(57)【要約】【課題】より的確にリッチガスの付与条件を決定できるリッチガス付与評価方法を提供する。【解決手段】リッチガス付与評価方法において、触媒１０１へのリッチガスの付与量を評価する演算部１０７は、触媒１０１に対して所定の付与条件でリッチガスを付与した後、エンジン１から排出された排気ガスの流れ方向に沿って触媒１０１内に配置された複数の空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の値が所定の値となったか否かに基づいて、触媒１０１内の還元が排気ガスの流れ方向に沿ってどこまで進行したかを示す還元進行位置を推定し、リッチガスが付与された触媒１０１が排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす、還元進行位置を決定し、決定された還元進行位置まで触媒１０１を還元する付与条件を決定する。【選択図】図１
2015137591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設けられた触媒へのリッチガスの付与量を評価するリッチガス付与評価方法であって、
前記触媒へのリッチガスの付与量を評価する制御部は、
前記触媒に対して所定の付与条件で前記リッチガスを付与した後、前記内燃機関から排出された排気ガスの流れ方向に沿って前記触媒内に配置された複数の空燃比センサの値が所定の値となったか否かに基づいて、前記触媒内の還元が前記排気ガスの流れ方向に沿ってどこまで進行したかを示す還元進行位置を推定し、
前記リッチガスが付与された前記触媒が前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす、前記還元進行位置を決定し、
決定された前記還元進行位置まで前記触媒を還元する前記付与条件を決定する、リッチガス付与評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッチガス付与評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃料と空気とが混合された混合気を燃焼させて駆動力を発生させる。また、内燃機関から排出された排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等が含まれている。排気ガスに含まれる窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等は、浄化されて排気されることが好ましい。
そこで、特許文献１には、内燃機関に接続された排気管に三元触媒を設けて、当該三元触媒により排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元したり、一酸化炭素、炭化水素を酸化したりして排気する技術が記載されている。
【０００３】
三元触媒は、排気ガスから酸素を吸蔵することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物等を還元する。また、三元触媒は、排気ガスに酸素を放出することにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素等を酸化する。しかし、三元触媒が吸蔵できる酸素量の限界まで、三元触媒が酸素を吸蔵している場合、窒素酸化物を還元することができない。一方、三元触媒が酸素を全く吸蔵していない場合、一酸化炭素、炭化水素等を酸化することができない。
一般に、内燃機関への燃料の供給が停止される（以下、燃料カット（フューエルカット）と称する。）と、三元触媒が吸蔵する酸素量は急増する。そのため、燃料カット後における三元触媒の還元性能が低下してしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１には、燃料カット後に三元触媒にリッチガスを付与することにより三元触媒を還元し、三元触媒が吸蔵している酸素量が適切な量となるように制御する技術が記載されている。また、特許文献１には、三元触媒の下流側の排気管に酸素センサを設けて、当該酸素センサにより排気ガス中の酸素濃度を計測し、計測した酸素濃度及び燃料カットから経過した時間に基づいて、リッチガスの付与を終了することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０６９１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、窒素酸化物等の還元量とリッチガスの付与量との定量的な関係に基づいて、リッチガスの付与を制御するものではない。そのため、特許文献１に記載の技術では、過剰にリッチガスを付与してしまい、三元触媒が吸蔵している酸素量が少なくなりすぎてしまう可能性がある。これにより、燃費が悪くなったり、一酸化炭素や炭化水素等が浄化されずに排出されてしまったりする畏れがある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、より的確にリッチガスの付与条件を決定できるリッチガス付与評価方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様にかかるリッチガス付与評価方法は、内燃機関の排気管に設けられた触媒へのリッチガスの付与量を評価するリッチガス付与評価方法である。また、前記リッチガス付与評価方法において、前記触媒へのリッチガスの付与量を評価する制御部は、前記触媒に対して所定の付与条件で前記リッチガスを付与した後、前記内燃機関から排出された排気ガスの流れ方向に沿って前記触媒内に配置された複数の空燃比センサの値が所定の値となったか否かに基づいて、前記触媒内の還元が前記排気ガスの流れ方向に沿ってどこまで進行したかを示す還元進行位置を推定する。また、前記制御部は、前記リッチガスが付与された前記触媒が前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす、前記還元進行位置を決定する。そして、前記制御部は、決定された前記還元進行位置まで前記触媒を還元する前記付与条件を決定する。
