JP2018119408A - 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1を含んで構成されるディーゼルエンジンシステム(以下、単にエンジンシステムとも称する)1000の概略構成を模式的に示す図である。
図2は、本実施の形態において使用するHCセンサ100の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図2(a)は、HCセンサ100の主たる構成要素であるセンサ素子101の長手方向に沿った垂直断面図である。また、図2(b)は、図2(a)のA−A’位置におけるセンサ素子101の長手方向に垂直な断面を含む図である。
続いて、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1による劣化診断の対象たる酸化触媒600の特性について説明する。
すなわち、変換率は、酸化触媒600の上流側から流入した未燃炭化水素ガスのうち、酸化触媒600から下流側へと流出しなかったものの比率を表す。変換率が高い酸化触媒600ほど、優れた触媒能を有しているということになる。
上述のように、酸化触媒600の使用を継続した結果として、所定のレベルを超えて変換率が低下してしまうと、酸化触媒600が本来意図された機能を発揮し得ないものとなる。例えば、エンジンシステム1000が自動車に搭載されるものであれば、当該自動車が環境基準を満たさなくなるなどの不具合が生じる。本実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1は、所定の基準に基づいて、Aged品たる酸化触媒600に問題となる程度(交換する必要がある、など)に劣化が生じているか否かを診断することで、エンジンシステム1000におけるAged品からFresh品への酸化触媒600の交換をタイムリーに行えるようにするものである。
続いて、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1において行う酸化触媒600の劣化の程度の診断の具体的な手法について説明する。係る診断手法は、Passive OBDとActive OBDとの2つに大別される。両者は、目的に応じて適宜に使い分けられ、あるいは、併用されるが、本実施の形態においては、Passive OBDを行うものとする。ただし、このことは、本実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1がActive OBDを実行できないということを意味するものではなく、酸化触媒診断システムDS1がActive OBDについても実行可能な態様であってもよい。
本実施の形態に係る酸化触媒診断システムDS1において行うPassive OBDによる診断の原理を、図5に基づいて説明する。これは、特許文献1に開示されているPassive OBDによる診断において、採用されているものである。なお、実際の診断に際しては、後述するように排ガスG中に存在する酸素の濃度変動を考慮する必要があるが、ここではいったん、酸素の濃度は一定であるとし、酸素の濃度変動の影響はないものとする。
上述のように、図5に基づいて説明したPassive OBDによる酸化触媒600の劣化診断の原理はあくまで、排ガスG中の酸素濃度が一定である場合を対象とした、いわば理想的な状態についてのものである。
上述のように、図5に示した原理によるPassive OBDでの劣化診断は、排ガスGにおける酸素濃度の変動の影響を受けやすい。本実施の形態においては、この点を鑑み、劣化診断を実行する際の排ガスGの酸素濃度を所定の条件を満たす場合に限定し、これによって、診断指標値たる下流側未燃炭化水素ガス濃度Nlの誤差範囲を抑制して、劣化診断の精度を確保するようにする。換言すれば、酸素濃度が所定の範囲内にあるときにのみ、HCセンサ100による劣化診断のための測定を行い、これによって得られる、誤差範囲の抑制された測定値に基づいて、劣化診断を行うようにする。係る場合において、排ガスGの酸素濃度は、酸素濃度特定用センサ120から出力される酸素検知信号sg13に基づいて特定される。
(条件b)酸素濃度が10%以上でかつ所定時間内の変動幅が所定値±2%以下の範囲内にある。
図10は、本実施の形態において行う、Passive OBDによる診断の手順の一例を示す図である。本実施の形態において行う、Passive OBDによる診断は、まず、エンジンシステム1000が動作している状況のもと、電子制御装置200が、上述した酸素濃度安定条件を含む、劣化診断実行条件の成立を確認することから始まる(ステップS0)。ここで、劣化診断実行条件とは、以下の3つの条件からなる。
第2条件:エンジン本体部300があらかじめ定めた運転状態であること(エンジン回転数・空気量・噴射量・噴射タイミング・EGRなどの運転条件が所定の条件範囲を満たすこと);
第3条件:酸素濃度安定条件が充足されること。
上述の実施の形態においては、排気管500内に配設された酸素濃度特定用センサ120を用いて酸素濃度を特定しているが、劣化診断を行うにあたって酸素濃度を特定する態様はこれに限られるものではない。
なお、AFstはディーゼルエンジンの場合14.5であり、ρO2標準大気圧下では21%である。
10 検知電極
20 基準電極
70 ヒータ部
100 炭化水素ガス(HC)センサ
101 センサ素子
110 温度センサ
120 酸素濃度特定用センサ
200 電子制御装置
300 エンジン本体部
301 燃料噴射弁
400 燃料噴射指示部
500 排気管
510 排気口
600 酸化触媒
700 浄化装置
1000 (ディーゼル)エンジンシステム
DS1 酸化触媒診断システム
Claims (10)
- 内燃機関の排気経路に設けられて前記内燃機関からの排ガスに含まれる炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスの少なくとも一方を含む対象ガスを酸化もしくは吸着する触媒の、劣化の程度を診断する方法であって、
所定の酸素濃度特定手段によって特定される、前記排ガスにおける酸素濃度が、15%〜20%の範囲内にあるか、10%以上でかつ所定時間内の変動幅が所定値±2%以下の範囲内にあるか否かを判定する酸素濃度判定工程と、
前記酸素濃度判定工程によって、前記排ガスにおける酸素濃度が、15%〜20%の範囲内にあるか、10%以上でかつ所定時間内の変動幅が所定値±2%以下の範囲内にあると判定された場合に、少なくとも前記排気経路の前記触媒よりも下流側に設けた、前記対象ガスを検知可能な対象ガス検知手段からの出力値を用いて算出される診断指標値と、前記触媒の温度に対応する閾値とを比較することにより、前記触媒に許容される程度を越えた劣化が生じているか否かを診断する診断工程と、
を備えることを特徴とする触媒劣化診断方法。 - 請求項1に記載の触媒劣化診断方法であって、
前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をNuとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をNlとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、
変換率(%)=100×(Nu−Nl)/Nu
なる算出式で定義される変換率を用いて表すものとする場合において、
