JP3761335B2 - 触媒劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる有害物質を浄化する触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガス中には、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOｘ)などの物質(排気エミッション)が含まれている。そこで、排気ガスの排気通路上に触媒を配置し、これらの物質を酸化あるいは還元させて浄化している。これらの触媒の劣化が進行すると、触媒の浄化能力が低下するため、触媒の劣化を検出するべく、種々の検討が行われて実際に実施されている。このような触媒劣化検出装置としては、特開平9-32535号公報に記載のものなどが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の環境保護に対する認識の向上に伴って、排気エミッションの更なる低減が望まれるようになってきている。このため、発明者は、触媒本来の酸化・還元機能と共に触媒の炭化水素吸着機能にも注目し、排気エミッションの更なる低減を検討している。そこで、触媒の炭化水素吸着機能の劣化を検出することのできる検出装置が望まれている。しかし、上述した特開平9-32535号公報に記載の従来の劣化検出装置は、主として酸化・還元機能の劣化の検出を意図しており、吸着機能の劣化検出を意図したものではなかった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、触媒の劣化、特に、その炭化水素吸着機能の劣化を確実に検出することのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配置され、かつ、炭化水素を吸着すると共に活性温度以上で炭化水素を酸化する触媒の劣化を検出するもので、前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出する吸着度合検出手段と、前記吸着度合検出手段により検出された吸着度合い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を備えており、前記吸着度合検出手段が、前記排気通路上の前記触媒の下流側に設けられた炭化水素を酸化する検出用触媒と、前記触媒の温 度を検出する上流側温度検出手段と、前記検出用触媒の温度を検出する下流側温度検出手段とを有しており、前記上流側温度検出手段の検出温度と下流側温度検出手段の検出温度との差に基づいて前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出することを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、触媒での炭化水素の吸着度合いを検出し、検出された吸着度合いが所定量より小さければ、その触媒の吸着機能が劣化していると触媒劣化判定手段により判定する。この結果、触媒の吸着機能の劣化を確実に検出することができる。ここでは、触媒での炭化水素の吸着度合いを、触媒の温度を検出する上流側温度検出手段と、触媒下流に配設された検出用触媒と、この検出用触媒の温度を検出する下流側温度検出手段とから検出している。触媒での炭化水素の吸着能力の変化によって触媒下流側に流出する炭化水素量が変化することとなるが、これに伴って触媒及び検出用触媒で発生する炭化水素との反応温度に変化が生じる。
【０００７】
本発明は、この温度変化を利用して劣化検出を行っている。このため、触媒に吸着されている炭化水素量自体を検出しなくて済み、温度検出によって吸着度合いを検出できるので、吸着度合いの検出が容易となる。特に、上流側温度検出手段及び下流側温度検出手段の各検出温度の「差」に基づいて劣化を検出するので、検出部自体の温度変化による影響を受けにくく、より正確に触媒の劣化を検出することができる。
【０００８】
また、触媒の劣化が進むと、上流側温度検出手段の検出温度は低く、下流側温度検出手段の検出温度は高くなる傾向であるので、両者の温度差には劣化の影響が大きくあらわれる。このため、温度差を用いることでより正確に触媒の劣化を検出することができる。さらに、触媒下流側に流出する炭化水素量を検出用触媒で浄化できるので、吸着機能の劣化を検出できるだけでなく、検出用触媒で炭化水素を酸化させて排気ガスを浄化させることもできる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上流側温度検出手段が、触媒から流出する排気ガスの温度を検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、下流側温度検出手段が、検出用触媒から流出する排気ガスの温度を検出することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、検出用触媒が電気的に発熱または加熱される昇温型触媒であり、吸着度合検出手段が、検出用触媒の電気的発熱又は加熱が終了された直後に吸着度合いを検出することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、検出用触媒を強制的に昇温させて早期に活性温度とすることができるので、触媒の炭化水素吸着機能の劣化状況をより確実に検出することができる。また、より早期に活性温度とすることができるので、触媒の炭化水素吸着機能の劣化状況を検出するだけでなく、炭化水素の酸化もより早期に行うことができ、より早期に炭化水素の浄化を行うことができる。また、検出用触媒の電気的発熱又は加熱が終了された直後は、検出用触媒の温度が最も高くなった時点であり、触媒と検出用触媒との温度差が最も大きくなる。このため、このときが触媒と検出用触媒との温度差の変動を最も検出しやすく、より正確かつ確実に劣化検出を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態を備えた排気系の構成を示している。エンジン１から導出されたエキゾーストパイプ２に、触媒（以下、前置触媒とも言う）３が取り付けられている。ここでは、この前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する。この前置触媒３の内部には、アルミナ表面に白金・ロジウム・パラジウムなどの貴金属を担持させてHC,COを酸化すると同時にNOｘを還元することのできる三元触媒が配置されている。また、前置触媒３のアルミナコート表面には細孔が形成されており、この細孔によりHCなどの物質を吸着することもできる。
【００１４】
また、この前置触媒３は、エンジン１の燃焼室から排出された排気ガスの温度が低下しない位置、即ち、エンジンルーム内などのエンジン１の燃焼室に近い位置に配置されている。一般に触媒は、ある程度の高温（活性温度）にならないと、その酸化・還元作用が機能しない。このため、前置触媒３を燃焼室近傍に設置することにより、前置触媒３の温度を排気ガス自体の温度によってより早期に活性温度まで上昇させ、酸化・還元作用をより早期に機能させるようにしている。
【００１５】
なお、前置触媒３は、各燃焼室からの複数本のエキゾーストパイプ２が何本かまとめられた部分に設けられている。例えば、エンジン１が六気筒であれば、三本のエキゾーストパイプ２を一つにまとめたところに前置触媒３を一つずつ計二つ設けるなどすれば良い。あるいは、全てのエキゾーストパイプ２毎に前置触媒３を設けても良いし、全てのエキゾーストパイプ２を一まとめにして一つの前置触媒３を設けても良い。
【００１６】
また、前置触媒３の温度を検出する温度センサ４が排気通路上に取り付けられている。この温度センサ４は、前置触媒３自体の温度を直接的に検出するものを用いても良いし、前置触媒３を通過した後の排気ガスの温度を検出することにより前置触媒３の温度を間接的に検出するものを用いても良い。この実施形態においては、温度センサ４により、図１中(A)部において前置触媒３の温度を検出している。
【００１７】
前置触媒３の排気通路下流には、吸着度合検出手段を構成する上流側温度検出手段、検出用触媒及び下流側温度センサが配置されている。上流側温度検出手段は、前置触媒３の温度を、この前置触媒３から流出する排気ガス温度を介して検出する温度センサ４である。検出用触媒は、昇温型触媒である電気加熱式触媒（以下、EHC:Electrical Heating Catalyzerとも言う）５である。また、下流側温 度検出手段は、 EHC ５の温度を、この EHC ５から流出する排気ガス温度を介して検出する温度センサ６である。
