JP4106529B2 - 多気筒内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒コンバータの劣化判定技術に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
排気浄化用の触媒コンバータにおいては、触媒に付加された酸素ストレージ能力が触媒性能(主としてHC浄化性能)と相関性が高いことから、特にセリア(Ce)等の酸素吸蔵物質を多く含むような触媒コンバータにおいて、触媒劣化検出方法として、当該酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定する手法が採用されている。
【0003】
この触媒劣化検出方法は、触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において所定周期、振幅で変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く或いは振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が速く或いは振幅が大きくなるという特性を利用しており、例えば、触媒下流に設けた酸素センサ(O2センサ)或いは空燃比センサ(LAFS)からの酸素濃度出力値の変動周期や振幅等を検出し、当該検出値が所定の基準値以上であると、酸素ストレージ能力が低下、即ち触媒コンバータが劣化したと判定するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では環境保全の観点から排気浄化性能のさらなる向上が求められており、触媒コンバータの僅かな劣化をも検出することが要求されている。
しかしながら、上記従来の触媒劣化検出方法では、内燃機関の運転性能との関係から変調周期が比較的短く設定されており、このような変調周期では、実際の吸蔵酸素量が少ないため、この少ない吸蔵酸素量まで酸素ストレージ能力が低下しないと触媒劣化を検出することができない。即ち、ある程度以上の劣化は検出可能であるが、ある程度以下の僅かな触媒劣化を検出することが困難となっている。
【0005】
そこで、変調周期を増大させることが考えられるが、このように変調周期を増大させると、酸素が酸素ストレージ能力を超えるほど十分に吸蔵されるために酸素濃度出力値の変動周期や振幅等の経時変化を確実に検出でき、僅かな触媒劣化をも検出することが可能となる一方、NOx浄化性能が悪化するという問題がある。
【0006】
つまり、図5を参照すると、排気空燃比を変調させたときの中心空燃比を変化させた場合の排出NOxと変調周波数との関係が示されており、同図中○印が最も周期が短い(周波数が高い)場合を示し、□印、△印、▲印の順に周期が増大し、■印が最も周期が長い(周波数が低い)場合を示しているが、このように、周期が増大(周波数が低下)すると中心空燃比がリーン空燃比側ではNOxの排出量が低減される一方、リッチ空燃比側では逆にNOxの排出が増加してしまうという問題がある。
【0007】
さらに、周期を増大(周波数を低下)させると、図5には示していないが、中心空燃比によらずNOxの排出が増加してしまうという問題が生じる場合がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気浄化性能を確保しながら触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定可能な多気筒内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項1の発明では、多気筒内燃機関の複数の気筒群毎に設けられた複数の上流側排気通路と、前記複数の上流側排気通路を集合して延びる下流側排気通路と、前記複数の上流側排気通路にそれぞれ配設された複数の上流側三元触媒コンバータと、前記下流側排気通路に配設された下流側三元触媒コンバータと、前記上流側排気通路に前記上流側三元触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する上流側排気センサと、前記複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換える排気空燃比変更手段と、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記上流側三元触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間を、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定するとともに、下流側三元触媒コンバータに流入する排気空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とで切り換わる周期を前記所定周期より短く設定することを特徴としている。
【0009】
従って、排気空燃比変更手段により、例えば複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、他の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるので、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力の経時変化を確実に検出でき、僅かな上流側三元触媒コンバータの劣化をも検出することが可能とされる。
【0010】
一方、変調周期が長くなると上述したようにNOxが十分に浄化されなくなる場合があるが、下流側排気通路の下流側三元触媒コンバータについて見れば、一の上流側排気通路側の気筒群からの排ガスと他の上流側排気通路側の気筒群からの排ガスとが交互に流入してリッチ空燃比とリーン空燃比との変調周期が短くなるため、上流側三元触媒コンバータで浄化できなかったNOxが下流側三元触媒コンバータによって確実に浄化される。
【0011】
これにより、排気浄化性能を確保しながら三元触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定可能とされる。
また、請求項2の発明では、前記上流側排気センサは複数にして前記複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けられており、前記劣化判定手段は、前記複数の上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記複数の上流側三元触媒コンバータ毎に劣化を判定することを特徴としている。
