(57)【要約】【課題】未燃燃料成分吸着触媒が劣化しているか否か判定できるようにする。【解決手段】  未燃燃料成分吸着剤と酸素吸着剤とを有する未燃燃料成分吸着触媒１３と、未燃燃料成分吸着触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段１７と、未燃燃料成分吸着触媒１３の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段１８と、運転中の内燃機関１０への燃料供給を休止する燃料カット手段２１と、燃料供給休止の解除後、排気空燃比を通常運転時よりもリッチ化させる還元剤増量手段２３と、上流側空燃比の変化が検出されるまでの期間である第１期間と、下流側空燃比の変化が検出されるまでの期間である第２期間とに基づいて、未燃燃料成分吸着触媒１３の劣化を判定する劣化判定手段２５とを備えて構成する。【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設され、排気中の未燃燃料成分を吸着する未燃燃料成分吸着剤と酸素を吸着する酸素吸着剤とを有する未燃燃料成分吸着触媒と、
該未燃燃料成分吸着触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
該未燃燃料成分吸着触媒の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
運転中の該内燃機関への燃料供給を休止する燃料カット手段と、
該燃料カット手段による燃料供給休止の解除に伴い、該排気中の還元剤を通常運転時よりも増量する還元剤増量手段と、
該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該還元剤増量手段により該排気の還元剤増量に起因して生じた該上流側空燃比の変化が該上流側空燃比検出手段により検出されるまでの期間である第１期間と、該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該還元剤増量手段により該排気の還元剤増量に起因して生じた該下流側空燃比の変化が検出されるまでの期間である第２期間とに基づいて、該未燃燃料成分吸着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、未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項２】
該内燃機関をアイドル運転させるアイドル運転手段を備え、
該劣化判定手段は、該アイドル運転手段により該第２期間中継続して該内燃機関がアイドル運転されたことを該未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定の実行条件とする
ことを特徴とする、請求項１記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項３】
該内燃機関の該排気通路において該未燃燃料成分吸着触媒の上流側に配設され、該排気中の酸素を蓄積する酸素吸着剤を有する酸素吸着触媒を備える
ことを特徴とする、請求項１または２記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項４】
該還元剤増量手段は、該排気の空燃比をリッチ化することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項５】
該燃料カット手段による燃料供給休止の解除後に該排気の流量を通常運転時よりも増大させる排気流量調整手段を備える
ことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項に記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項６】
該還元剤増量手段は、該第２期間中のアイドル回転数を通常のアイドル回転数よりも大きく設定することを特徴とする請求項５記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【請求項７】
該劣化判定手段は、該第１期間と該第２期間との差が所定値以下の時に該未燃燃料成分吸着触媒を劣化と判定することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未燃成分吸着触媒の判定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンから大気へ排出される排ガスを低減するために触媒が使用されているが、この触媒は徐々に劣化し浄化性能が低下する。このため、触媒の浄化性能、即ち、触媒の劣化度合いを適時判定することが必要となる。
