JP5022997B2 - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の劣化判定装置に関する。

従来の触媒の劣化判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この触媒は三元触媒であり、この劣化判定装置では、三元触媒の劣化の判定が以下のようにして行われる。まず、内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御することによって、三元触媒に酸素を吸着させる。この制御の開始から第１所定期間が経過したときに、三元触媒の吸着能力が限界に達したとして、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に切り換えることにより、還元剤としての未燃燃料を三元触媒に供給し、三元触媒に吸着している酸素と反応させる。その後、三元触媒の下流側の空燃比が上流側の空燃比にほぼ等しくなったときに、そのときの上流側空燃比と理論空燃比との差に、リッチ側への切換時からの経過時間（以下「第１時間」という）と、吸入空気量を乗算することによって、三元触媒に吸着していた第１酸素量を算出する。

次に、混合気の空燃比を再びリーン側に切り換える。その後、下流側空燃比が上流側空燃比にほぼ等しくなったときに、そのときの上流側空燃比と理論空燃比との差に、リーン側への切換時からの経過時間（以下「第２時間」という）と、吸入空気量を乗算することによって、第２時間内に三元触媒に吸着した第２酸素量を算出する。そして、算出した第１および第２酸素量の平均値を算出し、この平均値が小さいほど、三元触媒の劣化が進行していると判定する。

以上のように、従来の劣化判定装置では、空燃比をリーン側とリッチ側の間で切り換えた後、下流側空燃比が上流側空燃比に等しくなるまでの第１および第２時間に応じて算出した第１および第２酸素量に基づいて、三元触媒の劣化が判定される。しかし、三元触媒が劣化しておらず、正常でも、その活性状態が低いときには、未燃燃料が吸着した酸素と反応することなく、三元触媒をそのまま通過する（スリップする）ことがあり、空燃比のリッチ制御時にこのスリップ量が一時的に多くなると、吸着していた酸素が完全に消費されないうちに下流側空燃比が上流側空燃比に一時的に一致することがある。その場合、第１時間が短めに算出されるため、それに基づく劣化の判定を適切に行うことができず、劣化が進行していると誤判定するおそれがある。

また、三元触媒の劣化が進行していても、下流側空燃比が上流側空燃比に等しくならない限り、劣化の判定が行えないため、特に空燃比のリッチ制御中に、未燃燃料がスリップし続けてしまい、排ガス特性が低下する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、還元剤のスリップ量に応じた適切なタイミングで劣化の判定を行うことによって、その判定精度を向上させることができる触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。

特開平５−１３３２６４号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、内燃機関３の排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するとともに、排ガスを浄化する触媒７の劣化判定装置１であって、排気通路の触媒７よりも上流側における排ガス中の酸素濃度を表す上流側酸素濃度パラメータ（第１当量比ＫＡＣＴ１）を取得する上流側酸素濃度パラメータ取得手段（上流側ＬＡＦセンサ１２）と、排気通路の触媒７よりも下流側における排ガス中の酸素濃度を表す下流側酸素濃度パラメータ（第２当量比ＫＡＣＴ２）を検出する下流側酸素濃度パラメータセンサ（下流側ＬＡＦセンサ１３）と、触媒７に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気に制御可能な制御手段（ＥＣＵ２）と、制御手段により排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えた後、検出された下流側酸素濃度パラメータに応じて、触媒７を通過した還元剤の総量を表すスリップ量パラメータ（第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２）を算出するスリップ量パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図２のステップ４）と、算出されたスリップ量パラメータが所定のしきい値（所定値ｋｒｅｆ）に達したか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ２）と、排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えてからスリップ量パラメータがしきい値に達したと判定されるまでに得られた上流側酸素濃度パラメータと下流側酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて、触媒７の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１１）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の排気通路に設けられた触媒によって内燃機関から排出された排ガスが浄化される。また、この触媒は、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出する。本発明の劣化判定装置によれば、排気通路の触媒よりも上流側における排ガス中の酸素濃度を表す上流側酸素濃度パラメータが取得されるとともに、排気通路の触媒よりも下流側における排ガス中の酸素濃度を表す下流側酸素濃度パラメータが検出される。また、触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えた後、検出された下流側酸素濃度パラメータに応じて、触媒を通過した還元剤の総量を表すスリップ量パラメータを算出する。