【００１８】
なお、EHC５は、電気的にそれ自身が発熱するものである。EHC５の温度を検出する温度センサ６は、EHC５自体の温度を直接的に検出しても良いし、本実施形態のように、EHC５を通過した直後の排気ガスの温度を検出することによりEHC５の温度を間接的に検出しても良い。この実施形態においては、図１中(B)部においてEHC５の温度を検出している。前置触媒３やEHC５の温度を検出する温度センサ４，６は、触媒劣化判定手段であるECU（電子制御コントロールユニット：図示せず）に接続されている。
【００１９】
また、EHC５は、それ自体が発熱しなくても、ヒーターなどにより加熱されて昇温されるものであっても良い。このEHC５も、上述した三元触媒であり、酸化・還元機能を有しており、排気ガスを浄化することができる。さらに、EHC５は、電気的に昇温されるので、より早期に活性温度に達して酸化・還元作用を機能させることができる。しかし、EHC５は、あまりに大容量であると昇温による電力消費が膨大となるので、あまり大きな容量とすることはできず、ある程度の容量とされている。このEHC５は、車体のアンダーフロア部に配置されている。
【００２０】
EHC５は、前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する役割の他に、エンジンが冷えた状態での始動（冷間始動）直後に通電によって、より早期に活性温度にされ、始動直後に排出される上述したような物質をより早期に浄化する役割もある。このため、EHC５には、始動直後の一定時間（他の触媒３，７が活性温度となるまでの時間）だけ通電されて昇温される。
【００２１】
EHC５の下流側には、アンダーフロア触媒（以下、U/F触媒とも言う）７が配置されている。U/F触媒７は、ガソリンエンジン車において現在最も良く用いられている触媒である。U/F触媒７は、その容量も充分に確保されており、一旦、活性温度となれば、排気ガス中の有害物質の多くを浄化することができる。ただし、このU/F触媒７は、排気ガスの温度により暖められるので、燃焼室から遠いこともあり、活性温度になるまでにある程度の時間を要する。
【００２２】
また、前置触媒３とEHC５との間には、電動エアポンプ８が接続されており、排気通路上に空気を供給できるようにもされている。排気通路上に空気、即ち酸素を供給することにより、その下流側のEHC５やU/F触媒７における酸化反応を促進させることができる。U/F触媒７の下流側にはマフラー（図示せず）が設けられており、浄化された排気ガスが消音後に大気に放出される。
【００２３】
上述した検出装置により前置触媒３の劣化を検出する工程について説明する前に、上述した検出装置を有する排気系において、エンジン１から排出された未燃燃料であるHCがどのように浄化されるのかについて簡単に説明する。
【００２４】
図２には、図１中の▲１▼〜▲３▼の各点におけるHC濃度を、時間経過と合わせて示してある。このとき、エンジン１は冷えた状態からの始動、即ち冷間始動されている。また、時間のゼロは、エンジン１始動直後である。EHC５は、グラフ上部に示されているように、20秒強通電される。
【００２５】
図２に示されるグラフ中の▲１▼から明らかなように、エンジン１の燃焼室から排出される未燃燃料であるHCは、エンジン１の始動直後に非常に多く、その後はほぼ一定のレベルとなる。しかし、上述したように、触媒３，５，７はエンジン１の始動直後はまだ活性温度に達していないため、エンジン１の始動直後に排出された多量のHCを充分に酸化することはできない。EHC５は、エンジン１の始動直後から昇温を始めるが、始動後数秒では活性温度に充分に達していない。
【００２６】
そこで、前置触媒３により、エンジン１の始動直後に排出された多量のHCを一旦吸着する。前置触媒３によりHCを吸着している間に、EHC５が通電による発熱によっていち早く活性温度に達し、HCを酸化することができるようになる。
【００２７】
なお、HCには、メタンやベンゼンをはじめとして多数の種類があり、その多くは触媒の活性温度以下で気化を始める。このため、前置触媒３に吸着されたHCは、前置触媒３の温度が比較的低温であればそのまま前置触媒３に吸着されたままとなるが、前置触媒３の温度が上昇するにつれて活発に気化して前置触媒３から遊離して放出されやすくなる。HCの気化が活発になって放出され始めるのは、活性温度以下であり、HCは酸化される以前に放出される。
【００２８】
前置触媒３の温度が上昇し、吸着していたHCが放出され始めたときが、図２に示されるグラフ中の▲２▼-1及び▲２▼-2の波形ピークとして現れている。即ち、前置触媒３によってHCを一旦吸着するため、▲１▼と▲２▼-1,2とのピークの間に10秒以上の時間差を生じさせ、その波形も穏やかなものとなる。前置触媒３による吸着がなければ、▲１▼と▲２▼-1,2とのピークの間の時間差は単なる排気通路上の距離に対応した時間にしかならなず、その波形もほぼ同じとなる。前置触媒３に吸着されたHCの一部には、放出される以前に前置触媒３上で酸化されて浄化されるものもある。
【００２９】
なお、▲２▼-1は前置触媒３が劣化していない状態であり、▲２▼-2は耐久試験を行い前置触媒３の炭化水素吸着機能の劣化を促進させた状態でのHC濃度である。▲２▼-1と▲２▼-2とを比較すれば明らかなように、吸着機能が劣化している▲２▼-2の前置触媒３の方が、より早期に、より多くのHCを放出する。前置触媒３から放出されたHCは、EHC５によって酸化されて浄化される。このとき、EHC５は、強制的に昇温されており、活性温度に十分に達している。このため、U/F触媒７による浄化がほとんど行われなくても、図２に示されるグラフ中▲３▼に示されるように、エンジン１から排出されたHCのほとんどが浄化される。
【００３０】
前置触媒３の炭化水素吸着機能の劣化が進行すれば、より早期に、より多くのHCが下流側に放出されるので、EHC５が活性温度に達する以前にHCが放出されたり、EHC５により酸化しきれない量が放出されることになり、浄化されないHCが排出されてしまう。このため、前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する必要があるのであるが、EHC５などによる前置触媒３の吸着機能の劣化検出については、追って詳述するので、ここでは、HCの浄化過程についての説明を続ける。
【００３１】
その後、排気ガス自体の温度により、まず燃焼室に近い前置触媒３が活性温度に達し、次いで、U/F触媒７も活性温度に達する。エンジン１の始動から20秒強でEHC５への通電が停止されるが、このときまでに少なくとも前置触媒３は活性温度に達している。EHC５への通電を終了することによって、EHC５による電力消費が抑制される。全ての触媒３，５，７が活性温度に達した後は、排気ガスの温度により活性温度が維持される。
【００３２】
全ての触媒３，５，７が活性温度に達し、安定してHCの浄化が行われるようになった後は、図２に示されるグラフ中▲３▼から明らかなように、ほぼゼロとなる。また、図２における▲２▼-1及び▲２▼-2からも明らかなように、HCは、そのほとんどが前置触媒３により浄化されている。
【００３３】
上述したように、冷間始動直後のHCを浄化するには、前置触媒３の炭化水素吸着機能が重要となる。以下に、EHC５などの吸着度合検出手段による前置触媒３の吸着機能の劣化検出について説明する。
【００３４】
図３は、図１中における(A)部及び(B)部における温度を、時間経過と合わせて示してある。(A)部は前置触媒３の下流側で前置触媒３の温度を検出しており、(B)部はEHC５の下流側でEHC５の温度を検出している。また、各走行距離（0〜100kmiles）を走行する耐久試験を行い、前置触媒３の劣化状態を変えて(A),(B)部の温度を測定している。
【００３５】
図３に示されるグラフ中の(A)部の温度は、エンジン１の始動後、時間の経過に伴って徐々に上昇する。これは、エンジン１の燃焼室から排出される排気ガス自体の温度によって、前置触媒３が徐々に加熱されるからである。また、前置触媒３においては、活性温度となる以前にも、僅かではあるが酸化・還元反応が起こっており、この反応時には発熱がある。前置触媒３の劣化（吸着機能の劣化のみならず酸化・還元機能の劣化をも含めた劣化）が進行するにつれ、この酸化・還元反応は起こりにくくなる。このため、前置触媒３の劣化が進むと前置触媒３における反応熱が発生が減少し、(A)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて低くなる。
【００３６】