【0012】
従って、上流側排気センサを複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けることで、上流側三元触媒コンバータの全てについて上流側三元触媒コンバータ毎に確実に劣化を判定することが可能とされる。
また、請求項3の発明では、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の振幅の経時変化であることを特徴としている。
【0013】
即ち、上述したように、三元触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は三元触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の振幅が大きくなることから、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の振幅の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定可能とされる。
【0014】
また、請求項4の発明では、前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の応答遅れ時間の経時変化であることを特徴としている。
即ち、上述したように、三元触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は三元触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が早くなることから、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定可能とされる。
【0015】
また、請求項5の発明では、さらに、前記下流側排気通路に前記下流側三元触媒コンバータの下流に位置して排気空燃比を検出する下流側排気センサを備え、前記劣化判定手段は、前記下流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記下流側三元触媒コンバータの劣化をも併せて判定することを特徴としている。
【0016】
従って、下流側三元触媒コンバータは高温高圧の排ガスに曝される上流側三元触媒コンバータに比べて劣化し難いのであるが、下流側三元触媒コンバータについても従来通り劣化判定可能とされ、排気浄化装置の信頼性が向上する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1を参照すると、本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、多気筒内燃機関であるエンジン本体(以下、単にエンジンという)1としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射)とともに圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射)を実施可能な筒内噴射型火花点火式4サイクル4気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン1は、理論空燃比(ストイキオ)での運転の他、リッチ空燃比での運転(リッチ空燃比運転)やリーン空燃比での運転(リーン空燃比運転)を実現可能である。
【0018】
同図に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ4には高電圧を出力する点火コイル8が接続されている。また、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁6から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【0019】
シリンダヘッド2には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド10には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁14が設けられている。
また、シリンダヘッド2には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド20の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド20としては、ここでは、図2に示すようなデュアル型エキゾーストマニホールドシステムが採用される。
【0020】
このデュアル型エキゾーストマニホールドシステムからなる排気マニホールド20では、#1気筒からの排気通路20aと#4気筒からの排気通路20d及び#2気筒からの排気通路20bと#3気筒からの排気通路20cがそれぞれ合流するように構成されている(燃焼順序が#1→#3→#4→#2の場合)。つまり、燃焼が連続しない#1気筒と#4気筒を一の気筒群(#1、#4気筒群)としてまとめ、やはり燃焼が連続しない#2気筒と#3気筒を他の気筒群(#2、#3気筒群)としてまとめるようにしている。これにより、排気マニホールド20において排気干渉が少なくなり、排気慣性或いは排気脈動の大きな効果が得られる。
【0021】
排気マニホールド20の他端には、集合管(上流側排気通路)22を介して排気管(下流側排気通路)28が接続されており、集合管22は、排気通路20a及び排気通路20dからの排ガスが流通する集合管(一の上流側排気通路)22aと排気通路20b及び排気通路20cからの排ガスが流通する集合管(他の上流側排気通路)22bの2本の管路(デュアル管路)から構成されている。つまり、集合管22は、#1気筒と#4気筒からなる一の気筒群からの排ガスが集合管22aを流れ、#2気筒と#3気筒からなる他の気筒群からの排ガスが集合管22bを流れるように構成されている。
【0022】