触媒が正常でかつ活性状態にある場合、排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えると、触媒に貯蔵されていた酸素が放出され、還元剤と反応するため、還元剤はほとんどスリップせず、それにより、触媒の下流側における排ガス中の酸素濃度はほとんど変化しない。これに対して、触媒が劣化している場合、還元剤はスリップし、劣化度合いが高いほど、スリップ量が多くなるので、触媒の下流側における排ガス中の酸素濃度は低くなる。このように、下流側の酸素濃度はスリップ量を良好に表すため、下流側酸素濃度パラメータに応じて、スリップ量パラメータを適切に算出することができる。そして、算出されたスリップ量パラメータが所定のしきい値に達したと判定されたときに、排ガスを還元雰囲気に切り換えてからそのときまでに得られた上流側酸素濃度パラメータと下流側酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて、触媒の劣化を判定する。

排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えると、触媒の上流側では、酸素濃度が直ちに低くなるため、上流側酸素濃度パラメータは、触媒に流入する還元剤量を表す。一方、下流側酸素濃度パラメータはスリップ量を表す。また、貯蔵された酸素の消費が進むにつれて還元剤のスリップ量が多くなるため、スリップ量パラメータも大きくなる。したがって、スリップ量パラメータが所定のしきい値に達したときに、触媒に貯蔵されていた酸素が完全に消費されたとみなすことができる。このため、そのときまでに得られた上流側酸素濃度パラメータと下流側酸素濃度パラメータを比較することによって、劣化の判定を適切に行うことができ、その判定精度を向上させることができる。

また、触媒に貯蔵されていた酸素が完全に消費されたか否かの判定を、スリップ量パラメータに基づいて行うので、触媒の活性状態が低く、還元剤が一時的にスリップするような不安定な状態においても、その影響を受けることなく、適切なタイミングで劣化判定を行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による触媒の劣化判定装置１、およびこれを適用した内燃機関３を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ａには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。

このインジェクタ６は、燃焼室３ｂの天壁中央部に配置されており、燃料タンク（図示せず）の燃料を燃焼室３ｂに噴射する。インジェクタ６からの燃料噴射量は、後述するＥＣＵ２によって設定され、ＥＣＵ２からの駆動信号により、設定した燃料噴射量が得られるように、インジェクタ６の開弁時間が制御される。

エンジン３には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

吸気管４には、エアフローセンサ１１が設けられており、このエアフローセンサ１１は、エンジン３に吸入される吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、触媒７が設けられている。この触媒７は、例えば三元触媒で構成されており、流入する排ガスが、その酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに、排ガス中の酸素を貯蔵する。一方、排ガス中のＨＣやＣＯが多く、排ガスが、その酸素濃度が低い還元雰囲気にあるときに、触媒７は、貯蔵していた酸素を放出するとともに、放出した酸素により排ガス中のＨＣやＣＯを酸化させることによって、排ガスを浄化する。

