(57)【要約】 【課題】内燃機関の排気ガス浄化装置において、未燃成分の吸着・離脱性能の状態及び触媒活性化の状態を判定して、触媒の劣化判定をより精度良くする。【解決手段】制御手段１６は、内燃機関１の冷機始動時に、内燃機関１の始動完了時から計測を開始して、第１温度検出手段１３により検出された温度が触媒に吸着された未燃成分の脱離開始温度を越えるまでの経過時間が、第１設定値よりも長いかどうかを判定する第１判定手段１６Ａと、第１判定手段１６Ａにより経過時間が前記第１設定値以下であると判定された場合には、第２温度検出手段１４により検出された温度が前記脱離開始温度を越えて完全活性化温度に達するまでの期間が、第２設定値よりも長いかどうかを判定する第２判定手段１６Ｂと、第２判定手段１６Ｂにより前記期間が第２設定値よりも長いと判定された場合には、触媒が劣化していることの信号を発生する警告信号発生手段１６Ｃとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された排気ガス中の未燃成分を吸着する触媒を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記触媒の温度を検出するように少なくとも前記触媒の上流側部分の温度を検出する第１温度検出手段と前記触媒の中央部分の温度を検出する第２温度検出手段とを設け、前記内燃機関の冷機始動時に、前記内燃機関の始動完了時から計測を開始して、前記第１温度検出手段により検出された温度が前記触媒に吸着された未燃成分の脱離開始温度を越えるまでの経過時間が、第１設定値よりも長いかどうかを判定する第１判定手段と、この第１判定手段により前記経過時間が前記第１設定値以下であると判定された場合には、前記第２温度検出手段により検出された温度が前記脱離開始温度を越えて完全活性化温度に達するまでの期間が、第２設定値よりも長いかどうかを判定する第２判定手段と、この第２判定手段により前記期間が前記第２設定値よりも長いと判定された場合には、前記触媒が劣化していることの信号を発生する警告信号発生手段とを備えた制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置された排気ガス中の未燃成分を吸着する触媒を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記触媒の温度を検出するように少なくとも前記触媒の上流側部分の温度を検出する第１温度検出手段と前記触媒の中央部分の温度を検出する第２温度検出手段とを設け、前記内燃機関の冷機始動時に、前記内燃機関の始動完了時から測定を開始して、前記第１温度検出手段により検出された温度が前記触媒に吸着された未燃成分の脱離開始温度を越えるまでの経過時間が、第１設定値よりも長いかどうかを判定する第１判定手段と、この第１判定手段により前記経過時間が前記第１設定値以下であると判定された場合には、前記第２温度検出手段により検出された温度が前記脱離開始温度を越えて完全活性化温度に達するまでの期間が、第２設定値よりも長いかどうかを判定する第２判定手段とを備えて、この第２判定手段により前記期間が前記第２設定値よりも長いと判定された場合には、未燃成分の排出量低減制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に係り、特に触媒の劣化判定及び内燃機関の制御を実施する内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、内燃機関の排気通路に配置された排気ガス中の未燃成分を吸着する触媒を備えた排気ガス浄化装置を設けている。
【０００３】
従来、内燃機関の排気浄化装置には、排気ガス温度が所定値に達するまでの経過時間に基づき、触媒未活性時に未燃成分（ＨＣ）を吸着する吸着手段（吸着材）が劣化しているか否かを判別するものがある。
内燃機関の排気浄化装置の劣化判別装置には、内燃機関の排気管から分岐されたバイパス排気通路にＨＣ吸着材を備えた構造において、ＨＣ吸着材が劣化して吸着容量が低下すると、経過時間が減少することから、経過時間がしきい値未満のときに、ＨＣ吸着材が劣化したと判別するものがある。
内燃機関の排気浄化装置には、複数の吸着触媒を備えた構造において、各吸着触媒の状態を検知し、この検知した吸着触媒の状態に基づいて、活性を開始した触媒での空燃比が理論空燃比となるように空燃比のリーン化を行い触媒の浄化作用を有効に活用して脱離ＨＣを転化するものがある。
エンジンの制御方法及びその制御装置には、エンジンの排気系に、上流側から順次にＨＣ吸着触媒と三元触媒とを備えた構造において、低温始動時に供給混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その後、供給混合気の空燃比を理論空燃比に設定するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８７７３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９７６２８号公報