このような触媒の劣化度合い判定のための技術の１つしては、例えば、図６および図７に示すような技術が挙げられ、この例においては、図示しないエンジンから排出された排気は、排気通路１０１内に設けられた三元触媒〔ＴＷＣ（Three-Way Catalyst）〕１０２によって浄化された後に大気へ放出されるようになっている。
【０００３】
また、この排気通路１０１には、三元触媒１０２の入口と出口とにそれぞれＯ2センサ１０３，１０４が設けられており、三元触媒１０２に流入する排気の空燃比と、三元触媒１０２から排出される排気の空燃比とをそれぞれ検出できるようになっている。
また、この三元触媒１０２には酸素吸着剤（Oxygen Storage Component、以下、「ＯＳＣ剤」という）が含まれており、排気に含まれる酸素を吸着することができるようになっている。
【０００４】
そして、三元触媒１０２の劣化度合いは、このＯＳＣ剤の劣化の度合いに対応することが知られており、この図６および図７に示す技術においても、このＯＳＣ剤の劣化度合いを検出することで三元触媒１０２の劣化度合いを検出する手法を採っている。
この手法について説明すると、まず、エンジンの燃料噴射量などを周期的に変化させる。これにより、上流側Ｏ2センサ１０３によって検出される空燃比が周期的に変化する（図６の符号Ａ1参照）。
【０００５】
このとき、ＯＳＣ剤が劣化しておらず正常に機能していれば、排気が酸素過剰雰囲気（リーン）となったときにはＯＳＣ剤により排気中の酸素が吸着され、また、排気が酸素不足雰囲気（リッチ）となったときにはＯＳＣ剤に吸着されていた酸素が排気中に放出されるようになっている。つまり、このＯＳＣ剤により、空燃比の変動を抑制することができるようになっている（図６符号Ａ2参照）。
【０００６】
ところが、ＯＳＣ剤が劣化している場合には、ＯＳＣ剤が酸素を吸着したり放出したりすることが十分にできなくなるため、三元触媒１０２の上流側で生じた空燃比の変動を抑制することができなくなる（図７符号Ａ3およびＡ4参照）。
このように、図６および図７に示す例においては、排気空燃比を周期的に変化させた場合に、ＯＳＣ剤の劣化度合いによって生じる上流側Ｏ2センサ１０３と下流側Ｏ2センサ１０４との検出値の違いに基づいて、三元触媒１０２の劣化度合いを判定することができるようになっている。
【０００７】
他方、触媒の浄化性能判定のための技術の他例として、以下の特許文献１記載の技術が存在する。
この特許文献１には、触媒の上流側と下流側とのそれぞれにＯ2センサを設け、減速料カット後の燃料復帰時に、これらのＯ2センサによって計測された値が、それぞれ判定値を越えるまでの応答時間のズレに応じて、触媒の劣化を判定する旨が記載されている。
【０００８】
この特許文献１による技術も、図６および図７を用いて説明したように、ＯＳＣ剤の劣化度合いに基づいて触媒の劣化を判定する手法と原則的には同様の手法を採っている。また、燃料カット後の燃料復帰時に触媒の劣化判定を行なうことで、その判定精度を高めることを狙っている。
【特許文献１】特開平６−８１６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図６および図７に示す手法によって、三元触媒１０２の劣化度合いを検出する手法を採った場合には、図８に示すように、三元触媒１２２，１２３，１２４を複数直列に配設した場合には、個々の三元触媒１２２，１２３，１２４の劣化度合いを検出することはできないという課題がある。この点、以下のように説明する。
図８に示すように、排気通路中１２１には第１三元触媒１２２，第２三元触媒１２３，第３三元触媒１２４が配設されている。また、これらの第１〜第３三元触媒１２２，１２３，１２４は、上流側から、第１三元触媒１２２，第２三元触媒１２３，第３三元触媒１２４という順番に並んでいる。なお、これらの第１〜第３三元触媒１２２，１２３，１２４には、それぞれ、ＯＳＣ剤が含まれている。
【００１０】
そして、第１三元触媒１２２の上流側には第１Ｏ2センサ１２５が配設され、また、第１三元触媒１２２の下流側で且つ第２三元触媒１２３の上流側には第２Ｏ2センサ１２６が配設されている。また、第２三元触媒１２３の下流側で且つ第３三元触媒１２４の上流側には第３Ｏ2センサ１２７が配設され、さらに第３三元触媒１２３の下流側には第４Ｏ2センサ１２８が配設されている。
【００１１】
したがって、排気空燃比を周期的に変化させた場合には、第１Ｏ2センサ１２５によって、排気空燃比の周期的変化が検出される（図８の符号Ｂ1参照）。
そして、第１三元触媒１２２のＯＳＣ剤が劣化していない場合には、この第１三元触媒１２２のＯＳＣ剤が機能することで、第１三元触媒１２２から下流に放出される排気の空燃比変化が小さくなる（図８中符号Ｂ2参照）。このため、第２Ｏ2センサ１２６によって検出される空燃比変化、第３Ｏ2センサ１２７によって検出される空燃比変化、そして、第４Ｏ2センサ１２８によって検出される空燃比変化は小さくなる（図８中符号Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4参照）。このため、これらの第２〜第４Ｏ2センサ１２６，１２７，１２８による検出結果の差異を比較することは困難となる。