【０００９】
本発明の第１の態様にかかるリッチガス付与評価方法によれば、前記制御部が、所定の付与条件で前記リッチガスを前記触媒に付与した後、前記触媒内に配置された複数の空燃比センサの値が所定の値となったか否かに基づいて、前記還元進行位置を決定する。また、前記制御部が、前記浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす、前記還元進行位置を決定する。そして、前記制御部が、決定された前記還元進行位置まで前記触媒を還元する前記付与条件を決定することができる。これにより、前記制御部は、浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす還元進行位置まで触媒内を還元する付与条件を決定することができる。換言すれば、制御部は、窒素酸化物の還元量とリッチガスの付与量との定量的な関係に基づいて、リッチガスを触媒に付与する付与条件を決定することができる。これにより、より的確にリッチガスの付与条件を決定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
より的確にリッチガスの付与条件を決定できるリッチガス付与評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システムを示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるリッチガス付与評価方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システムにおける触媒内に配置された空燃比センサの検出値の時間変化を示すグラフである。
【図４】図３のグラフの燃料カット後の部分を拡大して示したグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システムの窒素酸化物の浄化保持時間と、触媒内における還元進行位置と、の関係を示すグラフである。
【図６】従来の燃料の増加方法における、窒素酸化物の浄化保持時間と、燃料の増加量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２にかかるリッチガス付与評価システムを示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかるリッチガス付与評価システムの触媒内の各位置における窒素酸化物の浄化保持時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システム１００を示す模式図である。図１に示すように、リッチガス付与評価システム１００は、内燃機関としてのエンジン１の排気を集めるエキゾーストマニホールド２から延出したフロントパイプ（排気管）３と、テールパイプ（排気管）４との間に設けられている。そして、リッチガス付与評価システム１００は、フロントパイプ３とテールパイプ４との間に設けられた触媒１０１へのリッチガスの付与量を評価し、触媒１０１にリッチガスを付与する付与条件を決定する。
なお、リッチガスとは、エンジン１に噴射される燃料がガス化して分解されたもので、主に、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ２）等を含む気体である。
【００１３】
エンジン１は、シリンダ（図示省略）を備え、シリンダ内には、吸気通路（図示省略）から空気が供給されるとともに、インジェクタ（図示省略）から燃料が供給される。また、シリンダ内で、空気と燃料とが混合されて混合気となる。そして、エンジン１は、シリンダ内で混合気を燃焼させて駆動力を発生させる。エンジン１において、混合気が燃焼すると、排気ガスが発生する。排気ガスは、燃焼しなかったリッチガスの他、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を含む。換言すれば、排気ガスは、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、水素等を含んでいる。
エキゾーストマニホールド２は、エンジン１で発生した排気ガスを集めて、フロントパイプ３に排出する。
【００１４】
フロントパイプ３には、空燃比センサ３１が取り付けられている。空燃比センサ３１は、フロントパイプ３内の排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ；ａｉｒ−ｆｕｅｌ  ｒａｔｉｏ）を検出する。具体的には、空燃比センサ３１は、排気ガスのリッチガス濃度が低いときは、排気ガスに含まれる窒素酸化物由来の酸素を検出する。また、空燃比センサ３１は、排気ガスのリッチガス濃度が高いときは、リッチガス由来の酸素を検出する。空燃比センサ３１の検出値に基づいて、エンジン１への燃料の噴射量が制御される。
【００１５】
テールパイプ４には、酸素センサ４１が取り付けられている。テールパイプ４には、触媒１０１によって浄化された排気ガスが排出される。そして、酸素センサ４１は、テールパイプ４内の排気ガスに含まれる酸素を検出する。具体的には、酸素センサ４１は、排気ガスに含まれる窒素酸化物由来の酸素を検出する。演算部１０７は、酸素センサ４１の検出値に基づいて、テールパイプ４内の排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定することができる。