そして、集合管22aには、#1、#4気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてセリア(Ce)等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒(上流側触媒コンバータであって、マニホールドキャタライザコンバータ、以下#1、#4MCCまたは単にMCCと略す)24が介装され、同様に、集合管22bには、#2、#3気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてやはりセリア(Ce)等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒(上流側触媒コンバータであって、以下#2、#3MCCまたは単にMCCと略す)26が介装されている。このようにMCC24、26が集合管22a及び集合管22bに介装されていると、エンジン1に近い位置であることから、エンジン1が冷態状態であってもMCC24、26の早期活性化が図られ、運転状態に拘わらず排気中の有害物質(HC、CO、NOx等)を良好に浄化可能である。
【0023】
#1、#4MCC24の上流部分、即ち排気マニホールド20の排気通路20aと排気通路20dの合流部分及び#2、#3MCC26の上流部分、即ち排気マニホールド20の排気通路20bと排気通路20cの合流部分には、排気センサとして排気空燃比(排気A/F)を検出する空燃比センサ(LAFS、O2センサ等であって、以下、フロントA/Fセンサという)21a、21bがそれぞれ設けられている。
【0024】
さらに、集合管22aの#1、#4MCC24よりも下流部分及び集合管22bの#2、#3MCC26の下流部分にも同様の空燃比センサ(上流側排気センサであって、以下、ミドルA/Fセンサという)25、27がそれぞれ設けられている。
排気管28には、さらに、下流側触媒コンバータとして三元触媒(下流側触媒コンバータであって、アンダーフロアキャタライザコンバータ、以下UCCと略す)30が介装されている。なお、当該UCC30もセリア(Ce)等の酸素吸蔵物質を含んでいる。
【0025】
そして、排気管28のUCC30の上流部分には排気センサとして上記同様の空燃比センサ(以下、上流リヤA/Fセンサという)29が、UCC30の下流部分にも同様の空燃比センサ(下流側排気センサであって、以下、下流リヤA/Fセンサという)31が設けられている。
電子コントロールユニット(ECU)60は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えており、当該ECU60により、エンジン1を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【0026】
ECU60の入力側には、上述したフロントA/Fセンサ21a、21b、ミドルA/Fセンサ25、27、上流リヤA/Fセンサ29、下流リヤA/Fセンサ31の他、クランク角センサ62等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ62によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて、現在の燃焼気筒が判別され、エンジン回転速度Neが求められる。
【0027】
一方、ECU60の出力側には、上述の燃料噴射弁6、点火コイル8、スロットル弁14等の各種出力デバイスが接続されており、例えば、各A/Fセンサからの検出情報に基づき燃焼順(#1→#3→#4→#2)に燃焼空燃比(燃焼A/F)が設定されると、当該燃焼A/Fに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃焼順に燃料噴射弁6に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁14に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル8に出力される。これにより、燃料噴射弁6から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁14が適正な開度とされ、点火プラグ4により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【0028】
以下、このように構成された本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る触媒劣化判定の判定手法について説明する。
本発明に係る触媒劣化判定は、基本的には、従来と同様に触媒コンバータに流入する排気A/Fをリーン空燃比とリッチ空燃比間において変調させ、このときの触媒コンバータの酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定するものである。しかしながら、本発明では、従来と異なり、#1、#4気筒群側の燃焼A/Fと#2、#3気筒群側の燃焼A/Fとを一定期間毎にリーン空燃比側或いはリッチ空燃比側に切り換えるようにし、#1、#4気筒群側の排気A/Fと#2、#3気筒群側の排気A/Fをリーン空燃比とリッチ空燃比とに変調させるようにしている。
【0029】
つまり、#1気筒及び#4気筒が同一の燃焼A/Fとなり、#2気筒及び#3気筒が同一の燃焼A/Fとなるようにしてそれぞれ燃料を供給し、これら#1、#4気筒への燃料供給量と#2、#3気筒への燃料供給量とが一定期間毎に例えば一定の周期で増減するようにしている。
図3を参照すると、本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い本発明に係る触媒劣化判定の判定手順について詳細に説明する。
【0030】
触媒劣化判定が開始されると、先ずステップS10において、#1、#4気筒群側の燃焼A/Fひいては排気A/FをリーンA/Fとしている期間が所定期間T1継続しているか否かを判定する。所定期間T1は、予め運転条件(エンジン回転速度Ne、体積効率、触媒温度等)に応じて求められたマップ値(例えば、2〜6sec程度)とするが、固定値としてもよく、また、1サイクルより長ければよく、好ましくは排気A/FをリーンA/Fとしたときに#1、#4MCC24に吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超えるまでの期間、即ち排気A/Fの変調がミドルA/Fセンサ25で検出されるまでの期間よりも長くなるよう#1、#4MCC24の酸素ストレージ能力に応じて適宜設定されるのがよい。この場合、#1、#4MCC24の排気浄化性能が最適となるように或いは劣化を検出し易くなるようにエンジン1の運転条件(エンジン回転速度Ne、体積効率、触媒温度、排気温度、図示平均有効圧、正味平均有効圧、吸気マニホールド圧、冷却水温、始動時所定期間内か否か、触媒劣化度合い(走行距離等))に応じて所定期間T1を補正するのがよい。