一方、図３に示されるグラフ中の(B)部の温度は、エンジン１の始動直後にEHC５を発熱させるため、エンジン１の始動直後に速やかに上昇する。そして、グラフ中の(B)部の温度は、一定時間が経過してEHC５の発熱が停止された後、穏やかに下降し、その後は時間の経過に伴って、エンジン１の燃焼室から排出される排気ガス自体の温度によって徐々に加熱されて再度上昇する。
【００３７】
EHC５は、上流側に位置する前置触媒３から放出されたHCを酸化・還元し、その際に反応熱も発生する。前置触媒３が劣化（吸着機能の劣化のみならず酸化・還元機能の劣化をも含めた劣化）が進行するにつれ、下流側に放出されるHCが増加するため、EHC５における酸化・還元反応がより活発に行われることになる。このため、前置触媒３の劣化が進むとEHC５における反応熱がより多く発生し、(B)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて高くなる。
【００３８】
この実施形態においては、前置触媒３の吸着機能の劣化度合によって変化する(A)部と(B)部との温度差を利用して、前置触媒３の劣化を検出する。検出するにあたって、前置触媒３が十分に暖まっておらず、且つ、EHC５の温度が強制的に発熱されて最も温度が高くなった時点での(A)部と(B)部との温度差を利用する。なお、(A)部と(B)部との温度差を用いることによって、(A)部の温度又は(B)部の温度自体の変動の影響を受けにくくしている。
【００３９】
前置触媒３が充分に暖まっていないときに吸着作用が顕著に機能するため、前置触媒３が十分に暖まっていない時点の温度を利用する。また、EHC５の温度が最も高くなった時点が(A)部と(B)部との温度差が最も大きくなり、(A)部と(B)部との温度差の変動を最も検出しやすいので、EHC５の温度が最も高くなった時点の温度を利用する。なお、(A)部と(B)部との温度差を用いることによって、(A)部の温度又は(B)部の温度自体の変動の影響を受け難くしている。
【００４０】
前置触媒３が十分に暖まっておらず、且つ、EHC５の温度が強制的に発熱されて最も温度が高くなった時点の(A),(B)部の温度とこれらの温度差とを図４にまとめた。図４に示されるグラフは、横軸に走行距離、即ち、前置触媒３の劣化度合を示し、縦軸に温度を示してある。上述したように、(A)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて低くなり、一方(B)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて高くなる。その結果、(B)部の温度から(A)部の温度を引いた温度差は徐々に大きくなる。
【００４１】
即ち、前置触媒３の劣化が進行するにつれ、(A)部と(B)部との温度差は大きくなる。ここで、前置触媒３の劣化と、(A),(B)部の温度差との相関関係を予め整合させておけば、前置触媒３の吸着機能の劣化を(A),(B)部の温度差から検出することができる。ここでは、(A),(B)部の温度差が、初期状態から＋50℃となったときに前置触媒３の吸着機能が劣化したと判定する。
【００４２】
次に、上述した前置触媒３の吸着機能の劣化検出制御について、図５及び図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００４３】
まず、エンジン１の冷却水の水温を設置されたセンサにより取り込む（ステップ１００）。次いで、取り込んだ水温が所定値内であるかを判定する（ステップ１０１）。水温の所定値は、例えば-10℃〜35℃であり、この温度であれば、エンジン１は冷間始動されたことになる。上述したように、前置触媒３の吸着作用は比較的低温時で顕著に機能し、かつ、前置触媒３の温度が活性温度に達しているとHCが直ぐに酸化されてしまうので、冷間始動時でなければ吸着機能の劣化の検出を正確に行えない。このため、冷間始動であるかどうかをこのステップ１０１において判定する。
【００４４】
ステップ１０１において、水温が所定値内でないと判定された場合、即ち、ステップ１０１が否定された場合は、冷間始動ではなく温間始動であるか、既にエンジン１が始動された後で前置触媒３が十分暖まっている場合であるため、触媒異常劣化フラグをオフとする（ステップ１０５）。ステップ１０５の後、一定時間後にステップ１００からのステップが繰り返し行われる。前置触媒３が十分暖まっているような場合は、次回冷間始動されたときなどに前置触媒３の吸着機能の劣化が改めて判定されることになる。
【００４５】
一方、ステップ１０１において、水温が所定値内であると判定された場合、即ち、ステップ１０１が肯定された場合は、エンジン１が冷間始動され、まだ前置触媒３が吸着作用を顕著に機能させている場合であるため、エンジン１が既に始動しているかどうかを判定する（ステップ１０２）。エンジン１の始動に失敗している場合などは、前置触媒３の劣化を正確に検出できないため、ステップ１０２が否定された場合は、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００４６】
ステップ１０２において、エンジン１が既に始動中であると判断された場合、即ち、ステップ１０２が肯定されたときは、EHC５への通電がオンであるかどうかを判定する（ステップ１０３）。ステップ１０３におけるEHC５への通電のオン−オフは、図６に示す制御ルーチンにより判定される。EHC５の通電フラグがオンであればEHC５に対して通電されており、オフであればEHC５に対して通電されていないと判断できる。図６に示す制御ルーチンについては後述する。
【００４７】
エンジン１の始動直後はEHC５に対して通電されているため、ステップ１０３は肯定されて、EHCオン記憶フラグが１にされる（ステップ１０４）上述したように、EHC５への通電終了時における(A),(B)部の温度差を利用するので、このEHCオン記憶フラグを用いてEHC５への通電終了時のタイミングを計っている。ステップ１０４の後、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。一定時間毎に、ステップ１００からステップが繰り返し行われる。
【００４８】
そのうち、エンジン１の始動から20秒強が経過したところで、EHC５への通電が停止されると、ステップ１０３が否定される。ステップ１０３が否定された場合は、EHCオン記憶フラグが１であるかどうかを判定する（ステップ１０６）。ステップ１０６において、EHCオン記憶フラグが１である場合、即ち、ステップ１０６が肯定された場合は、EHC５への通電が終了した直後であるので、上述した(A),(B)部の温度を温度センサ４，６により取り込み（ステップ１０７，１０８）、温度センサ４，６に接続されたECUにおいて温度差が算出される（ステップ１０９）。
【００４９】
ステップ１０９に続いて、(A),(B)部の温度差が所定値以上（上述したようにここでは初期値に対して＋50℃）であるかどうかを、上述したECUにおいて判定する（ステップ１１０）。(A),(B)部の温度差が所定値以上である場合、即ち、ステップ１１０が肯定された場合は、EHCオン記憶フラグを０にした（ステップ１１１）後、触媒異常劣化フラグをオンにする（ステップ１１２）。触媒異常劣化フラグがオンであることは、前置触媒３の吸着機能の劣化が許容範囲外であることを示す。
【００５０】
ステップ１１０において、(A),(B)部の温度差が所定値未満である場合、即ち、ステップ１１０が肯定された場合は、前置触媒３が劣化していないと判断できるため、ステップ１０５において、触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００５１】
上述した図６に示される制御ルーチンについて説明する。まず、イグニッションのオンと同時に、水温が所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２００）。このステップ２００は、上述したステップ１００と同様なステップである。水温の所定値は、例えば-10℃〜35℃であり、この温度であれば、エンジン１は冷間始動されたことになる。ステップ２００において、水温が所定値内でないと判定された場合、即ち、ステップ２００が否定された場合は、温間始動であるか、既にエンジン１が始動された後でEHC５が十分暖まっている場合であるため、EHC５を発熱させる必要はなく、EHC通電フラグをオフにする（ステップ２０５）。
【００５２】