【００１２】
つまり、上流側の触媒（例えば、第１三元触媒１２２）が劣化していない場合には、下流側の触媒（例えば、第２三元触媒１２３や第３三元触媒１２４）の劣化を検出することはできない。
他方、単に触媒といっても、様々な触媒が存在しており、上記の特許文献１によって示されている技術を全ての触媒に適用できるとはいえない。特に、排気中の未燃燃料成分であるＨＣ（炭化水素；ハイドロカーボン）を吸着し得る触媒であるＨＣトラップ触媒（未燃燃料成分吸着触媒）の劣化を検出することは困難である。
【００１３】
つまり、ＨＣトラップ触媒によって吸着される排気中のＨＣはＯＳＣ剤によって吸着された酸素を排気中に放出させるための還元剤としての機能を有している。したがって、特許文献１の技術をそのまま適用したとしても、ＨＣトラップ触媒の劣化を判定することはできない。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、未燃燃料成分吸着触媒が劣化しているか否か判定することができる、未燃燃料成分吸着触媒の判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置（請求項１）は、内燃機関の排気通路に配設され、排気中の未燃燃料成分を吸着する未燃燃料成分吸着剤と酸素を吸着する酸素吸着剤とを有する未燃燃料成分吸着触媒と、該未燃燃料成分吸着触媒の上流側の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、該未燃燃料成分吸着触媒の下流側の空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、運転中の該内燃機関への燃料供給を休止する燃料カット手段と、該燃料カット手段による燃料供給休止の解除に伴い、該排気の空燃比を通常運転時よりもリッチ化させる空燃比調整手段と、該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該空燃比調整手段により該排気の空燃比のリッチ化に起因して生じた該上流側空燃比の変化が該上流側空燃比検出手段により検出されるまでの期間である第１期間と、該燃料カット手段による燃料供給の休止解除から該空燃比調整手段により該排気の空燃比のリッチ化に起因して生じた該下流側空燃比の変化が検出されるまでの期間である第２期間とに基づいて、該未燃燃料成分吸着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している。
【００１５】
また、請求項２記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項１記載の内容において、該内燃機関をアイドル運転させるアイドル運転手段を備え、該劣化判定手段は、該アイドル運転手段により該第２期間中継続して該内燃機関がアイドル運転されたことを該未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定の実行条件とすることを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項１または２記載の内容において、該内燃機関の該排気通路において該未燃燃料成分吸着触媒の上流側に配設され、該排気中の酸素を蓄積する酸素吸着剤を有する酸素吸着触媒を備えることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項４記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項１〜３いずれか１項に記載の内容において、該還元剤増量手段は、該排気の空燃比をリッチ化することを特徴としている。
また、請求項５記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項１〜４いずれか１項記載の内容において、該燃料カット手段による燃料供給休止の解除後に該排気の流量を通常運転時よりも増大させる排気流量調整手段を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項５記載の内容において、該還元剤増量手段は、該第２期間中のアイドル回転数を通常のアイドル回転数よりも大きく設定することを特徴とする。