【特許文献３】特開２０００−２１３３号公報
【特許文献４】特開平５−１０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来、内燃機関の排気ガス浄化装置において、触媒が劣化したか否かの判定では、触媒の前後に装着した酸素濃度センサを用いて触媒中に含まれる酸素吸蔵材（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の酸素吸蔵能力（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）を測定して行っている場合に、触媒が大きく劣化した場合において判定可能であるが、ＨＣトラップ触媒等で、わずかな劣化で判定しなければならない場合には、その触媒の劣化判定をすることが困難になるという不都合があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、触媒内部で二以上の温度検出を行い、各検出点の温度変化を基に、吸着・離脱性能の状態及び触媒活性化の状態を判定し、触媒の劣化判定をより精度良く実施する内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気ガス中の未燃成分を吸着する触媒を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記触媒の温度を検出するように少なくとも前記触媒の上流側部分の温度を検出する第１温度検出手段と前記触媒の中央部分の温度を検出する第２温度検出手段とを設け、前記内燃機関の冷機始動時に、前記内燃機関の始動完了時から計測を開始して、前記第１温度検出手段により検出された温度が前記触媒に吸着された未燃成分の脱離開始温度を越えるまでの経過時間が、第１設定値よりも長いかどうかを判定する第１判定手段と、この第１判定手段により前記経過時間が前記第１設定値以下であると判定された場合には、前記第２温度検出手段により検出された温度が前記脱離開始温度を越えて完全活性化温度に達するまでの期間が、第２設定値よりも長いかどうかを判定する第２判定手段と、この第２判定手段により前記期間が前記第２設定値よりも長いと判定された場合には、前記触媒が劣化していることの信号を発生する警告信号発生手段とを備えた制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、触媒内部で二以上の温度検出を行い、各検出点の温度変化を基に、吸着・離脱性能の状態及び触媒活性化の状態を判定することにより、触媒の劣化判定をより精度良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】排気ガス浄化制御のフローチャートである。（実施例）
【図２】内燃機関の排気ガス浄化装置のシステム構成図である。（実施例）
【図３】第１温度（Ｔｃ１）の測定例を示すタイムチャートである。（実施例）
【図４】第２温度（Ｔｃ２）の測定例を示すタイムチャートである。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、触媒の劣化判定をより精度良くすることを、触媒内部で二以上の温度検出を行い、各検出点の温度変化を基に、吸着・離脱性能の状態及び触媒活性化の状態を判定して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図２において、１は車両に搭載される内燃機関、２は排気系の排気マニホルド、３は排気管、４は排気通路、５は排気ガス浄化装置である。
排気マニホルド２と排気管３との間には、上流側の触媒としてマニホルド直下触媒６が介設されている。
排気管３の途中には、下流側の触媒としてＨＣトラップ触媒７が、前記マニホルド直下触媒６よりも下流側で設けられている。ＨＣトラップ触媒７は、三元触媒機能を有し、排気通路４の排気ガス中の未燃成分（ＨＣ）を吸着するものである。
内燃機関１には、機関回転数を検出する機関回転数検出手段８と、機関負圧（ブースト）を検出する機関負圧検出手段９と、車両の速度を検出する車速検出手段１０と、内燃機関１の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段１１とが設けられている。
また、排気マニホルド２には、排気ガス温度（Ｔｇ）を検出（測定）する排気温度検出手段１２が設けられている。
【００１２】
ＨＣトラップ触媒７には、該ＨＣトラップ触媒７の温度を検出するように、上流側から下流側に向かって順次に、例えば、該ＨＣトラップ触媒７の上流側部分の温度（第１温度：Ｔｃ１）を検出（測定）する第１温度検出手段１３と、該ＨＣトラップ触媒７の中央部分の温度（第２温度：Ｔｃ２）を検出（測定）する第２温度検出手段１４と、該ＨＣトラップ触媒７の下流側部分の温度（第３温度：Ｔｃ３）を検出（測定）する第３温度検出手段１５とが設けられている。なお、ＨＣトラップ触媒７には、他の温度検出手段を増加して設けることも可能である。