前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、前記閾値が前記許容変換率範囲に基づいて定められており、
前記診断工程においては、前記触媒よりも下流側に設けた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて算出される前記Nlの値を前記診断指標値として、診断を行う、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。 - 請求項1に記載の触媒劣化診断方法であって、
前記対象ガス検知手段を前記排気経路の前記触媒よりも上流側と下流側にそれぞれ設けておくとともに、
前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をNuとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をNlとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、
変換率(%)=100×(Nu−Nl)/Nu
なる算出式で定義される変換率を用いて表すものとする場合において、
前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、前記許容変換率範囲の下限値が前記閾値として定められており、
前記診断工程においては、前記触媒よりも下流側に設けた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて前記Nlの値を算出するととともに、前記触媒よりも上流側に設けた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて前記Nuの値を算出し、前記Nlと前記Nuの算出値を前記算出式に代入することにより算出される前記変換率を前記診断指標値として、診断を行う、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の触媒劣化診断方法であって、
前記酸素濃度特定手段が、前記排気経路に設けられた、前記酸素を検知可能な酸素検知手段を有しており、
前記酸素濃度判定工程においては、前記酸素検知手段が前記排ガスにおける酸素濃度に応じて出力する検知信号に基づいて前記排ガスにおける酸素濃度を特定する、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の触媒劣化診断方法であって、
前記酸素濃度判定工程においては、前記内燃機関における吸入空気量に基づいて前記排ガスにおける酸素濃度を特定する、
ことを特徴とする触媒劣化診断方法。 - 内燃機関の排気経路に設けられて前記内燃機関からの排ガスに含まれる炭化水素ガスおよび一酸化炭素ガスの少なくとも一方を含む対象ガスを酸化もしくは吸着する触媒の、劣化の程度を診断する、触媒劣化診断システムであって、
前記排ガスにおける酸素濃度を特定可能な酸素濃度特定手段と、
少なくとも前記排気経路の前記触媒よりも下流側に設けられた、前記対象ガスを検知可能な対象ガス検知手段と、
前記触媒劣化診断システムを制御する制御手段と、
閾値データを記憶する記憶部と、
を備え、
前記触媒の劣化診断に用いる閾値を前記触媒の温度に応じて記述してなる閾値データが、あらかじめ定められたうえで前記記憶部に保持されてなり、
前記制御手段は、前記酸素濃度特定手段によって特定される、前記排ガスにおける酸素濃度が、15%〜20%の範囲内にあるか、10%以上でかつ所定時間内の変動幅が所定値±2%以下の範囲内にある場合に、前記対象ガス検知手段からの出力値を用いて算出される診断指標値と、前記閾値データに記述されてなる前記触媒の温度に対応する閾値とを比較することにより、前記触媒に許容される程度を越えた劣化が生じているか否かを診断する、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。 - 請求項6に記載の触媒劣化診断システムであって、
前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をNuとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をNlとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、
変換率(%)=100×(Nu−Nl)/Nu
なる算出式で定義される変換率を用いて表すものとする場合において、
前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、前記閾値が前記許容変換率範囲に基づいて定められており、
前記触媒よりも下流側に設けられた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて算出される前記Nlの値を前記診断指標値として診断を行う、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。 - 請求項6に記載の触媒劣化診断システムであって、
前記対象ガス検知手段が、前記排気経路の前記触媒よりも上流側と下流側にそれぞれ設けられており、
前記排気経路での前記触媒の上流側近傍における前記対象ガスの濃度をNuとし、前記排気経路での前記触媒の下流側近傍における前記対象ガスの濃度をNlとするときに、前記触媒において生じる酸化もしくは吸着の程度を、
変換率(%)=100×(Nu−Nl)/Nu
なる算出式で定義される変換率を用いて表すものとする場合において、
前記触媒において許容される前記変換率の範囲である許容変換率範囲があらかじめ前記触媒の取り得る温度に応じて定められてなるとともに、前記許容変換率範囲の下限値が前記閾値として定められており、
前記触媒よりも下流側に設けられた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて前記Nlの値を算出するととともに、前記触媒よりも上流側にさらに設けられた前記対象ガス検知手段の出力値に基づいて前記Nuの値を算出し、前記Nlと前記Nuの算出値を前記算出式に代入することにより算出される前記変換率を前記診断指標値として、診断を行う、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。 - 請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の触媒劣化診断システムであって、
前記排気経路に設けられた、前記酸素を検知可能な酸素検知手段、
をさらに備え、
前記酸素濃度特定手段は、前記酸素検知手段が前記排ガスにおける酸素濃度に応じて出力する検知信号に基づいて前記排ガスにおける酸素濃度を特定する、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。 - 請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の触媒劣化診断システムであって、
前記酸素濃度特定手段は、前記内燃機関における吸入空気量に基づいて前記排ガスにおける酸素濃度を特定する、
ことを特徴とする触媒劣化診断システム。
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