また、請求項７記載の本発明の未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は、請求項１〜６いずれか１項記載の内容において、該劣化判定手段は、該第１期間と該第２期間との差が所定値以下の時に該未燃燃料成分吸着触媒を劣化と判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の未燃燃料成分吸着触媒の媒判定装置によれば、運転中の内燃機関への燃料供給休止（即ち、燃料カット）の解除後、排気の空燃比を通常運転時よりもリッチ化させることで、簡素な構成で容易に未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定することができる。また、未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定に必要な期間である第１期間および第２期間をともに短縮させることができるため、未燃成分吸着触媒の劣化判定を頻繁に行なうことが可能となり、未燃成分吸着触媒が劣化した状態で使用されるような事態を防ぐことができる。（請求項１）
また、燃料カットが解除されてから、未燃燃料成分吸着触媒の下流側における空燃比の変化が検出されるまでの期間（第２期間）中、内燃機関がアイドル運転を継続させることにより、未燃燃料成分吸着触媒に供給される排気の空燃比を一定にすることができる。そして、この場合に未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定することで、判定ごとに前提条件がバラつくような事態を防ぎ、未燃燃料成分吸着触媒の劣化判定の精度を高めることができる。（請求項２）
また、未燃燃料成分吸着触媒の上流側に酸素吸着触媒が配設された場合であっても、下流側の未燃燃料成分吸着触媒の劣化を判定することができる。（請求項３）
また、排気の空燃比をリッチ化することで、排気中に含まれる還元剤を増量し、酸素吸着剤に吸着されていた酸素を素早く排気中に放出させることができる。（請求項４）
また、燃料カットの解除後、排気の流量を通常運転時よりも増大させることで、酸素吸着剤によって吸着されていた酸素を排気中に放出させるために必要な時間をさらに短縮させることが可能となる。これにより、未燃成分吸着触媒の劣化判定をさらに頻繁に行なうことができる。（請求項５）
また、第２期間中のアイドル回転数を通常のアイドル回転数よりも大きく設定することで、酸素吸着剤によって吸着されていた酸素を排気中に放出させるために必要な時間をさらに短縮させ、また、未燃成分吸着触媒の劣化判定を実行する機会を増やすことができる。（請求項６）
また、第１期間と第２期間との差が所定値以下であるか否かという簡素な判定によって、的確に未燃燃料成分吸着触媒が劣化しているか否かを判定することができる。（請求項７）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的なブロック構成図、図２はその未燃燃料成分吸着触媒の要部構成を示す模式図、図３および図４はその作用を示す模式的なフローチャート、図５はその作用を示す上流側空燃比と下流側空燃比の推移を示す模式的なグラフである。
【００２０】
図１に示すように、ガソリンエンジン（内燃機関）１０には、排気管（排気通路）１１が接続され、また、この排気管１１内には、三元触媒１２と、ＨＣトラップ触媒１３とが備えられている。
三元触媒１２は、エンジン１０において理論空燃比で燃焼が行なわれた場合に、このエンジン１０から排出された排気に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素），ＮＯｘ（窒素酸化物）を、Ｎ2（窒素），ＣＯ2（二酸化炭素），Ｈ2Ｏ（水）に化学変化させることで、排気を浄化するものである。
【００２１】
この三元触媒１２の担体はハニカム構造のコージライトであり、また、その内面には、パラジウムやロジウムといった白金系の成分からなるＴＷＣ層が塗布されて形成されている。また、このＴＷＣ層には、排気に含まれる酸素を吸着し得る酸素吸着剤（ＯＳＣ剤）としてのセリウムが含まれている。
また、ＨＣトラップ触媒１３は、図２に示すように、排気中に含まれるＨＣ（未燃燃料成分）を一時的に吸着するゼオライト層（未燃燃料吸着成分）１４と、ＯＳＣ剤としてのセリウムを含むＴＷＣ層（酸素吸着剤）１５とを有して構成されている。なお、このＨＣトラップ触媒の担体１６は、上述の三元触媒１２と同様に、ハニカム構造のコージライトである。
【００２２】
このＨＣトラップ触媒１３について、もう少し詳しく説明すると、未燃燃料成分吸着剤として用いられるゼオライトには、ＨＣの分子外径に対応する程度の大きさの孔が３次元的に形成されており、これらの孔にＨＣの分子を吸着させることができるようになっている。
そして、このゼオライトが担体１６に塗布されて形成されたゼオライト層１４は、排気温度が低いためにＴＷＣ層１５が機能していない場合に、排気中のＨＣを吸着し、一方、排気温度が上昇してＴＷＣ層１５が機能している場合には、吸着したＨＣを排気中へ放出することができるようになっている。このとき、ゼオライト層１４から放出されたＨＣは、ＴＷＣ層１５によってＣＯ2やＨ2Ｏに化学変化し、無害化されるようになっている。
【００２３】