【0031】
また、ここでは所定期間T1を時間で規定したが、エンジン1のサイクル数で規定するようにし、例えば150サイクルとするようにしてもよい。
ステップS10の判別結果が偽(No)で、#1、#4気筒群側の燃焼A/FをリーンA/Fとしている期間が所定時間T1に達していない場合には、ステップS12に進み、#1、#4気筒群側については燃焼A/FをリーンA/F側に変調させるとともに#2、#3気筒群側については燃焼A/FをリッチA/F側に変調させる。
【0032】
一方、ステップS10の判別結果が真(Yes)で、#1、#4気筒群側の燃焼A/FをリーンA/Fとしている期間が所定時間T1を超えたと判定された場合には、ステップS14に進み、今度は、#2、#3気筒群側の燃焼A/FをリーンA/Fとしている期間が所定期間T2継続しているか否かを判定する。所定期間T2は、ここでは上記所定期間T1と同様に、予め運転条件(エンジン回転速度Ne、体積効率、触媒温度等)に応じて求められたマップ値(例えば、2〜6sec程度)とするが、固定値としてもよく、また、1サイクルより長ければよく、好ましくは、上記同様、排気A/FをリーンA/Fとしたときに#2、#3MCC26に吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超えるまでの期間、即ち排気A/Fの変調がミドルA/Fセンサ27で検出されるまでの期間よりも長くなるよう#2、#3MCC26の酸素ストレージ能力に応じて適宜設定されるのがよい。この場合、やはり#2、#3MCC26の排気浄化性能が最適となるように或いは劣化を検出し易くなるようにエンジン1の運転条件(エンジン回転速度Ne、体積効率、図示平均有効圧、正味平均有効圧、吸気マニホールド圧、冷却水温、始動時所定期間内か否か、触媒劣化度合い(走行距離等))に応じて所定期間T2を補正するのがよい。
【0033】
また、ここでは所定期間T2を所定期間T1と同じに設定したが、所定期間T2と所定期間T1とは異なる期間であってもよく、上記同様に所定期間T2をエンジン1のサイクル数で規定するようにし、例えば150サイクルとするようにしてもよい。
ステップS14の判別結果が偽(No)で、#2、#3気筒群側の燃焼A/FをリーンA/Fとしている期間が所定時間T2に達していない場合には、ステップS16に進み、#1、#4気筒群側については燃焼A/FをリッチA/F側に変調させるとともに#2、#3気筒群側については燃焼A/FをリーンA/F側に変調させる。一方、ステップS14の判別結果が真(Yes)の場合には、再びステップS10に戻り、上記の判別を繰り返す。
【0034】
即ち、図4を参照すると、当該制御ルーチンを実行した場合の各気筒毎の排気A/F及び気筒群毎の排気A/F(R及び実線がリッチ空燃比側を示し、L及び破線がリーン空燃比側を示す)の時間変化がタイムチャートで示されているが、ここでは、同図に示すように、所定期間T1(ここでは説明の便宜上、例えば4サイクル)に亘って#1、#4気筒群側をリーンA/F側に#2、#3気筒群側をリッチA/F側に変調したら、次に所定期間T2(例えば4サイクル)に亘って#1、#4気筒群側をリッチA/F側に#2、#3気筒群側をリーンA/F側に変調するようにし、#1、#4MCC24に流入する排ガスの排気A/Fと#2、#3MCC26に流入する排ガスの排気A/Fとを比較的長い所定周期(T1+T2、ここでは8サイクル)で交互に切り換えて変調させるようにする(排気空燃比変更手段)。
【0035】
このように#1、#4MCC24や#2、#3MCC26に流入する排ガスの排気A/Fが比較的長い所定周期で変調されると、触媒劣化を検出すべきほどに触媒が劣化した場合、リーン空燃比時において#1、#4MCC24や#2、#3MCC26に吸蔵される酸素の量は酸素ストレージ能力を超えることになり、排気A/Fの変調をミドルA/Fセンサ25、27によって常に確実に検出可能となる。そして、排気A/Fの変調を常に確実に検出可能になると、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26の酸素ストレージ能力の低下はこれらミドルA/Fセンサ25、27の出力変化から容易に検出できるので、ミドルA/Fセンサ25、27の出力変化を監視することで、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26の酸素ストレージ能力の僅かな低下、即ち#1、#4MCC24や#2、#3MCC26の僅かな劣化をも確実に検出することが可能となる。
【0036】
ステップS12やステップS16を実行したら、ステップS18において、ミドルA/Fセンサ25、27の出力に変化が生じているか否かを検出する。具体的には、酸素ストレージ能力が低下すると、吸蔵されずに排出される酸素量が増加したり、或いは酸素が早期に飽和量に達して流出し始めるため、ミドルA/Fセンサ25、27の出力振動の振幅の経時変化、或いはミドルA/Fセンサ25、27の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を検出するようにする。
【0037】
そして、ステップS20において、ミドルA/Fセンサ25、27の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じているか否かを判別する。即ち、排出酸素量が増加して振幅が所定値以上に増大していないかどうか、或いは応答遅れ時間が所定時間以下となって酸素が早期に流出するようになっていないかどうかを判別する。判別結果が真(Yes)で、ミドルA/Fセンサ25、27の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には、ステップS22に進み、#1、#4MCC24或いは#2、#3MCC26が劣化していると判定する(劣化判定手段)。詳しくは、ミドルA/Fセンサ25の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には#1、#4MCC24が劣化していると判定し、ミドルA/Fセンサ27の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には#2、#3MCC26が劣化していると判定する。
【0038】