一方、ステップ２００において、水温が所定値内であると判定された場合、即ち、ステップ２００が肯定された場合は、バッテリ電圧が所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２０１）。EHC５はバッテリからの電力により発熱されるので、バッテリ電圧が低いときはEHC５を発熱させるとエンジン１の始動自体に支障を来すことも考えられるため、バッテリにある程度の電圧がある場合にしかEHC５に通電させないようにしている。
【００５３】
ステップ２０１において、バッテリ電圧が所定値外、即ち、電圧が低い場合は、ステップ２０５によりEHC通電フラグがオフにされてEHC５への通電は行われない。一方、バッテリ電圧が所定値内である場合は、エンジン１が既に始動しているかどうかを判定する（ステップ２０２）。エンジン１の始動に失敗している場合などは、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００５４】
ステップ２０２において、エンジン１が既に始動中であると判断された場合、即ち、ステップ２０２が肯定されたときは、EHC５への通電時間が予め決定された所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２０３）。EHC５への通電時間が所定値以内であれば、EHC通電フラグがオンにされ（ステップ２０４）、EHC５に通電される。通電されたEHC５は発熱する。その後、一定時間毎に、ステップ２００からのステップが繰り返し行われる。
【００５５】
ステップ２００からのステップが繰り返し行われていると、そのうち予め決定されたEHC５への通電時間が経過し、ステップ２０３が否定される。ステップ２０３が否定された場合は、ステップ２０５においてEHC通電フラグがオンからオフに変更され、EHC５への通電が停止される。このようにして決定されるEHC通電フラグに基づいて、ステップ１０３の判断が行われる。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、EHC５前後の温度差が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定したが、、他の方法により劣化を検出することも可能ではある。例えば、前置触媒３から下流側に放出されるの HC 量を検出することで、吸着度合いを検出しても良い。この場合、EHC５（検出用触媒）の本体内又は下流側に温度センサを配置し、EHC５の通電終了時に検出されるこの温度センサのピーク値のみによってHC量を検出しても良い。この温度センサにより検出される温度は、前置触媒３の吸着機能の劣化が進行するにつれて上昇するので、検出された温度が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定することができる。
【００５７】
あるいは、EHC５（検出用触媒）の本体内又は下流側に温度センサを配置し、EHC５の通電中の温度を積算して累積温度を算出し、この累積温度によってHC量を検出しても良い。上述した場合と同様に、累積温度は、前置触媒３の吸着機能の劣化が進行するにつれてその増加率が高くなるので、累積温度の増加率が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定できる。あるいは、前置触媒３とEHC５との間にHCセンサを設け、前置触媒３から放出されるHC量を直接的に検出しても良い。
【００５８】
また、上述した実施形態においては、検出用触媒であるEHC５は、前置触媒３から放出されるHC量を検出するだけでなく、排気ガス中の物質を酸化・還元して浄化する役割も負っていたが、検出用触媒の役割を前置触媒３から放出されるHC量を検出するためだけとしても良い。この場合、検出用触媒と温度検出手段とを有する吸着度合検出手段は、図７に示されるような構成が考えられる。
【００５９】
図７に示される吸着度合検出手段においては、検出用触媒であるEHC５０が、上述した図１に示されるEHC５と同一の素材により構成され、上流側からの排気ガス中に含まれるHCを酸化させることができるように配置されている。しかし、EHC５０は、排気通路の全断面をカバーするようには設けられていない。また、このEHC５０の下流側近傍には、EHC５０の温度を検出する温度センサ５０が取り付けられている。このように吸着度合検出手段を構成しても、上述した図１に示される構成と全く同様に前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することができる。
【００６０】
あるいは、EHC５への通電中に、EHC５の端子電圧（あるいは電流でも良い）を検出し、この電圧によって前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することもできる。EHC５に通電してEHC５自体を発熱させる場合、EHC５の抵抗値はEHC５自身の温度に依存して変化する。このため、EHC５の抵抗値を端子電圧から算出し、この端子電圧からEHC５の温度を算出することが可能となる。EHC５の温度が算出できれば、上述した実施形態と同様に前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することができる。
【００６１】
なお、ここでは、前置触媒装置３の吸着度合いを検出する吸着度合検出手段として、前置触媒３の下流側のHC量を検出するHC量検出手段を用いる例について説明した。本発明は、上流側温度検出手段及び下流側温度検出手段の温度差に基づいて前置触媒３から下流側に放出される HC 量を検出し、この HC 量を介して前置触媒３の吸着度合いを検出していると捉えることもできる。
【００６２】
本発明の触媒劣化検出装置は、上述した実施形態のものに限定されない。例えば、上述した実施形態においては、触媒３，５，７は、アルミナをベースとして白金・ロジウム・パラジウムを加えた三元触媒であったが、白金・ロジウムのみを加えた三元触媒であっても良い。また、三元触媒であることが好ましいのであるが、単なる酸化触媒であっても、本発明を適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の触媒劣化検出装置によれば、触媒での炭化水素の吸着度合いを、触媒の温度と触媒下流に配設された検出用触媒の温度との温度差に基づいて検出し、検出された吸着度合いが所定量より小さければ、その触媒装置の吸着機能が劣化していると触媒劣化判定手段により判定する。このため、触媒に吸着されている炭化水素量自体を検出しなくて済み、温度検出のみによって触媒の吸着機能の劣化を容易かつ確実に検出することができる。また、検出された温度自体に基づい て劣化検出するのではなく、温度差に基づいて劣化を検出するので、検出部自体の温度変化による影響を受けにくく、より正確に触媒の劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】排気通路上の各地点における時間−HC濃度を示すグラフである。
【図３】検出用触媒装置(EHC)前後における時間−温度を示すグラフである。
【図４】各走行距離(劣化状態)における検出用触媒装置前後における時間−温度を示すグラフである。
【図５】図１に示す触媒劣化検出装置における劣化検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図１に示す触媒劣化検出装置におけるEHC通電状態検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の触媒劣化検出装置の他の実施形態の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…エキゾーストパイプ、３…前置触媒（触媒）、４…温度センサ（上流側温度検出手段）、５…EHC（昇温型触媒：検出用触媒：吸着度合検出手段）、６…温度センサ（下流側温度検出手段）、７…U/F触媒。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる有害物質を浄化する触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガス中には、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOｘ)などの物質(排気エミッション)が含まれている。そこで、排気ガスの排気通路上に触媒を配置し、これらの物質を酸化あるいは還元させて浄化している。これらの触媒の劣化が進行すると、触媒の浄化能力が低下するため、触媒の劣化を検出するべく、種々の検討が行われて実際に実施されている。