機関回転数検出手段８と、機関負圧検出手段９と、車速検出手段１０と、冷却水温度検出手段１１と、排気温度検出手段１２と、第１〜第３温度検出手段１３〜１５とは、制御手段（ＥＣＵ）１６に連絡している。また、この制御手段１６には、警告手段としての警告灯１７と、内燃機関１に設けられた燃料噴射弁１８と点火装置１９とが連絡している。
【００１３】
制御手段１６は、内燃機関１の低温時に、所定条件下で燃料供給量を増加する等の冷機始動制御を実施するものである。
また、制御手段１６は、内燃機関１の冷機始動時に、内燃機関１の始動完了時から計測を開始して、第１温度検出手段１３により検出された温度である第１温度（Ｔｃ１）がＨＣトラップ触媒７に吸着された未燃成分（ＨＣ）の脱離開始温度（図３、図４のＰ１で示す）を越えるまでの経過時間（ＨＣトラップ触媒７の吸着・脱離時間：Ｆ（Ｔｃ１））が、第１設定値（ＨＣトラップ触媒７の吸着・脱離時間劣化判定閾値：Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）よりも長いかどうかを判定する第１判定手段１６Ａと、この第１判定手段１６Ａにより前記経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））が前記第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）以下であると判定された場合には、第２温度検出手段１４により検出された温度である第２温度（Ｔｃ２）が前記脱離開始温度（Ｐ１）を越えて完全活性化温度（図４のＰ２で示す）に達するまでの期間（ＨＣトラップ触媒７の活性化時間：Ｆ（Ｔｃ２））が、第２設定値（ＨＣトラップ触媒７の活性化時間劣化判定閾値：Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いかどうかを判定する第２判定手段１６Ｂと、この第２判定手段により前記期間（Ｆ（Ｔｃ２））が前記第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いと判定された場合には、ＨＣトラップ触媒７が劣化していることの信号を前記警告灯１７に発生する警告信号発生手段１６Ｃとを備えている。
また、制御手段１６は、前記第２判定手段１６Ｂにより前記期間（Ｆ（Ｔｃ２））が前記第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いと判定された場合には、未燃成分（ＨＣ）の排出量低減制御（空燃比（Ａ／Ｆ）リーン化、あるいは点火時期の遅角制御等を行う。
制御手段１６は、内燃機関１の制御をするように、空燃比制御を実施させる空燃比制御部１６Ｄと、点火時期を制御する点火時期制御部１６Ｅとを備えている。
【００１４】
つまり、上記の第１温度（Ｔｃ１）における測定では、図３に示すように、内燃機関１の冷機始動完了時（時間ｔ１）から第１温度（Ｔｃ１）がＨＣトラップ触媒７に吸着された未燃成分の脱離開始温度（Ｐ１）を越えるまでの経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））が、第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）（時間ｔ１〜時間ｔ３）よりも長いかどうかを判定するものであり、Ｆ（Ｔｃ１）（時間ｔ１〜時間ｔ４）＞Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔの場合は（図３のＡで示す）、ＨＣトラップ触媒７の温度が正常であり、一方、Ｆ（Ｔｃ１）（時間ｔ１〜時間ｔ２）＜Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔの場合には（図３のＢで示す）、ＨＣトラップ触媒７の温度が異常であるとする。
また、上記の第２温度（Ｔｃ２）における測定では、図４に示すように、内燃機関１の冷機始動完了時（時間ｔ１）から第２温度（Ｔｃ２）が前記脱離開始温度（Ｐ１）を越えて完全活性化温度（Ｐ２）に達するまでの期間（Ｆ（Ｔｃ２））が、第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）（時間ｔ３〜時間ｔ４）よりも長いかどうかを判定するものであり、Ｆ（Ｔｃ２）（時間ｔ３〜時間ｔ４）＜Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔの場合は（図４のＡで示す）、ＨＣトラップ触媒７の温度が正常であり、一方、Ｆ（Ｔｃ２）（時間ｔ２〜時間ｔ４）＞Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔの場合は（図４のＢで示す）、ＨＣトラップ触媒７の温度が異常であるとする。
【００１５】