【００１６】
リッチガス付与評価システム１００は、図１に示すように、触媒１０１、複数の空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５、Ａ／Ｆ計測部１０６、制御部としての演算部１０７等を備えている。
【００１７】
触媒１０１は、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる有害物質を浄化可能な触媒である。具体的には、触媒１０１は、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を主成分として含む三元触媒である。また、触媒１０１は、セリア（ＣｅＯ２）等の助触媒を含んで構成されていてもよい。
また、触媒１０１は、円柱形状を有し、当該円柱の軸方向が排気ガスの流れ方向と略一致するように、フロントパイプ３とテールパイプ４との間に配置されている。
なお、フロントパイプ３とテールパイプ４との間には、２以上の触媒１０１が配置されてもよい。
【００１８】
空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、この順で、排気ガスの流れ方向に沿って触媒１０１内に配置されている。換言すれば、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、この順で、触媒１０１の軸方向に沿って触媒１０１内に配置されている。
そして、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、それぞれの空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の配置位置における、触媒内１０１内の排気ガスの空燃比を検出する。具体的には、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、排気ガスのリッチガス濃度が低いときは、排気ガスに含まれる窒素酸化物由来の酸素を検出する。また、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、排気ガスのリッチガス濃度が高いときは、リッチガス由来の酸素を検出する。空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、それぞれの検出値をＡ／Ｆ計測部１０６に入力する。
なお、触媒１０１には２以上の空燃比センサが設けられればよく、４つに限定されるものではない。
【００１９】
Ａ／Ｆ計測部１０６は、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値を演算部１０７に入力する。
【００２０】
演算部１０７は、触媒１０１へのリッチガスの付与量を評価する。換言すれば、触媒１０１へのリッチガスの付与条件を決定する。
触媒１０１は、排気ガスから酸素を吸蔵することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物等を還元する。また、触媒１０１は、排気ガスに酸素を放出することにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素等を酸化する。しかし、触媒１０１が吸蔵できる酸素量の限界まで、触媒１０１が酸素を吸蔵している場合、窒素酸化物を還元することができない。一方、触媒１０１が酸素を全く吸蔵していない場合、一酸化炭素、炭化水素等を酸化することができない。
【００２１】
そこで、演算部１０７は、触媒１０１の酸素の吸蔵状態に応じて、触媒１０１へのリッチガスの付与条件を決定し、触媒１０１の酸素の吸蔵量を制御している。具体的には、リッチガスは、一酸化炭素、炭化水素、水素等を含むため、触媒１０１にリッチガスを付与することにより、触媒１０１から酸素を放出させ、触媒１０１が急増している酸素の量を減少させることができる。
【００２２】
また、演算部１０７は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及び図示しない記憶部等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、演算部１０７における処理が実現する。
また、演算部１０７のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、演算部１０７のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、演算部１０７における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
【００２３】
具体的には、演算部１０７は、触媒１０１に対して所定の付与条件でリッチガスを付与した後、複数の空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の値が所定の値となったか否かに基づいて、触媒１０１内の還元が排気ガスの流れ方向に沿ってどこまで進行したかを示す還元進行位置を推定する。また、演算部１０７は、触媒１０１に対するリッチガスの付与条件と、当該付与条件における触媒１０１の還元進行位置と、を関連付けた情報を記憶部に保存する。
【００２４】
次に、演算部１０７は、所定の付与条件でリッチガスを付与された触媒１０１が、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間を算出する。また、演算部１０７は、触媒１０１の還元進行位置と、当該触媒１０１の浄化保持時間とを関連付けた情報を記憶部に保存する。
【００２５】