また、図１に示すように、このＨＣトラップ触媒１３の上流側でその入口近傍には、上流側Ｏ2センサ（上流側空燃比検出手段）１７が備えられ、また、ＨＣトラップ触媒１３の下流側でその出口近傍には、下流側Ｏ2センサ（下流側空燃比検出手段）１８が備えられている。なお、上流側Ｏ2センサ１７による検出結果であるＨＣトラップ触媒１３の入口における排気空燃比を上流側Ａ／Ｆ（上流側空燃比）といい、また、下流側Ｏ2センサ１８による検出結果であるＨＣトラップ触媒１３の出口における排気空燃比を下流側Ａ／Ｆ（下流側空燃比）という。また、これらの上流側Ａ／Ｆおよび下流側Ａ／Ｆは、ＥＣＵ２０によって適時読込まれるようになっている。
【００２４】
このＥＣＵ２０は、いずれも図示しない、インターフェース，ＣＰＵ、メモリ等を備えた電子制御ユニットであって、上流側Ｏ2センサ１７によって検出された上流側酸素量と、下流側Ｏ2センサ１８によって検出された下流側酸素量とに基づいて、エンジン１０を制御することができるようになっている。
また、このＥＣＵ２０は、燃料カット実行部（燃料カット実行手段）２１，アイドル運転実行部（アイドル運転実行手段）２２，空燃比調整部（還元剤増量手段）２３，スロットルバルブ開度調整部（還元剤増量手段，排気流量調節手段）２４および劣化判定部（劣化判定手段）２５を有している。
【００２５】
なお、上記の燃料カット実行部２１，アイドル運転実行部２２，空燃比調整部２３，スロットルバルブ開度調整部２４および劣化判定部２５は、全て、ソフトウェアとして実現されている。
燃料カット実行部２１は、所定の燃料カット実行条件が成立すると、運転中のエンジン１０への燃料供給を休止、即ち、燃料カットを実行するものである。なお、燃料カット実行条件としては、アクセルペダル（図示略）の踏込み量がゼロであること、エンジン回転数が所定値以上であることなどが挙げられるが、この燃料カットに関する技術は、既に公知のものとなっているため、ここでは、その詳しい説明は省略する。
【００２６】
アイドル運転実行部２２は、アクセルペダルの踏込み量がゼロである場合にエンジン１０をアイドル運転させるものであって、具体的には、アクセルペダルの踏込み量がゼロである場合にオンとなるアイドルスイッチ（図示略）のオン／オフに応じて、アイドル運転実行のオン／オフを切り替えることができるようになっている。
空燃比調整部２３は、燃料カット実行部２１による燃料カットの実行が解除された後、アイドル運転実行部２２により制御されたエンジン１０がアイドル運転をしている場合に、このアイドル運転中のエンジン１０の燃料噴射量を、通常のアイドル運転時よりも増大させることで、排気の雰囲気を酸素不足化させる（即ち、排気空燃比をリッチ化させる）ものである。
【００２７】
スロットルバルブ開度調整部２４は、燃料カット実行部２１による燃料カットの実行が解除された後、アイドル運転実行部２２により制御されたエンジン１０がアイドル運転している場合に、アイドル回転数を通常のアイドル運転数よりも増大させる、即ち、アイドル運転中のエンジン１０のスロットルバルブ開度を増大させることで吸気流量を増大させ、排気流量を増大させるものである。
【００２８】
劣化判定部２５は、ＨＣトラップ触媒１３の劣化を判定するものである。より具体的には、燃料カット実行部２１による燃料カットの実行が解除された後、アイドル運転実行部２２により制御されたエンジン１０がアイドル運転している場合に、アイドル運転中であることが検出されてから、燃料カットの解除に起因して生じた上流側Ａ／Ｆの変化が上流側Ｏ2センサ１７によって検出されるまでの期間（第１期間Ｔ1）を測定するようになっている。
【００２９】
また、この第１期間Ｔ1の測定と同時に、この劣化判定部２５は、燃料カット実行部２１によって実行されていた燃料カットが解除された時点から、この燃料カットの解除に起因して生じた下流側Ａ／Ｆの変化が下流側Ｏ2センサ１８によって検出されるまでの期間（第２期間Ｔ2）を測定するようになっている。
そして、この劣化判定部２５は、上述の第１期間Ｔ1および第２期間Ｔ2との時間差Ｔdefに基づいて、ＨＣトラップ触媒１３の劣化を判定するようになっている。
【００３０】
さらに、この劣化判定部２５は、単にエンジン１０がアイドル運転を実行した場合に劣化判定を行なうのではなく、エンジン１０が第２期間Ｔ2の間、継続してエンジン１０をアイドル運転させた後に、ＨＣトラップ触媒１３の劣化判定を行なうようになっている。
なお、詳しくは後述するが、この劣化判定部２５によって行なわれる時間差Ｔdefに基づくＨＣトラップ触媒１３の劣化判定は、以下のようにして行なわれる。つまり、この時間差Ｔdefが大きいということは、ＨＣトラップ触媒１３の上流側で生じた空燃比の変化に起因した空燃比の変化が、ＨＣトラップ触媒１３の下流側で表れるまでに長い時間を要するということであり、この場合は、ＨＣトラップ触媒１３に含まれているＯＳＣ剤が劣化しておらず、十分に機能していることを示している。
【００３１】