また、排気管５には、触媒７の上流側および下流側に、上流側ＬＡＦセンサ１２および下流側ＬＡＦセンサ１３がそれぞれ設けられている。この上流側ＬＡＦセンサ１２は、ジルコニアなどで構成されており、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリッチ領域からリーン領域までの広範囲な領域において、触媒７よりも上流側における排ガス中の酸素濃度（以下「上流側酸素濃度」という）をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。下流側ＬＡＦセンサ１３も、上流側ＬＡＦセンサ１２と同様、ジルコニアなどで構成されており、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリッチ領域からリーン領域までの広範囲な領域において、触媒７よりも下流側における排ガス中の酸素濃度（以下「下流側酸素濃度」という）をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２は、上流側ＬＡＦセンサ１２からの検出信号に基づいて、触媒７の上流側における排ガス中の還元剤（未燃燃料）の濃度と酸素の濃度との比を表す第１当量比ＫＡＣＴ１を、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに算出する。この場合、第１当量比ＫＡＣＴ１は、混合気の燃空比と理論燃空比との比として算出される。これにより、第１当量比ＫＡＣＴ１は、上流側酸素濃度が理論燃空比に相当するときに、値１．０になり、理論燃空比に相当する値よりも低いときに、１．０よりも大きな値になり、理論燃空比に相当する値よりも高いときに、１．０よりも小さな値になる。

同様に、下流側ＬＡＦセンサ１３からの出力に基づいて、触媒７の下流側における排ガス中の還元剤（未燃燃料）の濃度と酸素の濃度との比を表す第２当量比ＫＡＣＴ２を、上記の所定時間ごとに算出する。この場合、第２当量比ＫＡＣＴ２は、第１当量比ＫＡＣＴ１と同様、混合気の燃空比と理論燃空比との比として算出される。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されており、前述した各種のセンサ１０〜１３からの検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別し、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御などの各種の制御処理を実行するとともに、後述するように、触媒７の劣化判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御手段、スリップ量パラメータ算出手段、判定手段および劣化判定手段に相当する。

図２は、この触媒７の劣化判定処理を示すフローチャートである。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。また、この劣化判定処理を実行するに際し、次のような混合気の空燃比制御が行われる。すなわち、このエンジン３は、ディーゼルエンジンであるため、通常、ＥＣＵ２による燃料噴射量制御により、空燃比が理論空燃比よりもリーン側のリーン運転が行われており、それにより、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも小さな酸化雰囲気に制御されている。劣化判定処理を行う場合には、その状態から空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することで、排ガスを、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０よりも大きな還元雰囲気に制御する。以下、このように排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換え、維持する制御を「排ガス還元制御」という。なお、劣化判定処理は、エンジン３が安定した所定の運転状態にあり、かつＥＣＵ２および各種のセンサ１０〜１３が正常であることを条件として実行される。

まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この判定条件成立フラグＦ＿ＪＵＤは、排ガス還元制御中、触媒７の劣化判定条件が成立しているときに「１」にセットされるものである。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、触媒７の劣化判定条件が成立しているときには、後述する第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判別する（ステップ２）。この判別結果がＮＯのときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し（ステップ３および４）、本処理を終了する。ここで、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、触媒７に流入する排ガスが還元雰囲気になった後に触媒７に流入した還元剤の総量を表し、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、触媒７を通過した排ガスが還元雰囲気になった後に触媒７を通過した（スリップした）還元剤の総量を表す。

図３は、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の算出処理のサブルーチンを示している。本処理では、まず、ステップ２１において、第１当量比ＫＡＣＴ１と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ１−１．０）を第１偏差ＤＫ１として算出する。次に、第１偏差ＤＫ１が値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＮＯのときには、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を値０にリセットし（ステップ２３）、本処理を終了する。

一方、ステップ２２の判別結果がＹＥＳのときには、第１偏差ＤＫ１および吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（１）に従って、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１を算出し（ステップ２４）、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ１Ｚは第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の前回値である。

以上のように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、ＤＫ１＞０すなわちＫＡＣＴ１＞１．０であるときに、第１偏差ＤＫ１と吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、触媒７に流入する排ガスが還元雰囲気になった後に触媒７に流入した還元剤の総量に相当する。

図４は、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の算出処理のサブルーチンを示している。本処理では、まず、ステップ３１において、第２当量比ＫＡＣＴ２と値１．０との偏差（＝ＫＡＣＴ２−１．０）を第２偏差ＤＫ２として算出する。次に、第２偏差ＤＫ２が値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ３２）。