次いで、演算部１０７は、当該浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置を決定する。具体的には、演算部１０７は、当該浄化保持時間と比例関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置を決定する。次に、演算部１０７は、決定した還元進行位置まで触媒１０１を還元する付与条件を、触媒１０１にリッチガスを的確に付与する付与条件として決定する。
具体的には、演算部１０７は、例えば、縦軸に浄化保持時間をとり、横軸に還元進行位置をとったグラフを作成し、還元進行位置と浄化保持時間とが比例関係を満たす付与条件を決定する。
【００２６】
次に、図２を参照しながら、リッチガス付与評価システム１００におけるリッチガス付与評価方法について説明する。ここでは、車両の製造工程におけるシミュレーションにおいて、触媒１０１へのリッチガスの付与条件を決定する場合を例に挙げて説明する。また、図２では、エンジン１への燃料の供給を停止（以下、燃料カット（フューエルカット）と称する。）した後における触媒１０１へのリッチガスの付与条件を決定する場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
なお、製造工程におけるシミュレーションとは、シャシダイナモ上でのシミュレーション又はＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いたシミュレーション等である。また、製造工程におけるシミュレーションとしては、シミュレーションを行う車両の開発フェーズ、開発パターン等に応じて、次の４つのシミュレーション手段を用いることが考えられる。
１つ目は、当該車両、エンジン１、トランスミッション等の全てについてＣＡＥ上のモデルを用いてシミュレーションを行う手段である。
２つ目は、エンジン１のみについて実物を用い、車両及びトランスミッション等の部分についてＣＡＥ上のモデルを用いてシミュレーションを行う手段である。具体的には、エンジン１の実物として、エンジン１のトルクと回転挙動とを動力計又はモータで再現することが可能なエンジンベンチを用いる。
３つ目は、エンジン１とトランスミッションについて実物を用い、その他の車両の部分についてＣＡＥ上のモデルを用いてシミュレーションを行う手段である。具体的には、エンジン１とトランスミッションの実物として、エンジン１のトルクと回転挙動とを動力計又はモータで再現することが可能なエンジンベンチを用いる。
４つ目は、車両、エンジン１、トランスミッション等の全てについて実物を用いたシャシダイナモ上でのシミュレーションを行う手段である。
【００２８】
まず、演算部１０７は、法規認証を受ける走行モードを選択する（ステップＳ１）。ここで、法規認証を受ける走行モードとは、国毎又は地域毎に定められた法規の認証を受けるための走行モードである。すなわち、法規認証を受ける走行モードとは各国毎に異なる。演算部１０７は、製造する車両の仕向先となる国又は地域の法規認証を受ける走行モードを選択する。
【００２９】
次に、演算部１０７は、製造する車両の種類、当該車両に用いられるエンジン１の種類、当該車両に用いられるトランスミッションの種類等を選択する（ステップＳ２）。具体的には、演算部１０７は、当該シミュレーションにおいて用いる当該車両の各種設計値等のパラメータを選択する。
【００３０】
次に、演算部１０７は、ステップＳ２で選択した各種パラメータを用いて、ステップＳ１で選択した走行モードで当該車両の走行のシミュレーションを行って、エンジン１への燃料の供給を停止された時間（以下、燃料カット時間と称する。）Ｔｆｃと、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃと、燃料カットした後、燃料の供給を開始した時（以下、燃焼復帰時と称する。）の吸気量ＧＡと、を実測又は算出する（ステップＳ３）。
【００３１】
次に、演算部１０７は、ステップＳ３において算出した、燃料カット時間Ｔｆｃ、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃ、燃焼復帰時の吸気量ＧＡを満たす条件下で、所定の付与条件で触媒１０１にリッチガスを付与し、当該付与条件における触媒１０１の還元進行位置を推定する（ステップＳ４）。具体的には、演算部１０７は、触媒１０１に対して所定の付与条件でリッチガスを付与した後、複数の空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の値が所定の値となったか否かに基づいて、触媒１０１の還元進行位置を推定する。また、演算部１０７は、触媒１０１に対するリッチガスの付与条件と、当該付与条件における触媒１０１の還元進行位置と、を関連付けた情報を記憶部に保存する。
【００３２】
なお、当該付与条件には、燃料の増量（ｇ：グラム）、増量時間（秒）等が含まれる。ここで、燃料の増量とは、燃焼復帰時に、空燃比センサ３１の検出値から算出される空燃比が目標空燃比となるようにエンジン１に供給する燃料に対して追加した燃料の量である。また、増量時間とは、燃焼復帰時から、増量分の燃料をエンジン１に対して供給した時間である。
また、エンジン１に燃料を供給すると、エンジン１から排出される排気ガスにはリッチガスが含まれることとなる。すなわち、触媒１０１に付与するリッチガスの付与条件を決定するということは、エンジン１への燃料の供給条件を決定することである。
【００３３】