逆に、この時間差Ｔdefが小さいということは、ＨＣトラップ触媒１３の上流側で生じた空燃比の変化に起因した空燃比の変化が、ＨＣトラップ触媒１３の下流側において、すぐに表れているということである。したがって、このような場合は、ＨＣトラップ触媒１３に含まれているＯＳＣ剤が劣化しており、十分に機能していないことを示している。
このように、劣化判定部２５は、ＯＳＣ剤の劣化度合いが三元触媒の劣化度合いに対応するばかりでなく、ＨＣ吸着触媒１３の劣化度合いにも対応することに着目しこの時間差Ｔdefが所定の閾値Ｔ0以下になった場合に、ＨＣトラップ触媒１３が劣化していると判定するようになっている。
【００３２】
なお、ＨＣトラップ触媒１３は排気中のＨＣを吸着するので、一般的な三元触媒に比べて、ＯＳＣ剤から酸素を放出するために必要とされる時間が長くなってしまう事態が生ずるかのようにも思われる。しかしながら、本実施形態においては、判定劣化部２５によるＨＣトラップ触媒１３の劣化判定に先立って、空燃比調整部２３が排気空燃比をリッチ化するとともに、スロットルバルブ開度２４がリッチ化した排気の流量を増大するようになっているので、劣化判定部２５は、適切にＨＣトラップ触媒１３の劣化を判定することができるようになっている。
【００３３】
本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
図３のステップＳ１１に示すように、まず、燃料カット実行部２１により、運転中のエンジン１０への燃料供給が休止されている、即ち、燃料カットが実行されているか否かが判定され、その後、この燃料カットの実行が解除されたか否かが判定される（ステップＳ１２）。このとき、燃料カットの実行が解除されたことが検出されるまで、ステップＳ１１およびステップＳ１２における判定が繰り返し実行される（ステップＳ１２のＮｏルート）。
【００３４】
ここで、燃料カットが解除されたことが解除されたことが判定されると（ステップＳ１２のＹｅｓルート）、その後、この燃料カットが所定時間ｔS継続したか否かが判定される（ステップＳ１３）。なお、図５において、符号ｔ0で示す時点が燃料カットの開始時、符号ｔ1で示す時点が燃料カットの解除時である。
このステップＳ１３における判定の意義は、ＨＣトラップ触媒１３のＯＳＣ剤に十分酸素が吸着されたか否かを判定することにある。つまり、燃料カット中の排気空燃比はリーンであり、このリーン雰囲気の排気が継続してＨＣトラップ触媒１３に供給されることで、ＨＣトラップ触媒１３に含まれるＯＳＣ剤の吸着容量一杯に酸素が満たされるのである。
【００３５】
また、所定時間ｔSは、ＨＣトラップ触媒１３に含まれるＯＳＣ剤の酸素吸着容量を満たす量の酸素がＨＣトラップ触媒１３に対して供給されるために必要な時間として予め求められた時間である。
このステップＳ１３において、燃料カットが所定時間ｔS継続したと判定された場合には（Ｙｅｓルート）、アイドル運転実行部２２の制御を受けたエンジン１０がアイドル運転中であるか否かが判定される（ステップＳ１４）。なお上述のステップＳ１１からステップＳ１４までの判定は劣化判定部２５により行なわれる。
【００３６】
ステップＳ１４において、エンジン１０がアイドル運転中であると判定されたということは（ステップＳ１４のＹｅｓルート）、燃料カットによりリーンとなっていた排気空燃比が、リッチに急変、即ち、排気中の酸素が激減しているということである。
このとき、ステップＳ１４空燃比調整部２３により、エンジン１０のインジェクタ（図示略）から、通常のアイドル運転時よりも多目の燃料が噴射されるように制御され、また、スロットルバルブ開度調節部２４により、エンジン１０のスロットルバルブ（図示略）が、通常のアイドル運転時よりも大きい開度となるように制御される。このとき、さらに、劣化判定部２５により、燃料噴射量の増量およびスロットルバルブ開度の増大と同時に、図示しないタイマが起動され、カウントアップが開始される（ステップＳ１５）。
【００３７】
ここで、上流側Ｏ2センサ１７により検出された上流側Ａ／Ｆおよび下流側Ｏ2センサ１８検出された下流側Ａ／Ｆの具体例を図５に示す。この図５中、上流側Ａ／Ｆを実線で示し、また、下流側Ａ／Ｆを一点鎖線で示す。また、図５中、符号ｔ0で示す時点が燃料カットの解除の時点、符号ｔ1で示す時点が燃料カットの解除の時点、符号ｔ1で示す時点が燃料カットの解除の時点、符号ｔ2で示す時点がエンジン１０がアイドル運転中であることが検出された時点、符号ｔ3で示す時点が上流側Ｏ2センサ１７により燃料カットの解除に起因して上流側Ａ／Ｆが変化した時点、符号ｔ4で示す時点が下流側Ｏ2センサ１８により燃料カットの解除に起因して下流側Ａ／Ｆが変化した時点である。
【００３８】
この図５に示す例においては、燃料カットの解除の時点ｔ1において、アイドルスイッチがオンとなりエンジン１０のアイドル運転が開始されているため、燃料カット解除時点ｔ1とアイドル運転検出時点ｔ2とが実質的に同じ時点となっている。