この判別結果がＮＯのときには、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を値０にリセットし（ステップ３３）、本処理を終了する。

一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳのときには、第２偏差ＤＫ２および吸入空気量ＧＡＩＲを用い、次式（２）に従って、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２を算出し（ステップ３４）、本処理を終了する。

ここで、ｓｕｍｋａｃｔ２Ｚは第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の前回値である。

以上のように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、ＤＫ２＞０すなわちＫＡＣＴ２＞１．０であるときに、第２偏差ＤＫ２と吸入空気量ＧＡＩＲとの積を積算することによって算出されるので、触媒７を通過した排ガスが還元雰囲気に切り換えられた後に触媒７を通過した還元剤の総量に相当する。

図２に戻り、前記ステップ２の判別結果がＹＥＳで、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２＞所定値ｋｒｅｆのときには、触媒７をスリップした還元剤のスリップ量が多く、触媒７に貯蔵されていた酸素が、触媒７に流入した排ガス中の還元剤との酸化反応によって完全に消費されたとして、第１当量比変化量ＤＫＡＣＴ１が所定値ＫＲＥＦ１よりも小さいか否かを判別する（ステップ５）。この第１当量比変化量ＤＫＡＣＴ１は、第１当量比の今回値と前回値との差の絶対値（＝｜ＫＡＣＴ１−ＫＡＣＴ１Ｚ｜）として算出される。この判別結果がＮＯのときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が定常状態に達していないとして、後述するステップ７に進む。

一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳのときには、第１当量比ＫＡＣＴ１が定常状態に達したとして、第１当量比ＫＡＣＴ１の平均値（以下「第１当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ１を算出し（ステップ６）、ステップ７に進む。この第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出は、具体的には以下のように行われる。

すなわち、ＤＫＡＣＴ１＜ＫＲＥＦ１が成立した時点以降に得られた第１当量比ＫＡＣＴ１を、制御タイミングごとにサンプリングし、そのサンプリング数が所定値ｎ（例えば１００）に達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均することによって、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１を算出する。また、第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１の算出が終了したときに、そのことを表すために、第１平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１を「１」にセットする。

前記ステップ５または６に続くステップ７では、第２当量比変化量ＤＫＡＣＴ２が所定値ＫＲＥＦ２よりも小さいか否かを判別する。この第２当量比変化量ＤＫＡＣＴ２は、第２当量比の今回値と前回値との差の絶対値（＝｜ＫＡＣＴ２−ＫＡＣＴ２Ｚ｜）として算出される。この判別結果がＮＯのときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達していないとして、後述するステップ９に進む。

一方、ステップ７の判別結果がＹＥＳのときには、第２当量比ＫＡＣＴ２が定常状態に達したとして、第２当量比ＫＡＣＴ２の平均値（以下「第２当量比平均値」という）ａｖｅｋａｃｔ２を算出し（ステップ８）、ステップ９に進む。この第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出は、具体的には以下のように行われる。

すなわち、ＤＫＡＣＴ２＜ＫＲＥＦ２が成立した時点以降に得られた第２当量比ＫＡＣＴ２を、制御タイミングごとにサンプリングし、そのサンプリング数が前述した所定値ｎに達したときに、ｎ個のサンプリング値を相加平均することによって、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２を算出する。また、第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ２の算出が終了したときに、そのことを表すために、第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ２を「１」にセットする。

前記ステップ７または８に続くステップ９では、第１および第２平均演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１，Ｆ＿ＡＶＥ２がいずれも「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，ａｖｅｋａｃｔ２の少なくとも一方が算出されていないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ９の判別結果がＹＥＳで、第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，ａｖｅｋａｃｔ２の双方が算出されているときには、第１および第２平均値演算終了フラグＦ＿ＡＶＥ１，Ｆ＿ＡＶＥ２をいずれも「０」にリセットした（ステップ１０）後、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を実行し（ステップ１１）、本処理を終了する。