次に、演算部１０７は、燃料カット後に所定の付与条件でリッチガスを付与された触媒１０１が、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間を算出する（ステップＳ５）。具体的には、演算部１０７は、テールパイプ４に取り付けられた酸素センサ４１の検出値に基づいて、触媒１０１から排出された排気ガスの窒素酸化物の濃度を算出し、当該窒素酸化物の濃度が所定の閾値以下であった時間を浄化保持時間として算出する。また、演算部１０７は、触媒１０１の還元進行位置と、当該触媒１０１の浄化保持時間とを関連付けた情報を記憶部に保存する。
【００３４】
次に、演算部１０７は、当該浄化保持時間と比例関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置を決定する（ステップＳ６）。次に、演算部１０７は、決定した還元進行位置まで触媒１０１を還元する付与条件を、触媒１０１にリッチガスを的確に付与する付与条件として決定する（ステップＳ７）。
具体的には、演算部１０７は、例えば、縦軸に浄化保持時間をとり、横軸に還元進行位置をとったグラフを作成し、還元進行位置と浄化保持時間とが比例関係を満たす付与条件を決定する。
【００３５】
次に、図３、図４を用いて、ステップＳ４における、触媒１０１の還元進行位置の推定処理について、説明する。図３は、リッチガス付与評価システム１００における触媒１０１内に配置された空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値の時間変化を示すグラフである。また、図４は、図３のグラフの燃料カット後の部分（図３の破線で囲む部分）を拡大して示したものである。図３、図４において、縦軸は、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比（Ａ／Ｆ）を示し、横軸は時間（秒（ｓｅｃ））を示す。また、図４において、標識１は空燃比センサ１０２を示し、標識２は空燃比センサ１０３を示し、標識３は空燃比センサ１０４を示し、標識４は空燃比センサ１０５を示す。また、図３、図４において、燃料カット時間Ｔｆｃは１０秒であり、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃは５ｇ／ｓ（グラム／秒）であり、燃焼復帰時の吸気量ＧＡは５ｇ／ｓ（グラム／秒）である。
【００３６】
図３に示すように、約３０秒の時点で燃料カットが開始されている。燃料カットが行われると、触媒１０１内の排気ガスのリッチガス濃度は低くなる。そのため、燃料カットが行われた場合、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、排気ガスに含まれる窒素酸化物由来の酸素を検出している。すなわち、図３に示すように、燃料カットが行われると、排気ガスに含まれる窒素酸化物が増加することが分かる。排気ガスに含まれる窒素酸化物の量が増加すると、触媒１０１が排気ガスから酸素を吸蔵し、窒素酸化物を還元して浄化する。すなわち、燃料カットが行われると、触媒１０１が吸蔵する酸素量が増加する。
【００３７】
次に、約３０秒の時点で燃料カットが開始されてから、燃料カット時間Ｔｆｃである１０秒経過後の約４０秒の時点でエンジン１への燃料の供給を開始すると、触媒１０１内の排気ガスのリッチガス濃度は高くなる。すなわち、約４０秒の時点で所定の供給条件で燃料をエンジン１に供給することは、所定の付与条件でリッチガスを触媒１０１に付与していることに相当する。また、約５０秒の時点でエンジン１への燃料の供給を開始すると、触媒１０１内の排気ガスのリッチガス濃度は高くなるため、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５は、リッチガス由来の酸素を検出することとなる。
【００３８】
しかしながら、図３に示すように、約４０秒の時点でエンジン１への燃料の供給を開始しても、すぐには、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値は低下しない。これは、燃料カットによって触媒１０１が吸蔵している酸素の量が増加しているためである。具体的には、触媒１０１にリッチガスが付与されてから、触媒１０１が吸蔵している酸素が放出され、リッチガスに含まれる一酸化炭素や炭化水素が酸化されて、排気ガスに含まれるリッチガスの濃度（リッチガス由来の酸素）が一定となるのに時間がかかっているためである。
【００３９】
図３、図４に示すように、約４０秒の時点でエンジン１への燃料の供給を開始すると、約６０秒の時点で各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値が一定となり、空燃比の値が約１４．７前後で落ち着くのが分かる。換言すれば、燃料カット後、エンジン１への燃料の供給を開始することにより、触媒１０１内の空燃比が一般的な燃料であるガソリンの理論空燃比（ストイキオメトリー）である１４．７となることが分かる。これは、触媒１０１に吸蔵されている酸素量が、適切な量となっていることを示す。すなわち、燃料カット後にリッチガスを触媒１０１に付与することにより、燃料カットによって酸化された触媒１０１が還元されることが分かる。
【００４０】