なお、応答遅れ時間で判別を行う場合には、排ガスがミドルA/Fセンサ25、27に到達するまでの時間を差し引いて補正するのがよい。
一方、ミドルA/Fセンサ25、27の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていないと判定された場合には、ステップS24に進み、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26は劣化なく正常に機能していると判定する。
【0039】
ところで、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26に流入する排ガスの排気A/Fが比較的長い所定周期で変調されると、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26ではNOxが十分に浄化されなくなる。しかしながら、上記図4を参照すると、併せてUCC30上流の排気A/Fの時間変化が示されているが、同図に示すように、集合管22aと集合管22bからの排ガスが合流して流れるUCC30上流部分では、排気A/Fは各気筒から気筒毎に排出される排ガスの排気A/Fであり、UCC30に流入する排ガスの排気A/Fの変調周期は短くなっており、従って、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26で浄化できなかったNOxは、当該UCC30によって確実に浄化される。
【0040】
つまり、本発明に係る触媒劣化判定の判定手法によれば、HCやCOのみならずNOxの浄化性能を確保しながら、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26の僅かな劣化をも確実に判定することが可能となる。
また、ステップS26では、下流リヤA/Fセンサ31の出力に変化が生じているか否かを上記ステップS18の場合と同様に検出する。つまり、下流リヤA/Fセンサ31の出力振動の振幅の経時変化、或いは下流リヤA/Fセンサ31の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を検出するようにする。
【0041】
そして、ステップS28において、上記ステップS20の場合と同様に、下流リヤA/Fセンサ31の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じているか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で、下流リヤA/Fセンサ31の出力振動の振幅、或いは応答遅れ時間に経時変化が生じていると判定された場合には、ステップS30に進み、UCC30が劣化していると判定する(劣化判定手段)。一方、下流リヤA/Fセンサ31の出力振動の振幅や応答遅れ時間に経時変化が生じていないと判定された場合には、ステップS32に進み、UCC30は劣化なく正常に機能していると判定する。
【0042】
なお、UCC30に関していえば、上述したようにUCC30に流入する排ガスの排気A/Fの変調周期は短くなるため、従来の問題点を含んでおり、劣化判定精度は上記#1、#4MCC24や#2、#3MCC26ほど高いものではない。しかしながら、UCC30においても少なくとも従来と同等の劣化判定精度は確保されることになるため、UCC30の劣化判定を上記#1、#4MCC24や#2、#3MCC26の劣化判定と併せて行うことにより、排気浄化装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【0043】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、触媒劣化判定を行う場合、好ましくはフロントA/Fセンサ21a、21bからの情報に基づき#1、#4MCC24や#2、#3MCC26にそれぞれ流入する排気A/Fをフィードバック制御するのがよく、また上流リヤA/Fセンサ29からの情報に基づいてUCC30に流入する排気A/Fをフィードバック制御するのがよい。さらに、下流リヤA/Fセンサ31からの情報に基づいてUCC30へ流入する排気A/Fをフィードバック制御するのがよく、ミドルA/Fセンサ25、27からの情報に基づいて、#1、#4MCC24や#2、#3MCC26へ流入する排気A/Fをフィードバック制御するのがよい。これにより、排気浄化性能をより一層高め、触媒の劣化判定精度を向上させることができる。
【0044】
また、好ましくは触媒劣化判定をUCC30が活性状態にあるときに限定して実施するのがよく、これによりUCC30で確実にNOxを浄化することができる。この場合、UCC30が活性状態にあるか否かは、例えば、UCC30が所定温度(例えば、300℃)以上であるか否か、或いはエンジン1の冷却水温が所定温度(例えば、40℃)以上であるか否か、或いはエンジン1の始動後所定時間(例えば、3min)経過したか否かで判定すればよく、その他の条件で判定するようにしてもよい。
【0045】
また、ミドルA/Fセンサの出力変化は、振幅或いは応答遅れ時間を含むものであればいかなる形式のものであってもよい。
また、触媒劣化判定を例えばエンジン1の定常運転時にのみ実施するようにしてもよい。これにより、エンジン1の出力性能に影響を与えることなく触媒劣化判定を確実に行うことができる。
【0046】
また、上記実施形態では、エンジン1として筒内噴射型火花点火式4サイクル4気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン1は多気筒であれば吸気管噴射型ガソリンエンジン、2サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等如何なるエンジンであってもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項1の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、例えば複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、他の上流側排気通路側の気筒群の各気筒を同一燃焼空燃比とし、一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換え、上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるので、上流側三元触媒コンバータの僅かな触媒劣化を確実に検出することができ、一方、下流側排気通路の下流側三元触媒コンバータについて見ればリッチ空燃比とリーン空燃比との変調周期を短くして上流側三元触媒コンバータで浄化できなかったNOxを下流側三元触媒コンバータで確実に浄化することができる。
