吸蔵率Efnoxは、NOXスリップ率を用いて表すこともできる(Efnox(%)=100(%)−NOXスリップ率(%))。よって、NOX吸蔵率Efnoxの代わりにNOXスリップ率を用いて、NSR触媒の異常診断を行ってもよい。その場合、ECU6は、NSR触媒のNOXスリップ率が所定のNOXスリップ率(前記クライテリア触媒のNOXスリップ率、又は該NOXスリップ率から所定のマージンを減算した値)より大きければ、NSR触媒が異常であると診断し、NSR触媒のNOXスリップ率が前記所定のNOXスリップ率以下であれば、NSR触媒が正常であると診断すればよい。
なお、本発明においてNSR触媒の異常診断に用いられるNOX吸蔵率Efnoxは、NOXスリップ率を用いて表すこともできる(Efnox(%)=100(%)−NOXスリップ率(%))。よって、NOX吸蔵率Efnoxの代わりにNOXスリップ率を用いて、NSR触媒の異常診断を行ってもよい。その場合、ECU6は、NSR触媒のNOXスリップ率が所定のNOXスリップ率(前記クライテリア触媒のNOXスリップ率、又は該NOXスリップ率から所定のマージンを減算した値)より大きければ、NSR触媒が異常であると診断し、NSR触媒のNOXスリップ率が前記所定のNOXスリップ率以下であれば、NSR触媒が正常であると診断すればよい。
1 内燃機関
2 燃料噴射弁
3 排気管
4 第一触媒ケーシング
5 第二触媒ケーシング
6 ECU
7 第一NOXセンサ
8 第二NOXセンサ
9 排気温度センサ
10 アクセルポジションセンサ
2 燃料噴射弁
3 排気管
4 第一触媒ケーシング
5 第二触媒ケーシング
6 ECU
7 第一NOXセンサ
8 第二NOXセンサ
9 排気温度センサ
10 アクセルポジションセンサ
Claims (2)
- 排気通路に配置され、流入する排気に含まれるNOxを吸蔵する機能と吸蔵されたNOXを還元する機能を具備するNOX吸蔵還元型触媒と、
前記NOX吸蔵還元型触媒より下流の前記排気通路に配置され、前記NOX吸蔵還元型触媒から流出する排気のNOX濃度である流出NOX濃度を検出するNOXセンサと、
を備える希薄燃焼運転可能な内燃機関に適用される、NOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置であって、
前記異常診断装置は、
前記NOX吸蔵還元型触媒を通過する排気流量を取得する第一取得手段と、
前記NOX吸蔵還元型触媒へ流入する排気のNOX濃度である流入NOX濃度を取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度に基づいて、前記NOX吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOxの量であるNOX吸蔵量を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が、クライテリア触媒のNOX吸蔵能力が破過し始める量である破過開始量以上となり、且つ前記NOX吸蔵還元型触媒が新品相当の状態にあるときの破過開始量である上限NOX吸蔵量未満となる状態における、前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度に基づいて、前記NOX吸蔵還元型触媒へ流入するNOX量に対して前記NOX吸蔵還元型触媒に吸蔵されるNOX量の割合であるNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいて前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する診断手段と、
を備え、
前記診断手段は、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、前記第一取得手段により取得される排気流量がより少ない状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から、前記NOX吸蔵還元型触媒のNOX吸蔵率を求め、そのNOX吸蔵率に基づいて前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する、
NOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置。 - 前記クライテリア触媒の前記破過開始量以上なり、且つ前記上限NOX吸蔵量未満となるNOX吸蔵量の範囲には、前記クライテリア触媒の前記破過開始量を含む第1吸蔵量範囲と、該第1吸蔵量範囲より多い第2吸蔵量範囲と、該第2吸蔵量範囲より多い第3吸蔵量範囲とが含まれ、
前記診断手段は、前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が前記第2吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行せず、且つ前記演算手段により演算されるNOX吸蔵量が前記第1吸蔵量範囲又は前記第3吸蔵量範囲に属している状態において前記第二取得手段により取得される流入NOX濃度及び前記NOXセンサにより検出される流出NOX濃度から求められるNOX吸蔵率に基づく前記NOX吸蔵還元型触媒の異常診断を実行する、
請求項1に記載のNOX吸蔵還元型触媒の異常診断装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016007807A JP2017129037A (ja) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | NOx吸蔵還元型触媒の異常診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016007807A JP2017129037A (ja) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | NOx吸蔵還元型触媒の異常診断装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017129037A true JP2017129037A (ja) | 2017-07-27 |
Family
ID=59394506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016007807A Pending JP2017129037A (ja) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | NOx吸蔵還元型触媒の異常診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017129037A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020089167A (ja) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | 株式会社デンソー | 車両用動力伝達装置 |
JP2023521021A (ja) * | 2020-04-02 | 2023-05-23 | ジャガー・ランド・ローバー・リミテッド | 希薄運転ハイブリッドガソリンエンジン |
-
2016
- 2016-01-19 JP JP2016007807A patent/JP2017129037A/ja active Pending
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