図５は、この触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧの設定処理を示すサブルーチンを示している。本処理では、まず、ステップ４１において、第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，２と第１および第２当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１，２を用い、次式（３）に従って、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを算出する。

この触媒酸素貯蔵能ＯＳＣは、触媒７の酸素貯蔵能力を表すものであり、その算出式として上式（３）を用いるのは以下の理由による。すなわち、式（３）を変形すると、次式（４）が得られる。

この式（４）から明らかなように、その右辺の括弧内の第２項は、２つの当量比平均値の比ａｖｅｋａｃｔ１／ａｖｅｋａｃｔ２を第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２に乗算した値であり、これは、上流側ＬＡＦセンサ１２の出力と下流側ＬＡＦセンサ１３の出力とが互いに同じ感度になるように、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２をゲイン補正した値に相当する。

前述したように、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１は、触媒７に流入する排ガスが還元雰囲気になった後に触媒７に流入した還元剤の総量を表し、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２は、触媒７を通過した排ガスが還元雰囲気になった後に触媒７を通過した還元剤の総量を表す。このため、第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１と、上記のようにゲイン補正した第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２との差（すなわち式（４）の右辺の括弧内の値）は、還元雰囲気の排ガスが触媒７を通過した際、触媒７に貯蔵されていた酸素によって酸化された還元剤の総量を表すことになる。したがって、前述した式（４）すなわち式（３）により、そのような差を第１当量比平均値ａｖｅｋａｃｔ１で除算することによって、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが算出されるので、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣを触媒７の酸素貯蔵能力を適切に表す値として算出できる。

ステップ４１に続くステップ４２では、触媒酸素貯蔵能ＯＳＣが所定の判定値ＯＳＣＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、触媒７が劣化していないとし、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」にセットした（ステップ４３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ４２の判別結果がＮＯのときには、触媒７が劣化しているとし、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」にセットした（ステップ４４）後、本処理を終了する。

以下、図６を参照しながら、触媒７が劣化していない場合に上述した排ガス還元制御によって得られる動作例を説明する。この例では、タイミングｔ１において、触媒７に流入する排ガスが酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換わると、第１当量比ＫＡＣＴ１が値１．０を上回るようになるとともに、それに応じて、触媒７に流入した還元剤の総量を表す第１還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１の積算が開始される（ステップ２４）。

また、第２当量比ＫＡＣＴ２は、値１．０を上回るまでは（ｔ１〜ｔ２）、第１当量比ＫＡＣＴ１に対し、排ガスが上流側ＬＡＦセンサ１２から下流側ＬＡＦセンサ１３に到達するまでに要する時間、遅れて上昇する。そして、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０を上回ると（ｔ２）、触媒７を通過した還元剤の総量を表す第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２の積算が開始される（ステップ３４）。また、第２当量比ＫＡＣＴ２が値１．０を超えると、触媒７の近傍の酸素濃度がその内部の酸素濃度よりも小さくなることによって、酸素濃度の平衡を保つように、触媒７に貯蔵されていた酸素が放出されるとともに、放出された酸素により排ガス中の還元剤が酸化される。その結果、第２当量比ＫＡＣＴ２は、値１．０を若干、超えた状態のまま、ほとんど上昇せずに推移する（ｔ２〜ｔ３）。

その後、触媒７に貯蔵されていた酸素が完全に消費されると（ｔ３以降）、第２当量比ＫＡＣＴ２は、急上昇した後、定常状態に達する。このように、触媒７に貯蔵された酸素の消費が進むにつれて、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が大きくなり、所定値ｋｒｅｆに達したときに（ｔ４）、触媒７の劣化判定を実行する。この劣化判定は、それまでに算出された第１および第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ１，２を用いて行われるので、劣化の判定を適切に行うことができ、その判定精度を向上させることができる。