このような触媒劣化検出装置としては、特開平9-32535号公報に記載のものなどが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の環境保護に対する認識の向上に伴って、排気エミッションの更なる低減が望まれるようになってきている。このため、発明者は、触媒本来の酸化・還元機能と共に触媒の炭化水素吸着機能にも注目し、排気エミッションの更なる低減を検討している。そこで、触媒の炭化水素吸着機能の劣化を検出することのできる検出装置が望まれている。しかし、上述した特開平9-32535号公報に記載の従来の劣化検出装置は、主として酸化・還元機能の劣化の検出を意図しており、吸着機能の劣化検出を意図したものではなかった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、触媒の劣化、特に、その炭化水素吸着機能の劣化を確実に検出することのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配置され、かつ、炭化水素を吸着すると共に活性温度以上で炭化水素を酸化する触媒の劣化を検出するもので、前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出する吸着度合検出手段と、前記吸着度合検出手段により検出された吸着度合い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を備えており、前記吸着度合検出手段が、前記排気通路上の前記触媒の下流側に設けられた炭化水素を酸化する検出用触媒と、前記触媒の温 度を検出する上流側温度検出手段と、前記検出用触媒の温度を検出する下流側温度検出手段とを有しており、前記上流側温度検出手段の検出温度と下流側温度検出手段の検出温度との差に基づいて前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出することを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、触媒での炭化水素の吸着度合いを検出し、検出された吸着度合いが所定量より小さければ、その触媒の吸着機能が劣化していると触媒劣化判定手段により判定する。この結果、触媒の吸着機能の劣化を確実に検出することができる。ここでは、触媒での炭化水素の吸着度合いを、触媒の温度を検出する上流側温度検出手段と、触媒下流に配設された検出用触媒と、この検出用触媒の温度を検出する下流側温度検出手段とから検出している。触媒での炭化水素の吸着能力の変化によって触媒下流側に流出する炭化水素量が変化することとなるが、これに伴って触媒及び検出用触媒で発生する炭化水素との反応温度に変化が生じる。
【０００７】
本発明は、この温度変化を利用して劣化検出を行っている。このため、触媒に吸着されている炭化水素量自体を検出しなくて済み、温度検出によって吸着度合いを検出できるので、吸着度合いの検出が容易となる。特に、上流側温度検出手段及び下流側温度検出手段の各検出温度の「差」に基づいて劣化を検出するので、検出部自体の温度変化による影響を受けにくく、より正確に触媒の劣化を検出することができる。
【０００８】
また、触媒の劣化が進むと、上流側温度検出手段の検出温度は低く、下流側温度検出手段の検出温度は高くなる傾向であるので、両者の温度差には劣化の影響が大きくあらわれる。このため、温度差を用いることでより正確に触媒の劣化を検出することができる。さらに、触媒下流側に流出する炭化水素量を検出用触媒で浄化できるので、吸着機能の劣化を検出できるだけでなく、検出用触媒で炭化水素を酸化させて排気ガスを浄化させることもできる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上流側温度検出手段が、触媒から流出する排気ガスの温度を検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、下流側温度検出手段が、検出用触媒から流出する排気ガスの温度を検出することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、検出用触媒が電気的に発熱または加熱される昇温型触媒であり、吸着度合検出手段が、検出用触媒の電気的発熱又は加熱が終了された直後に吸着度合いを検出することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、検出用触媒を強制的に昇温させて早期に活性温度とすることができるので、触媒の炭化水素吸着機能の劣化状況をより確実に検出することができる。また、より早期に活性温度とすることができるので、触媒の炭化水素吸着機能の劣化状況を検出するだけでなく、炭化水素の酸化もより早期に行うことができ、より早期に炭化水素の浄化を行うことができる。また、検出用触媒の電気的発熱又は加熱が終了された直後は、検出用触媒の温度が最も高くなった時点であり、触媒と検出用触媒との温度差が最も大きくなる。このため、このときが触媒と検出用触媒との温度差の変動を最も検出しやすく、より正確かつ確実に劣化検出を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態を備えた排気系の構成を示している。エンジン１から導出されたエキゾーストパイプ２に、触媒（以下、前置触媒とも言う）３が取り付けられている。ここでは、この前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する。この前置触媒３の内部には、アルミナ表面に白金・ロジウム・パラジウムなどの貴金属を担持させてHC,COを酸化すると同時にNOｘを還元することのできる三元触媒が配置されている。また、前置触媒３のアルミナコート表面には細孔が形成されており、この細孔によりHCなどの物質を吸着することもできる。
【００１４】
また、この前置触媒３は、エンジン１の燃焼室から排出された排気ガスの温度が低下しない位置、即ち、エンジンルーム内などのエンジン１の燃焼室に近い位置に配置されている。一般に触媒は、ある程度の高温（活性温度）にならないと、その酸化・還元作用が機能しない。このため、前置触媒３を燃焼室近傍に設置することにより、前置触媒３の温度を排気ガス自体の温度によってより早期に活性温度まで上昇させ、酸化・還元作用をより早期に機能させるようにしている。
【００１５】
なお、前置触媒３は、各燃焼室からの複数本のエキゾーストパイプ２が何本かまとめられた部分に設けられている。例えば、エンジン１が六気筒であれば、三本のエキゾーストパイプ２を一つにまとめたところに前置触媒３を一つずつ計二つ設けるなどすれば良い。あるいは、全てのエキゾーストパイプ２毎に前置触媒３を設けても良いし、全てのエキゾーストパイプ２を一まとめにして一つの前置触媒３を設けても良い。
【００１６】
また、前置触媒３の温度を検出する温度センサ４が排気通路上に取り付けられている。この温度センサ４は、前置触媒３自体の温度を直接的に検出するものを用いても良いし、前置触媒３を通過した後の排気ガスの温度を検出することにより前置触媒３の温度を間接的に検出するものを用いても良い。この実施形態においては、温度センサ４により、図１中(A)部において前置触媒３の温度を検出している。
【００１７】
前置触媒３の排気通路下流には、吸着度合検出手段を構成する上流側温度検出手段、検出用触媒及び下流側温度センサが配置されている。上流側温度検出手段は、前置触媒３の温度を、この前置触媒３から流出する排気ガス温度を介して検出する温度センサ４である。検出用触媒は、昇温型触媒である電気加熱式触媒（以下、EHC:Electrical Heating Catalyzerとも言う）５である。また、下流側温 度検出手段は、 EHC ５の温度を、この EHC ５から流出する排気ガス温度を介して検出する温度センサ６である。
【００１８】
なお、EHC５は、電気的にそれ自身が発熱するものである。EHC５の温度を検出する温度センサ６は、EHC５自体の温度を直接的に検出しても良いし、本実施形態のように、EHC５を通過した直後の排気ガスの温度を検出することによりEHC５の温度を間接的に検出しても良い。この実施形態においては、図１中(B)部においてEHC５の温度を検出している。前置触媒３やEHC５の温度を検出する温度センサ４，６は、触媒劣化判定手段であるECU（電子制御コントロールユニット：図示せず）に接続されている。
【００１９】