次に、この実施例の作用を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、制御手段１６においてプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、各種信号として、機関回転数、機関負圧、冷却水温度、排気ガス温度（Ｔｇ）、上流側部分で検出された第１温度（Ｔｃ１）、中央部分で検出された第２温度（Ｔｃ２）、下流側部分で検出された第３温度（Ｔｃ３）等を取り込む（ステップＡ０２）。ここで、後述する劣化判定で用いる第２温度（Ｔｃ２）として、検出された第２温度（Ｔｃ２）と第３温度（Ｔｃ３）とを加えた値を平均した平均値とすることにより、その判定の精度を高めることが可能となる。
そして、冷機始動制御中か否かを判断し（ステップＡ０３）、このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））＞第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）か否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、ＨＣトラップ触媒７が正常とする（ステップＡ０５）。
一方、このステップＡ０４がＮＯの場合には、期間（Ｆ（Ｔｃ２））＞第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）か否かを判断する（ステップＡ０６）。
前記ステップＡ０６がＹＥＳの場合には、ＨＣトラップ触媒７の劣化が重大なものとし（ステップＡ０７）、警告灯１７を点灯してＨＣトラップ触媒７の交換が必要であることを知らせるとともに、例えば、空燃比をリーン化する内燃機関１の制御を実施する（ステップＡ０８）。
前記ステップＡ０６がＮＯの場合には、ＨＣトラップ触媒７が重大で無く単に劣化したとし（ステップＡ０９）、空燃比のリーン化、あるいは、点火時期の遅角等の内燃機関１の制御を実施する（ステップＡ１０）。
前記ステップＡ０３がＮＯの場合、前記ステップＡ０５の処理後、前記ステップＡ０８の処理後、又は前記ステップＡ１０の処理後は、プログラムをエンドとする（ステップＡ１１）。
【００１６】
即ち、この実施例においては、ＨＣトラップ触媒７の内部で二箇所以上の温度を検出し、各検出点の温度変化を基に、吸着・脱離性能の状態及び触媒活性化の状態を判定し、ＨＣトラップ触媒７の劣化程度をモニターする。これにより、既存の酸素吸蔵材（ＯＳＣ）による触媒劣化判定よりも精度よく触媒劣化を判定できる。そして、ＨＣトラップ触媒７の劣化状態を基に、ＨＣトラップ触媒７への浄化寄与度を推定し、劣化したと判定した場合に、内燃機関１の制御を始動時リーン化あるいは点火遅角制御等を行うようにする。このように、ＨＣトラップ触媒７の劣化レベルに合わせた内燃機関１の制御を導入することにより、有害物質の放出を抑制することができる。
【００１７】
具体的には、ＨＣトラップ触媒７の未燃成分（ＨＣ）の吸着・脱離過程において、脱離が進行するまで、触媒温度の上昇が小さい特性を利用し、ＨＣトラップ触媒７が劣化した場合に発生するＨＣトラップ量の減少、又は、トラップした未燃成分（ＨＣ）の脱離の低温化を判定することができる。
ＨＣトラップ触媒７は、始動時のマニホルド直下触媒６の活性化前の未燃成分（ＨＣ）を吸着し、ＨＣトラップ触媒７の温度上昇に伴い、吸着した未燃成分（ＨＣ）を浄化することから、冷機始動制御中か否かを判定する。
冷機始動制御中であれば、ＨＣトラップ触媒７の第１温度検出手段１３の第１温度（Ｔｃ１）が、内燃機関１の始動時からＨＣトラップ触媒７の脱離開始温度（Ｐ１）を超えるまでの経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））をモニターし、第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）以下であるかを判定し、この経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））が第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）よりも小さいようであれぱ、ＨＣトラップ触媒７が劣化したとみなし、空燃比（Ａ／Ｆ）制御のリーン化、あるいは、点火時期の遅角制御等を行うことにより、ＨＣトラップ触媒７が劣化しても、有害な未燃成分（ＨＣ）の排出量を低減させる制御とすることができ、併せて、ＨＣトラップ触媒７の劣化診断を行うことができる。
また、三元触媒機能を有するＨＣトラップ触媒７は、脱離した未燃成分（ＨＣ）を吸着位置より下流側で浄化することから、触媒内部複数個所の温度検出点は、浄化開始前において上流側検出点より遅れて昇温するが、未燃成分（ＨＣ）の脱離・浄化状態では上流側温度より急激に上昇する特性がある。この特性を利用し、三元触媒機能の劣化状態を判定する。