また、第２還元剤量積算値ｓｕｍｋａｃｔ２が所定値ｋｒｅｆに達しない限りは、触媒７の劣化判定を行わないので、還元剤が一時的にスリップするような不安定な状態においても、その影響を受けることなく、適切なタイミングで劣化判定を行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、上流側酸素濃度を、上流側ＬＡＦセンサ１２で直接、検出しているが、これに限らず、他の適当なパラメータ、例えば燃料噴射量および吸入空気量などに応じて推定してもよい。また、実施形態では、上流側および下流側酸素濃度パラメータとして、第１および第２当量比ＫＡＣＴ１，ＫＡＣＴ２をそれぞれ用いているが、排ガス中の酸素濃度を表すパラメータであれば、他の任意のパラメータを用いてもよい。例えば、排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度は、酸素濃度と相関関係にあるので、触媒７よりも上流側および下流側における排ガス中の還元剤の濃度を、上流側および下流側の酸素濃度パラメータとしてそれぞれ用いてもよい。

さらに、実施形態では、酸化雰囲気から還元雰囲気への排ガスの制御を、燃焼室３ａへの燃料噴射量を制御することによって行っているが、還元剤としての燃料や尿素などを、排気管５の上流側ＬＡＦセンサ１２よりも上流側に直接、供給することによって行ってもよい。

また、実施形態では、触媒７は三元触媒であるが、排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵し、貯蔵した酸素を還元雰囲気のときに放出するとともに、排ガスを浄化するタイプの触媒であれば、他の任意の触媒を用いてもよい。例えば、酸化触媒や、酸化雰囲気のときに排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気のときに還元するＮＯｘ触媒を用いてもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による触媒の劣化判定装置、およびこれを適用した内燃機関を概略的に示す図である。 劣化判定処理を示すフローチャートである。 第１還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 第２還元剤量積算値の算出処理を示すサブルーチンである。 触媒劣化フラグの設定処理を示すサブルーチンである。 触媒が劣化していない場合に排ガス還元制御によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（制御手段、スリップ量パラメータ算出手段、判定手段および劣化判定手
段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気通路）
７ 触媒
１２ 上流側ＬＡＦセンサ（上流側酸素濃度パラメータ取得手段）
１３ 下流側ＬＡＦセンサ（下流側酸素濃度パラメータセンサ）
ｋｒｅｆ 所定値（所定のしきい値）
ＫＡＣＴ１ 第１当量比（上流側酸素濃度パラメータ）
ＫＡＣＴ２ 第２当量比（下流側酸素濃度パラメータ）
ｓｕｍｋａｃｔ２ 第２還元剤量積算値（スリップ量パラメータ）

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排ガスが酸化雰囲気のときに排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、当該貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するとともに、排ガスを浄化する触媒の劣化判定装置であって、
   前記排気通路の前記触媒よりも上流側における排ガス中の酸素濃度を表す上流側酸素濃度パラメータを取得する上流側酸素濃度パラメータ取得手段と、
   前記排気通路の前記触媒よりも下流側における排ガス中の酸素濃度を表す下流側酸素濃度パラメータを検出する下流側酸素濃度パラメータセンサと、
   前記触媒に流入する排ガスを酸化雰囲気と還元雰囲気に制御可能な制御手段と、
   当該制御手段により排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えた後、前記検出された前記下流側酸素濃度パラメータに応じて、前記触媒を通過した還元剤の総量を表すスリップ量パラメータを算出するスリップ量パラメータ算出手段と、
   当該算出されたスリップ量パラメータが所定のしきい値に達したか否かを判定する判定手段と、
   前記排ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り換えてから前記スリップ量パラメータが前記しきい値に達したと判定されるまでに得られた前記上流側酸素濃度パラメータと前記下流側酸素濃度パラメータとの比較結果に基づいて、前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする触媒の劣化判定装置。

Images