【0048】
これにより、排気浄化性能を確保しながら三元触媒コンバータの僅かな劣化をも確実に判定することができる。
また、請求項2の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサを複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けることで、上流側三元触媒コンバータの全てについて上流側三元触媒コンバータ毎に確実に劣化を判定することができる。
【0049】
また、請求項3の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の振幅の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定することができる。
また、請求項4の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力振動の応答遅れ時間の経時変化を監視することで、上流側三元触媒コンバータの僅かな劣化を確実に判定することができる。
【0050】
また、請求項5の多気筒内燃機関の排気浄化装置によれば、下流側三元触媒コンバータについても従来通り劣化判定することができ、排気浄化装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多気筒内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図2】デュアル型エキゾーストマニホールドシステムを示す図である。
【図3】本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】触媒劣化判定の制御ルーチンを実行した場合の各気筒毎の排気A/F、気筒群毎の排気A/F及びUCC上流の排気A/Fの時間変化をそれぞれ示すタイムチャートである。
【図5】排気空燃比を変調させたときの中心空燃比を変化させた場合の排出NOxと変調周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
6 燃料噴射弁
20 排気マニホールド
22a 集合管(一の上流側排気通路)
22b 集合管(他の上流側排気通路)
24 三元触媒(MCC、上流側触媒コンバータ)
25 ミドルA/Fセンサ(上流側排気センサ)
26 三元触媒(MCC、上流側触媒コンバータ)
27 ミドルA/Fセンサ(上流側排気センサ)
28 排気管(下流側排気通路)
30 三元触媒(UCC、下流側触媒コンバータ)
31 下流リヤA/Fセンサ(下流側排気センサ)
60 電子コントロールユニット(ECU)
Claims (5)
- 多気筒内燃機関の複数の気筒群毎に設けられた複数の上流側排気通路と、
前記複数の上流側排気通路を集合して延びる下流側排気通路と、
前記複数の上流側排気通路にそれぞれ配設された複数の上流側三元触媒コンバータと、
前記下流側排気通路に配設された下流側三元触媒コンバータと、
前記上流側排気通路に前記上流側三元触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する上流側排気センサと、
前記複数の上流側排気通路のうちの一の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比と他の上流側排気通路に流入する排ガスの排気空燃比とを所定周期でリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り換える排気空燃比変更手段と、
前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記上流側三元触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、
を備え、
前記上流側三元触媒コンバータに流入する排ガスの排気空燃比をリーン空燃比とする期間は、該上流側三元触媒コンバータに吸蔵される酸素の量が酸素ストレージ能力を超える期間に設定されるとともに、
前記下流側三元触媒コンバータに流入する排気空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とで切り換わる周期は前記所定周期より短く設定されることを特徴とする多気筒内燃機関の排気浄化装置。 - 前記上流側排気センサは複数にして前記複数の上流側排気通路毎にそれぞれ個別に設けられており、前記劣化判定手段は、前記複数の上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記複数の上流側三元触媒コンバータ毎に劣化を判定することを特徴とする、請求項1記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
- 前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の振幅の経時変化であることを特徴とする、請求項1または2記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
- 前記上流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化は、前記排気空燃比変更手段による排気空燃比の切り換えによって生じる出力振動の応答遅れ時間の経時変化であることを特徴とする、請求項1または2記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
- さらに、前記下流側排気通路に前記下流側三元触媒コンバータの下流に位置して排気空燃比を検出する下流側排気センサを備え、
前記劣化判定手段は、前記下流側排気センサにより検出される排気空燃比の出力変化に基づき前記下流側三元触媒コンバータの劣化をも併せて判定することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか記載の多気筒内燃機関の排気浄化装置。
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