また、EHC５は、それ自体が発熱しなくても、ヒーターなどにより加熱されて昇温されるものであっても良い。このEHC５も、上述した三元触媒であり、酸化・還元機能を有しており、排気ガスを浄化することができる。さらに、EHC５は、電気的に昇温されるので、より早期に活性温度に達して酸化・還元作用を機能させることができる。しかし、EHC５は、あまりに大容量であると昇温による電力消費が膨大となるので、あまり大きな容量とすることはできず、ある程度の容量とされている。このEHC５は、車体のアンダーフロア部に配置されている。
【００２０】
EHC５は、前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する役割の他に、エンジンが冷えた状態での始動（冷間始動）直後に通電によって、より早期に活性温度にされ、始動直後に排出される上述したような物質をより早期に浄化する役割もある。このため、EHC５には、始動直後の一定時間（他の触媒３，７が活性温度となるまでの時間）だけ通電されて昇温される。
【００２１】
EHC５の下流側には、アンダーフロア触媒（以下、U/F触媒とも言う）７が配置されている。U/F触媒７は、ガソリンエンジン車において現在最も良く用いられている触媒である。U/F触媒７は、その容量も充分に確保されており、一旦、活性温度となれば、排気ガス中の有害物質の多くを浄化することができる。ただし、このU/F触媒７は、排気ガスの温度により暖められるので、燃焼室から遠いこともあり、活性温度になるまでにある程度の時間を要する。
【００２２】
また、前置触媒３とEHC５との間には、電動エアポンプ８が接続されており、排気通路上に空気を供給できるようにもされている。排気通路上に空気、即ち酸素を供給することにより、その下流側のEHC５やU/F触媒７における酸化反応を促進させることができる。U/F触媒７の下流側にはマフラー（図示せず）が設けられており、浄化された排気ガスが消音後に大気に放出される。
【００２３】
上述した検出装置により前置触媒３の劣化を検出する工程について説明する前に、上述した検出装置を有する排気系において、エンジン１から排出された未燃燃料であるHCがどのように浄化されるのかについて簡単に説明する。
【００２４】
図２には、図１中の▲１▼〜▲３▼の各点におけるHC濃度を、時間経過と合わせて示してある。このとき、エンジン１は冷えた状態からの始動、即ち冷間始動されている。また、時間のゼロは、エンジン１始動直後である。EHC５は、グラフ上部に示されているように、20秒強通電される。
【００２５】
図２に示されるグラフ中の▲１▼から明らかなように、エンジン１の燃焼室から排出される未燃燃料であるHCは、エンジン１の始動直後に非常に多く、その後はほぼ一定のレベルとなる。しかし、上述したように、触媒３，５，７はエンジン１の始動直後はまだ活性温度に達していないため、エンジン１の始動直後に排出された多量のHCを充分に酸化することはできない。EHC５は、エンジン１の始動直後から昇温を始めるが、始動後数秒では活性温度に充分に達していない。
【００２６】
そこで、前置触媒３により、エンジン１の始動直後に排出された多量のHCを一旦吸着する。前置触媒３によりHCを吸着している間に、EHC５が通電による発熱によっていち早く活性温度に達し、HCを酸化することができるようになる。
【００２７】
なお、HCには、メタンやベンゼンをはじめとして多数の種類があり、その多くは触媒の活性温度以下で気化を始める。このため、前置触媒３に吸着されたHCは、前置触媒３の温度が比較的低温であればそのまま前置触媒３に吸着されたままとなるが、前置触媒３の温度が上昇するにつれて活発に気化して前置触媒３から遊離して放出されやすくなる。HCの気化が活発になって放出され始めるのは、活性温度以下であり、HCは酸化される以前に放出される。
【００２８】
前置触媒３の温度が上昇し、吸着していたHCが放出され始めたときが、図２に示されるグラフ中の▲２▼-1及び▲２▼-2の波形ピークとして現れている。即ち、前置触媒３によってHCを一旦吸着するため、▲１▼と▲２▼-1,2とのピークの間に10秒以上の時間差を生じさせ、その波形も穏やかなものとなる。前置触媒３による吸着がなければ、▲１▼と▲２▼-1,2とのピークの間の時間差は単なる排気通路上の距離に対応した時間にしかならなず、その波形もほぼ同じとなる。前置触媒３に吸着されたHCの一部には、放出される以前に前置触媒３上で酸化されて浄化されるものもある。
【００２９】
なお、▲２▼-1は前置触媒３が劣化していない状態であり、▲２▼-2は耐久試験を行い前置触媒３の炭化水素吸着機能の劣化を促進させた状態でのHC濃度である。▲２▼-1と▲２▼-2とを比較すれば明らかなように、吸着機能が劣化している▲２▼-2の前置触媒３の方が、より早期に、より多くのHCを放出する。前置触媒３から放出されたHCは、EHC５によって酸化されて浄化される。このとき、EHC５は、強制的に昇温されており、活性温度に十分に達している。このため、U/F触媒７による浄化がほとんど行われなくても、図２に示されるグラフ中▲３▼に示されるように、エンジン１から排出されたHCのほとんどが浄化される。
【００３０】
前置触媒３の炭化水素吸着機能の劣化が進行すれば、より早期に、より多くのHCが下流側に放出されるので、EHC５が活性温度に達する以前にHCが放出されたり、EHC５により酸化しきれない量が放出されることになり、浄化されないHCが排出されてしまう。このため、前置触媒３の吸着機能の劣化を検出する必要があるのであるが、EHC５などによる前置触媒３の吸着機能の劣化検出については、追って詳述するので、ここでは、HCの浄化過程についての説明を続ける。
【００３１】
その後、排気ガス自体の温度により、まず燃焼室に近い前置触媒３が活性温度に達し、次いで、U/F触媒７も活性温度に達する。エンジン１の始動から20秒強でEHC５への通電が停止されるが、このときまでに少なくとも前置触媒３は活性温度に達している。EHC５への通電を終了することによって、EHC５による電力消費が抑制される。全ての触媒３，５，７が活性温度に達した後は、排気ガスの温度により活性温度が維持される。
【００３２】
全ての触媒３，５，７が活性温度に達し、安定してHCの浄化が行われるようになった後は、図２に示されるグラフ中▲３▼から明らかなように、ほぼゼロとなる。また、図２における▲２▼-1及び▲２▼-2からも明らかなように、HCは、そのほとんどが前置触媒３により浄化されている。
【００３３】
上述したように、冷間始動直後のHCを浄化するには、前置触媒３の炭化水素吸着機能が重要となる。以下に、EHC５などの吸着度合検出手段による前置触媒３の吸着機能の劣化検出について説明する。
【００３４】
図３は、図１中における(A)部及び(B)部における温度を、時間経過と合わせて示してある。(A)部は前置触媒３の下流側で前置触媒３の温度を検出しており、(B)部はEHC５の下流側でEHC５の温度を検出している。また、各走行距離（0〜100kmiles）を走行する耐久試験を行い、前置触媒３の劣化状態を変えて(A),(B)部の温度を測定している。
【００３５】
図３に示されるグラフ中の(A)部の温度は、エンジン１の始動後、時間の経過に伴って徐々に上昇する。これは、エンジン１の燃焼室から排出される排気ガス自体の温度によって、前置触媒３が徐々に加熱されるからである。また、前置触媒３においては、活性温度となる以前にも、僅かではあるが酸化・還元反応が起こっており、この反応時には発熱がある。前置触媒３の劣化（吸着機能の劣化のみならず酸化・還元機能の劣化をも含めた劣化）が進行するにつれ、この酸化・還元反応は起こりにくくなる。このため、前置触媒３の劣化が進むと前置触媒３における反応熱が発生が減少し、(A)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて低くなる。
【００３６】
一方、図３に示されるグラフ中の(B)部の温度は、エンジン１の始動直後にEHC５を発熱させるため、エンジン１の始動直後に速やかに上昇する。そして、グラフ中の(B)部の温度は、一定時間が経過してEHC５の発熱が停止された後、穏やかに下降し、その後は時間の経過に伴って、エンジン１の燃焼室から排出される排気ガス自体の温度によって徐々に加熱されて再度上昇する。
【００３７】
EHC５は、上流側に位置する前置触媒３から放出されたHCを酸化・還元し、その際に反応熱も発生する。前置触媒３が劣化（吸着機能の劣化のみならず酸化・還元機能の劣化をも含めた劣化）が進行するにつれ、下流側に放出されるHCが増加するため、EHC５における酸化・還元反応がより活発に行われることになる。このため、前置触媒３の劣化が進むとEHC５における反応熱がより多く発生し、(B)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて高くなる。