つまり、各種信号取り込み、冷機始動制御判定後に、冷機始動制御中において、ＨＣトラップ触媒７の第２温度（Ｔｃ２）をモニターし、この第２温度（Ｔｃ２）がＨＣトラップ触媒７の脱離開始温度（Ｐ１）を超えて、更に、完全活性化温度（Ｐ２）に達するまでの期間（Ｆ（Ｔｃ２））が、ＨＣトラップ触媒７の第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも短いか否かを判定する。この期間（Ｆ（Ｔｃ２））が第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長い場合には、ＨＣトラップ触媒７の浄化性能が劣化したと判断し、この場合、ＨＣトラップ触媒７を変換する必要があるため、警告灯１７を点灯させる。また、劣化したＨＣトラップ触媒７による有害汚染物質の排出量の増加は、空燃比をリーン化する制御等を用いることにより、防止することができる。
また、ＨＣトラップ触媒７の劣化程度を判定しながら、内燃機関１の制御を段階的に変更し、ＨＣトラップ触媒７が劣化した場合でも有害物質の排出を抑制する内燃機関１の制御に切り替える。具体的には、ＨＣトラップ触媒７の劣化程度に応じて、始動時の空燃比のリーン化、あるいは点火遅角による早期触媒活性化制御を段階的に入れるようにする。
【００１８】
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、触媒としてのＨＣトラップ触媒７の温度を検出するように少なくともＨＣトラップ触媒７の上流側部分の温度である第１温度（Ｔｃ１）を検出する第１温度検出手段１３とＨＣトラップ触媒７の中央部分の温度である第２温度（Ｔｃ２）を検出する第２温度検出手段１４とを設け、内燃機関１の冷機始動時に、内燃機関１の始動完了時から計測を開始して、第１温度検出手段１３により検出された第１温度（Ｔｃ１）がＨＣトラップ触媒７に吸着された未燃成分の脱離開始温度（Ｐ１）を越えるまでの経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））が、第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）よりも長いかどうかを判定する第１判定手段１６Ａと、この第１判定手段１６Ａにより前記経過時間（Ｆ（Ｔｃ１））が第１設定値（Ｆ（Ｔｃ１）ａｃｔ）以下であると判定された場合には、第２温度検出手段１４により検出された第２温度（Ｔｃ２）が前記脱離開始温度（Ｐ１）を越えて完全活性化温度（Ｐ２）に達するまでの期間（Ｆ（Ｔｃ２））が、第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いかどうかを判定する第２判定手段１６Ｂと、この第２判定手段１６Ｂにより前記期間（Ｆ（Ｔｃ２））が前記第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いと判定された場合には、ＨＣトラップ触媒７が劣化していることの信号を発生する警告信号発生手段１６Ｃとを備えた制御手段１６を設けている。
これにより、ＨＣトラップ触媒７の未燃成分（ＨＣ）の脱離浄化状態におけるＨＣトラップ触媒７の中央部分の温度変化特性（ＨＣトラップ触媒７の三元触媒機能が正常であれば、上流側温度よりも急激に上昇する）を利用して、ＨＣトラップ触媒７の三元触媒機能の劣化判定を行うことが可能である。
また、ＨＣトラップ触媒７のエリア（少なくとも上流側と、中央部分）により温度上昇特性の違う点を利用して、複数の判断基準（この実施例では、上流側温度特性と中央側温度特性）を用いて劣化制御を行っているので、ＨＣトラップ触媒７が劣化しているかどうかの判定の精度を高めることが可能である。
請求項２に係る発明では、上記の請求項１に係る発明の制御手段１６に、前記第２判定手段１６Ｂにより前記期間（Ｆ（Ｔｃ２））が前記第２設定値（Ｆ（Ｔｃ２）ａｃｔ）よりも長いと判定された場合には、未燃成分（ＨＣ）の排出量低減制御（空燃比のリーン化、あるいは点火時期の遅角制御等）を行うことを加えている。
これにより、未燃成分（ＨＣ）の吸着成分が劣化しても、空燃比がリーンになるように制御する空燃比制御等の内燃機関１の制御を用いることにより、未燃成分（ＨＣ）の排出量を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明に係る排気ガス浄化装置においては、ＨＣトラップ触媒のみでなく、三元触媒あるいはゼオライトを被覆したディーゼル用触媒等へ適用することも可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１  内燃機関
３  排気管
４  排気通路
５  排気ガス浄化装置
６  マニホルド直下触媒
７  ＨＣトラップ触媒
１３  第１温度検出手段
１４  第２温度検出手段
１５  第３温度検出手段
１６  制御手段
１６Ａ  第１判定手段
１６Ｂ  第２判定手段
１６Ｃ  警告信号発生手段
１７  警告灯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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