JP2019105187A - 触媒劣化検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に図1〜図15を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る触媒劣化検出装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図1に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。
排気通路に配置された上流側触媒20及び下流側触媒24は同様な構成を有する。触媒20、24は、酸素吸蔵能力を有する触媒であり、例えば三元触媒である。具体的には、触媒20、24は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する助触媒(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。
上流側空燃比センサ40及び下流側空燃比センサ41は同様な構成を有する。図3は、空燃比センサ40、41の概略的な断面図である。図3から分かるように、本実施形態では、空燃比センサ40、41は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが1つである1セル型の空燃比センサである。
次に、図4を参照して、空燃比センサ40、41の基本的な動作について説明する。図4は、空燃比センサ40、41の動作を概略的に示した図である。空燃比センサ40、41は、保護層55及び拡散律速層54の外周面が排気ガスに曝されるように排気通路に配置される。また、空燃比センサ40、41の基準ガス室58には大気が導入される。
図5は、電気回路70の具体例を示す。図示した例では、酸素電池特性により生じる起電力をE、固体電解質層51の内部抵抗をRi、電極52、53間の電位差をVs、電圧印加装置60によって空燃比センサ40、41に印加されるセンサ印加電圧をVrと表している。
E0=Vr+V0+IrR …(1)
ここで、V0は、E0が負の値とならないように印加されるオフセット電圧(例えば3V)であり、Rは、図5に示される抵抗の値である。
上述した原理の結果、空燃比センサ40、41は、図6に示したような電圧−電流(V−I)特性を有する。図6に示されるように、センサ印加電圧Vrが0以下及び0近傍の領域では、排気空燃比が一定である場合には、センサ印加電圧Vrが高くなるにつれて、出力電流Irが大きくなる。なお、センサ印加電圧Vrに比例して出力電流Irが変化する電圧領域は比例領域と称される。
以下、本発明の第一実施形態に係る触媒劣化検出装置について説明する。図10は、本発明の第一実施形態に係る触媒劣化検出装置を示すブロック図である。触媒劣化検出装置1は上流側触媒20の劣化を検出する。触媒劣化検出装置1は、下流側空燃比センサ41、電流検出装置61、電圧印加装置60、電圧制御部71、空燃比制御部72及び劣化判定部73を備える。本実施形態では、ECU31が、電圧制御部71、空燃比制御部72及び劣化判定部73として機能する。
劣化判定部73は上流側触媒20の劣化度合を判定する。本願の発明者は、鋭意検討の結果、下記の知見に基づいて燃料カット制御後のリッチ制御中に上流側触媒20の劣化度合を判定できることを見出した。
以下、図11及び図12を参照して、本実施形態における触媒の劣化検出について具体的に説明する。図11は、触媒の劣化検出を行うときの空燃比制御の種類、下流側空燃比センサ41の出力電流及び下流側空燃比センサ41への印加電圧のタイムチャートである。下流側空燃比センサ41の出力電流において、実線は劣化した上流側触媒20についてのデータを示し、一点鎖線は劣化していない上流側触媒20についてのデータを示す。この例では、上流側触媒20がリッチ側劣化特性を有することが予め分かっている。
以下、図13のフローチャートを参照して、本実施形態において上流側触媒20の劣化検出を行うための制御について詳細に説明する。図13は、本発明の第一実施形態における触媒劣化検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ECU31によって繰り返し実行される。
第二実施形態に係る触媒劣化検出装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る触媒劣化検出装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図16は、本発明の第二実施形態における触媒劣化検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ECU31によって繰り返し実行される。
5 燃焼室
20 上流側触媒
22 排気管
31 電子制御ユニット(ECU)
41 下流側空燃比センサ
60 電圧印加装置
61 電流検出装置
71 電圧制御部
72 空燃比制御部
73 劣化判定部
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
前記触媒の下流側に配置されると共に、前記触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力電流を検出する電流検出装置と、
前記空燃比センサに電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置を介して前記空燃比センサへの印加電圧を制御する電圧制御部と、
前記触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、
前記触媒の劣化度合を判定する劣化判定部と
を備え、
前記空燃比制御部は、所定の実行条件が成立しているときに前記内燃機関の燃焼室への燃料供給が停止される燃料カット制御を実行し、該燃料カット制御後に前記流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ制御を実行し、
前記電圧制御部は、前記リッチ制御中に前記印加電圧を限界電流領域内の第一電圧に設定しているときに前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比に達したと判定した場合に、前記印加電圧を前記第一電圧から限界電流領域内の第二電圧に変更し、
前記劣化判定部は、前記印加電圧が前記第二電圧に設定されているときに前記電流検出装置によって検出された前記空燃比センサの出力電流に基づいて、前記触媒の劣化度合を判定する、触媒劣化検出装置。 - 前記第一電圧は、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに前記空燃比センサの出力電流がゼロになる電圧であり、前記電圧制御部は、前記空燃比センサの出力電流がゼロとなったときに前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比に達したと判定する、請求項1に記載の触媒劣化検出装置。
- 前記劣化判定部は、前記リッチ制御中に前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比に達したと判定されたときからの経過時間が基準時間に達し且つ前記印加電圧が前記第二電圧に設定されているときに前記電流検出装置によって検出された前記空燃比センサの出力電流に基づいて、前記触媒の劣化度合を判定し、前記基準時間は100ms以上1秒以下である、請求項1又は2に記載の触媒劣化検出装置。
- 前記触媒の表面上における空燃比が理論空燃比近傍にされているときの未燃ガスの浄化率の変動量がNOxの浄化率の変動量よりも大きくなる劣化特性を前記触媒が有する場合、前記劣化判定部は、前記電流検出装置によって検出された前記空燃比センサの出力電流が小さいほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の触媒劣化検出装置。
- 前記触媒の表面上における空燃比が理論空燃比近傍にされているときのNOxの浄化率の変動量が未燃ガスの浄化率の変動量よりも大きくなる劣化特性を前記触媒が有する場合、前記劣化判定部は、前記電流検出装置によって検出された前記空燃比センサの出力電流が大きいほど、前記触媒の劣化度合が大きいと判定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の触媒劣化検出装置。
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