【００３８】
この実施形態においては、前置触媒３の吸着機能の劣化度合によって変化する(A)部と(B)部との温度差を利用して、前置触媒３の劣化を検出する。検出するにあたって、前置触媒３が十分に暖まっておらず、且つ、EHC５の温度が強制的に発熱されて最も温度が高くなった時点での(A)部と(B)部との温度差を利用する。なお、(A)部と(B)部との温度差を用いることによって、(A)部の温度又は(B)部の温度自体の変動の影響を受けにくくしている。
【００３９】
前置触媒３が充分に暖まっていないときに吸着作用が顕著に機能するため、前置触媒３が十分に暖まっていない時点の温度を利用する。また、EHC５の温度が最も高くなった時点が(A)部と(B)部との温度差が最も大きくなり、(A)部と(B)部との温度差の変動を最も検出しやすいので、EHC５の温度が最も高くなった時点の温度を利用する。なお、(A)部と(B)部との温度差を用いることによって、(A)部の温度又は(B)部の温度自体の変動の影響を受け難くしている。
【００４０】
前置触媒３が十分に暖まっておらず、且つ、EHC５の温度が強制的に発熱されて最も温度が高くなった時点の(A),(B)部の温度とこれらの温度差とを図４にまとめた。図４に示されるグラフは、横軸に走行距離、即ち、前置触媒３の劣化度合を示し、縦軸に温度を示してある。上述したように、(A)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて低くなり、一方(B)部の温度は前置触媒３が劣化するにつれて高くなる。その結果、(B)部の温度から(A)部の温度を引いた温度差は徐々に大きくなる。
【００４１】
即ち、前置触媒３の劣化が進行するにつれ、(A)部と(B)部との温度差は大きくなる。ここで、前置触媒３の劣化と、(A),(B)部の温度差との相関関係を予め整合させておけば、前置触媒３の吸着機能の劣化を(A),(B)部の温度差から検出することができる。ここでは、(A),(B)部の温度差が、初期状態から＋50℃となったときに前置触媒３の吸着機能が劣化したと判定する。
【００４２】
次に、上述した前置触媒３の吸着機能の劣化検出制御について、図５及び図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００４３】
まず、エンジン１の冷却水の水温を設置されたセンサにより取り込む（ステップ１００）。次いで、取り込んだ水温が所定値内であるかを判定する（ステップ１０１）。水温の所定値は、例えば-10℃〜35℃であり、この温度であれば、エンジン１は冷間始動されたことになる。上述したように、前置触媒３の吸着作用は比較的低温時で顕著に機能し、かつ、前置触媒３の温度が活性温度に達しているとHCが直ぐに酸化されてしまうので、冷間始動時でなければ吸着機能の劣化の検出を正確に行えない。このため、冷間始動であるかどうかをこのステップ１０１において判定する。
【００４４】
ステップ１０１において、水温が所定値内でないと判定された場合、即ち、ステップ１０１が否定された場合は、冷間始動ではなく温間始動であるか、既にエンジン１が始動された後で前置触媒３が十分暖まっている場合であるため、触媒異常劣化フラグをオフとする（ステップ１０５）。ステップ１０５の後、一定時間後にステップ１００からのステップが繰り返し行われる。前置触媒３が十分暖まっているような場合は、次回冷間始動されたときなどに前置触媒３の吸着機能の劣化が改めて判定されることになる。
【００４５】
一方、ステップ１０１において、水温が所定値内であると判定された場合、即ち、ステップ１０１が肯定された場合は、エンジン１が冷間始動され、まだ前置触媒３が吸着作用を顕著に機能させている場合であるため、エンジン１が既に始動しているかどうかを判定する（ステップ１０２）。エンジン１の始動に失敗している場合などは、前置触媒３の劣化を正確に検出できないため、ステップ１０２が否定された場合は、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００４６】
ステップ１０２において、エンジン１が既に始動中であると判断された場合、即ち、ステップ１０２が肯定されたときは、EHC５への通電がオンであるかどうかを判定する（ステップ１０３）。ステップ１０３におけるEHC５への通電のオン−オフは、図６に示す制御ルーチンにより判定される。EHC５の通電フラグがオンであればEHC５に対して通電されており、オフであればEHC５に対して通電されていないと判断できる。図６に示す制御ルーチンについては後述する。
【００４７】
エンジン１の始動直後はEHC５に対して通電されているため、ステップ１０３は肯定されて、EHCオン記憶フラグが１にされる（ステップ１０４）上述したように、EHC５への通電終了時における(A),(B)部の温度差を利用するので、このEHCオン記憶フラグを用いてEHC５への通電終了時のタイミングを計っている。ステップ１０４の後、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。一定時間毎に、ステップ１００からステップが繰り返し行われる。
【００４８】
そのうち、エンジン１の始動から20秒強が経過したところで、EHC５への通電が停止されると、ステップ１０３が否定される。ステップ１０３が否定された場合は、EHCオン記憶フラグが１であるかどうかを判定する（ステップ１０６）。ステップ１０６において、EHCオン記憶フラグが１である場合、即ち、ステップ１０６が肯定された場合は、EHC５への通電が終了した直後であるので、上述した(A),(B)部の温度を温度センサ４，６により取り込み（ステップ１０７，１０８）、温度センサ４，６に接続されたECUにおいて温度差が算出される（ステップ１０９）。
【００４９】
ステップ１０９に続いて、(A),(B)部の温度差が所定値以上（上述したようにここでは初期値に対して＋50℃）であるかどうかを、上述したECUにおいて判定する（ステップ１１０）。(A),(B)部の温度差が所定値以上である場合、即ち、ステップ１１０が肯定された場合は、EHCオン記憶フラグを０にした（ステップ１１１）後、触媒異常劣化フラグをオンにする（ステップ１１２）。触媒異常劣化フラグがオンであることは、前置触媒３の吸着機能の劣化が許容範囲外であることを示す。
【００５０】
ステップ１１０において、(A),(B)部の温度差が所定値未満である場合、即ち、ステップ１１０が肯定された場合は、前置触媒３が劣化していないと判断できるため、ステップ１０５において、触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００５１】
上述した図６に示される制御ルーチンについて説明する。まず、イグニッションのオンと同時に、水温が所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２００）。このステップ２００は、上述したステップ１００と同様なステップである。水温の所定値は、例えば-10℃〜35℃であり、この温度であれば、エンジン１は冷間始動されたことになる。ステップ２００において、水温が所定値内でないと判定された場合、即ち、ステップ２００が否定された場合は、温間始動であるか、既にエンジン１が始動された後でEHC５が十分暖まっている場合であるため、EHC５を発熱させる必要はなく、EHC通電フラグをオフにする（ステップ２０５）。
【００５２】
一方、ステップ２００において、水温が所定値内であると判定された場合、即ち、ステップ２００が肯定された場合は、バッテリ電圧が所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２０１）。EHC５はバッテリからの電力により発熱されるので、バッテリ電圧が低いときはEHC５を発熱させるとエンジン１の始動自体に支障を来すことも考えられるため、バッテリにある程度の電圧がある場合にしかEHC５に通電させないようにしている。
【００５３】
ステップ２０１において、バッテリ電圧が所定値外、即ち、電圧が低い場合は、ステップ２０５によりEHC通電フラグがオフにされてEHC５への通電は行われない。一方、バッテリ電圧が所定値内である場合は、エンジン１が既に始動しているかどうかを判定する（ステップ２０２）。エンジン１の始動に失敗している場合などは、ステップ１０５で触媒異常劣化フラグがオフにされる。
【００５４】