このステップＳ１５の制御により、通常のアイドル運転時よりも排気空燃比をリッチ化させ、さらに、このリッチ化された排気の流量を通常のアイドル運転時より増量させることで、ＨＣトラップ触媒１３のＯＳＣ剤に吸着されている酸素を素早く排気内に放出させることができる。
【００３９】
つまり、ＨＣトラップ触媒１３の上流側に、ＯＳＣ剤を含んだ三元触媒１２が配設されているため、燃料カット実行部２１による燃料カットが解除されて排気空燃比がリッチ化すると、ＨＣトラップ触媒１３のＯＳＣ剤に含まれている酸素が排気に放出される前に、三元触媒１２のＯＳＣ剤に吸着されている酸素が排気に放出されることになる。そして、この場合、上流側Ｏ2センサ１７による上流側Ａ／Ｆの検出および下流側Ｏ2センサ１８による下流側Ａ／Ｆの検出が遅れることが考えられる。
【００４０】
また、ＨＣトラップ触媒１３のゼオライト層１４により排気中のＨＣが吸着されることにより、排気空燃比のリッチ化が阻害されることも考えられる。
しかしながら、本実施形態においては、空燃比調整部２３により燃料噴射量が通常のアイドル運転時よりも増量されるとともに、スロットルバルブ開度調整部２４によりスロットルバルブ開度が通常のアイドル運転時よりも増大されるので、三元触媒１２のＯＳＣ剤に吸着されている酸素が排気に放出された場合であっても、ＨＣトラップ触媒１３Ｃに供給される排気の空燃比をリッチ化させ、さらに、その流量を増大させることができ、ＨＣトラップ触媒１３のＯＳＣ剤に含まれている酸素を速やかに排気中へ放出させることができる。
【００４１】
そして、図４のステップＳ１６において、燃料カットの解除に起因して上流側Ａ／Ｆが変化したか否かが判定され（ステップＳ１６）、ここで、上流側Ａ／Ｆが変化したと判定された場合には（Ｙｅｓルート）、劣化判定部２５により、この時点におけるタイマ値Ｔ1がメモリに記録される（ステップＳ１７）。
つまり、このタイマ値Ｔ1は、図５に示すように、燃料カットが解除（時点ｔ1）後、エンジン１０がアイドル運転中であることが検出（時点ｔ2）されてから上流側Ａ／Ｆの変化が検出（時点ｔ3）された時点までの期間（第１期間）を表している。
【００４２】
その後、燃料カットの解除に起因して、下流側Ａ／Ｆが変化したか否かが判定され（ステップＳ１８）、ここで、下流側Ａ／Ｆが変化したと判定された場合には（Ｙｅｓルート）、劣化判定部２５により、この時点におけるタイマ値Ｔ2がメモリに記録される（ステップＳ１９）。このタイマ値Ｔ2は、燃料カットの解除（時点ｔ1）後、エンジン１０がアイドル運転中であることが検出（時点ｔ3）されてから下流側Ａ／Ｆの変化が検出された時点（時点ｔ4）までの期間（第２期間）を表している。
【００４３】
そして、ステップＳ２０において、劣化判定部２５により、メモリに記録されたタイマ値Ｔ2からタイマ値Ｔ1が減算され、燃料カットの解除に起因する上流側Ａ／Ｆの変化が検出されてから、下流側Ａ／Ｆの変化が検出されるまでの時間差Ｔdefが算出される。
このとき、エンジン１０のアイドル運転が、第２期間Ｔ2の間継続していたか否かが劣化判定部２５により判定され（ステップＳ２１）、ここで、第２期間Ｔ2の間、エンジン１０がアイドル運転を継続していた場合には（Ｙｅｓルート）、ステップＳ２０によって得られた時間差Ｔdefに基づいて、ＨＣトラップ触媒１３が劣化しているか否かが判定される（ステップＳ２２）。
【００４４】
つまり、この時間差Ｔdefが大きいということは、ＨＣトラップ触媒１３の上流側で生じた酸素量の変化が、ＨＣトラップ触媒１３の下流側で生じるまでに長い時間を要するということである。したがって、このような場合、劣化判定部２５は、ＨＣトラップ触媒１３に含まれているＯＳＣ剤が劣化しておらず、十分に機能していると推定する。
逆に、この時間差Ｔdefが小さいということは、ＨＣトラップ触媒１３の上流側で生じた酸素量の変化が、ＨＣトラップ触媒１３の下流側において、すぐに現れているということである。したがって、このような場合、劣化判定部２５は、ＨＣトラップ触媒１３に含まれているＯＳＣ剤が劣化しており、十分に機能していないと推定する。
【００４５】
そして、ステップＳ２２においては、劣化判定部２５より、ステップＳ２０で得られた時間差Ｔdefが所定の閾値以下になった場合に、ＨＣトラップ触媒１３が劣化していると判定される。なお、この閾値は、予め実験により得られた値である。また、時間差Ｔdefが所定回数（複数回以上）閾値以下の場合にＨＣトラップ触媒の劣化と判定するようにすれば、より判定を正確にできる。なお、図３に示すステップＳ１１において燃料カットが開始されていないと判定された場合（Ｎｏルート），ステップＳ１３において燃料カットが所定時間ｔs継続していなかったと判定された場合（Ｎｏルート），ステップＳ１４においてエンジン１０がアイドル運転をしていないと判定された場合（Ｎｏルート）、および、図４に示すステップＳ２１において第２期間Ｔ2の間アイドル運転が継続していないと判定された場合は、いずれの場合もリターンする。
【００４６】