ステップ２０２において、エンジン１が既に始動中であると判断された場合、即ち、ステップ２０２が肯定されたときは、EHC５への通電時間が予め決定された所定値内であるかどうかを判定する（ステップ２０３）。EHC５への通電時間が所定値以内であれば、EHC通電フラグがオンにされ（ステップ２０４）、EHC５に通電される。通電されたEHC５は発熱する。その後、一定時間毎に、ステップ２００からのステップが繰り返し行われる。
【００５５】
ステップ２００からのステップが繰り返し行われていると、そのうち予め決定されたEHC５への通電時間が経過し、ステップ２０３が否定される。ステップ２０３が否定された場合は、ステップ２０５においてEHC通電フラグがオンからオフに変更され、EHC５への通電が停止される。このようにして決定されるEHC通電フラグに基づいて、ステップ１０３の判断が行われる。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、EHC５前後の温度差が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定したが、、他の方法により劣化を検出することも可能ではある。例えば、前置触媒３から下流側に放出されるの HC 量を検出することで、吸着度合いを検出しても良い。この場合、EHC５（検出用触媒）の本体内又は下流側に温度センサを配置し、EHC５の通電終了時に検出されるこの温度センサのピーク値のみによってHC量を検出しても良い。この温度センサにより検出される温度は、前置触媒３の吸着機能の劣化が進行するにつれて上昇するので、検出された温度が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定することができる。
【００５７】
あるいは、EHC５（検出用触媒）の本体内又は下流側に温度センサを配置し、EHC５の通電中の温度を積算して累積温度を算出し、この累積温度によってHC量を検出しても良い。上述した場合と同様に、累積温度は、前置触媒３の吸着機能の劣化が進行するにつれてその増加率が高くなるので、累積温度の増加率が一定の判定基準値を超えたら前置触媒３の吸着機能が劣化していると判定できる。あるいは、前置触媒３とEHC５との間にHCセンサを設け、前置触媒３から放出されるHC量を直接的に検出しても良い。
【００５８】
また、上述した実施形態においては、検出用触媒であるEHC５は、前置触媒３から放出されるHC量を検出するだけでなく、排気ガス中の物質を酸化・還元して浄化する役割も負っていたが、検出用触媒の役割を前置触媒３から放出されるHC量を検出するためだけとしても良い。この場合、検出用触媒と温度検出手段とを有する吸着度合検出手段は、図７に示されるような構成が考えられる。
【００５９】
図７に示される吸着度合検出手段においては、検出用触媒であるEHC５０が、上述した図１に示されるEHC５と同一の素材により構成され、上流側からの排気ガス中に含まれるHCを酸化させることができるように配置されている。しかし、EHC５０は、排気通路の全断面をカバーするようには設けられていない。また、このEHC５０の下流側近傍には、EHC５０の温度を検出する温度センサ５０が取り付けられている。このように吸着度合検出手段を構成しても、上述した図１に示される構成と全く同様に前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することができる。
【００６０】
あるいは、EHC５への通電中に、EHC５の端子電圧（あるいは電流でも良い）を検出し、この電圧によって前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することもできる。EHC５に通電してEHC５自体を発熱させる場合、EHC５の抵抗値はEHC５自身の温度に依存して変化する。このため、EHC５の抵抗値を端子電圧から算出し、この端子電圧からEHC５の温度を算出することが可能となる。EHC５の温度が算出できれば、上述した実施形態と同様に前置触媒３の吸着機能の劣化を検出することができる。
【００６１】
なお、ここでは、前置触媒装置３の吸着度合いを検出する吸着度合検出手段として、前置触媒３の下流側のHC量を検出するHC量検出手段を用いる例について説明した。本発明は、上流側温度検出手段及び下流側温度検出手段の温度差に基づいて前置触媒３から下流側に放出される HC 量を検出し、この HC 量を介して前置触媒３の吸着度合いを検出していると捉えることもできる。
【００６２】
本発明の触媒劣化検出装置は、上述した実施形態のものに限定されない。例えば、上述した実施形態においては、触媒３，５，７は、アルミナをベースとして白金・ロジウム・パラジウムを加えた三元触媒であったが、白金・ロジウムのみを加えた三元触媒であっても良い。また、三元触媒であることが好ましいのであるが、単なる酸化触媒であっても、本発明を適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の触媒劣化検出装置によれば、触媒での炭化水素の吸着度合いを、触媒の温度と触媒下流に配設された検出用触媒の温度との温度差に基づいて検出し、検出された吸着度合いが所定量より小さければ、その触媒装置の吸着機能が劣化していると触媒劣化判定手段により判定する。このため、触媒に吸着されている炭化水素量自体を検出しなくて済み、温度検出のみによって触媒の吸着機能の劣化を容易かつ確実に検出することができる。また、検出された温度自体に基づい て劣化検出するのではなく、温度差に基づいて劣化を検出するので、検出部自体の温度変化による影響を受けにくく、より正確に触媒の劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】排気通路上の各地点における時間−HC濃度を示すグラフである。
【図３】検出用触媒装置(EHC)前後における時間−温度を示すグラフである。
【図４】各走行距離(劣化状態)における検出用触媒装置前後における時間−温度を示すグラフである。
【図５】図１に示す触媒劣化検出装置における劣化検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図１に示す触媒劣化検出装置におけるEHC通電状態検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の触媒劣化検出装置の他の実施形態の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…エキゾーストパイプ、３…前置触媒（触媒）、４…温度センサ（上流側温度検出手段）、５…EHC（昇温型触媒：検出用触媒：吸着度合検出手段）、６…温度センサ（下流側温度検出手段）、７…U/F触媒。
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路上に配置され、かつ、炭化水素を吸着すると共に活性温度以上で炭化水素を酸化する触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、
前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出する吸着度合検出手段と、
前記吸着度合検出手段により検出された吸着度合い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を備えており、
前記吸着度合検出手段が、前記排気通路上の前記触媒の下流側に設けられた炭化水素を酸化する検出用触媒と、前記触媒の温度を検出する上流側温度検出手段と、前記検出用触媒の温度を検出する下流側温度検出手段とを有しており、前記上流側温度検出手段の検出温度と下流側温度検出手段の検出温度との差に基づいて前記触媒への炭化水素の吸着度合いを検出することを特徴とする触媒劣化検出装置。 - 前記上流側温度検出手段が、前記触媒から流出する排気ガスの温度を検出す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。
- 前記下流側温度検出手段が、前記検出用触媒から流出する排気ガスの温度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化検出装置。
- 前記検出用触媒が電気的に発熱または加熱される昇温型触媒であり、前記吸着度合検出手段が、前記検出用触媒の電気的発熱又は加熱が終了された直後に吸着度合いを検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の触媒劣化検出装置。
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