このように、本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置によれば、運転中のエンジン１０への燃料供給休止、即ち、燃料カットの解除後、排気の空燃比を通常運転時よりもリッチ化させることで、簡素な構成で容易にＨＣトラップ触媒１３の劣化を判定することができる
また、燃料カットの解除後、排気の空燃比を通常運転時よりもリッチ化させることで、ＨＣトラップ触媒１３のＯＳＣ剤が正常に機能している場合であっても、第１期間Ｔ1および第２期間Ｔ2をともに短縮させることができる。これにより、ＨＣトラップ触媒１３の劣化判定を頻繁に行ない、ＨＣトラップ触媒１３が劣化した状態で使用されるような事態を防ぐことができる。
【００４７】
また、第２期間Ｔ2中、エンジン１０がアイドル運転を継続したことをＨＣトラップ触媒１３の劣化判定条件とし、ＨＣトラップ触媒１３に供給される排気の空燃比が一定となった後にＨＣトラップ触媒１３の劣化を実行することで、劣化判定精度を高めることができる。
また、ＨＣトラップ触媒１３の上流側に、排気中の酸素を吸着する機能（ＯＳＣ機能）を有する触媒１２が配設された場合であっても、下流側のＨＣトラップ触媒１３の劣化を確実に判定することができる。
【００４８】
また、燃料カットの解除後、リッチ化された排気の流量を通常のアイドル運転時よりも増大させ、ＨＣトラップ触媒１３の劣化判定条件とすることで、ＨＣトラップ１３のＯＳＣ剤によって吸着されていた酸素を排気中に放出させるために必要な時間をさらに短縮させることで、ＨＣトラップ触媒１３の判定に要する時間を短縮することが可能となり、ＨＣトラップ触媒１３の劣化判定をさらに頻繁に行なうことができる。
【００４９】
また、所定走行距離毎に劣化判定を行うように設定することにより、一度劣化判定が行われた後は、所定走行距離を車両が走行するまでは劣化判定制御を行わないため、劣化判定制御のためのリッチ化制御の頻度が減少する。これにより劣化判定制御による燃料消費量を最小限に抑えることができる。  以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５０】
上述の実施形態においては、ＨＣトラップ触媒の劣化を判定する点を中心に説明したが、実際に劣化が判定された場合には、その旨を、車両のインストルメントパネルに警告として表示することで、ドライバの注意を促すようにしてもよいし、警告音としてドライバに警告してもよい。
また、時間差Ｔdefが閾値Ｔ0よりも長いものの、閾値Ｔ0に近似しているような場合には、ＨＣトラップ触媒１３の浄化性能が下限に近い旨をドライバに警告するようにしてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態においては、空燃比調節部２３は、エンジン１０のインジェクタによる燃料噴射量を増大することで排気空燃比をリッチ化する場合を例にとって説明したが、このような場合に限定するものではない。例えば、排気管１１内にインジェクタを設け、排気中に直接燃料を噴射（いわゆる、アフター噴射）するような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置におけるＨＣトラップ触媒の要部構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置の作用を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置の作用を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る未燃燃料成分吸着触媒の判定装置の作用を示す上流側空燃比と下流側空燃比の推移を示す模式的なグラフである。
【図６】従来の触媒劣化判定に関する技術を示す模式的な構成図である。
【図７】従来の触媒劣化判定に関する技術を示す模式的な構成図である。
【図８】従来の触媒劣化判定に関する技術を示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気管（排気通路）
１２  ＯＳＣ剤を有する三元触媒（酸素吸着触媒）
１３  ＨＣトラップ触媒（未燃燃料成分吸着触媒）
１４  ゼオライト層（未燃燃料成分吸着剤）
１５  セリウムを含むＴＷＣ層（酸素吸着剤）
１７  上流側Ｏ2センサ（上流側空燃比検出手段）
１８  下流側Ｏ2センサ（下流側空燃比検出手段）
２１  燃料カット実行部（燃料カット手段）
２２  アイドル運転実行部（アイドル運転手段）
２３  空燃比調整部（還元剤増量手段）
２４  スロットルバルブ開度調整部（還元剤増量手段，排気流量調整手段）
２５  劣化判定部（劣化判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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