そこで、本実施の形態１では、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５となった時点で、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５が配置された位置まで、触媒１０１が還元されたものと推定し、触媒１０１の還元進行位置を推定した。すなわち、演算部１０７は、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５となったか否かに基づいて、触媒１０１の還元進行位置を推定する。図４に示すように、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比は、エンジン１から近い順に、図４の○の標識で示す時点で、１４．５となっている。換言すれば、触媒１０１にリッチガスを付与することにより、エンジン１に近い方から触媒１０１が還元されている。図３、図４に示す場合では、すべての空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５となっている。そのため、この場合、演算部１０７は、空燃比センサ１０５が配置された位置まで、触媒１０１が還元されていると推定する。すなわち、演算部１０７は、触媒１０１の還元進行位置は、空燃比センサ１０５が配置された位置であると推定する。
なお、空燃比センサ１０２、１０３の検出値から算出した空燃比のみが１４．５となり、空燃比センサ１０４、１０５の検出値から算出した空燃比は１４．５とならない場合もある。この場合、演算部１０７は、触媒１０１の還元進行位置は、空燃比センサ１０３が配置された位置であると推定する。
【００４１】
表１に、様々な付与条件で触媒１０１にリッチガスを付与した場合に、エンジン１への燃料の供給を開始した時点から各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５となるまでの時間（秒）と、当該触媒１０１が排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間（秒）と、を示す。なお、表１において、図３、図４と同様に、燃料カット時間Ｔｆｃは１０秒であり、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃは５ｇ／ｓ（グラム／秒）であり、燃焼復帰時の吸気量ＧＡは５ｇ／ｓ（グラム／秒）である。
【表１】
2015137591.tif 000003
【００４２】
表１において、左側から１列目は、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）を示す。当該目標空燃比は、フロントパイプ３に取り付けられた空燃比センサ３１の検出値から算出した空燃比が当該目標空燃比となるように、エンジン１に燃料を供給することを示す。
【００４３】
また、表１において、左側から２列目は、燃料の増量時間（秒）を示し、左側から３列目は、燃料の増量（グラム）を示す。当該増量は、フロントパイプ３に取り付けられた空燃比センサ３１の検出値から算出した空燃比が当該目標空燃比となるようにエンジン１に供給する燃料に対して、追加した燃料の量を示す。また、当該増量時間は、増量分の燃料をエンジン１に対して供給した時間を示す。
【００４４】
また、表１において、左側から４列目は、エンジン１に燃料が供給されることにより、リッチガスが付与された触媒１０１が、排気ガスに含まれる窒素酸化物を所定の割合で還元し続けることができた時間である浄化保持時間（秒）を示す。当該浄化保持時間は、演算部１０７が、図２のステップＳ５の処理によって、テールパイプ４に取り付けられた酸素センサ４１の検出値に基づいて、触媒１０１から排出された排気ガスの窒素酸化物の濃度を算出し、当該窒素酸化物の濃度が所定の閾値以下であった時間を浄化保持時間として算出したものである。表１では、浄化保持時間は、触媒１０１から排出された排気ガスの窒素酸化物の濃度がほぼゼロであった時間を浄化保持時間としている。
【００４５】
また、表１において、左側から５列目〜８列目は、それぞれ、エンジン１への燃料の供給を開始した時点から各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５となるまでの時間（秒）を示す。また、表１の「ＮａＮ」は、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値から算出した空燃比が１４．５とならなかったことを示す。また、表１は、エンジン１への燃料の供給を開始した時点から約９０秒間、各空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の検出値をモニターした結果である。
【００４６】
表１に示すように、定性的には、エンジン１に供給する燃料の増量が多いほど、触媒１０１がエンジン１から離れた位置まで還元されることが分かる。一方で、エンジン１に供給する燃料の増量と、触媒１０１の還元進行位置とが逆転している場合もあることが分かる。換言すれば、エンジン１に供給する燃料の増量を多くすれば、触媒１０１をエンジン１から離れた位置まで還元できるとは限らないことが分かる。エンジン１に供給する燃料の増量を多くしても、触媒１０１をエンジン１から離れた位置まで還元できていない場合、無駄に燃料をエンジン１に供給していることとなり、燃費が低下してしまうとともに、一酸化炭素や炭化水素等が浄化されずに排出されてしまう畏れがある。
【００４７】
次に、図５を用いて、ステップＳ６における、浄化保持時間と比例関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置の決定処理について、説明する。図５は、リッチガス付与評価システム１００の窒素酸化物の浄化保持時間と、触媒１０１内における還元進行位置と、の関係を示すグラフである。具体的には、図５は、表１の浄化保持時間と還元進行位置とをプロットしたものである。また、図５において、縦軸は浄化保持時間（秒）を示し、横軸は還元進行位置を示す。また、図５において、還元進行位置が「０（ゼロ）」のところの値は、還元進行位置が、フロントパイプ３の空燃比センサ３１と触媒１０１の空燃比センサ１０２との間に配置された空燃比センサ（図示省略）の位置である場合の触媒１０１の浄化保持時間である。また、還元進行位置が「１」、「２」、「３」、「４」のところの値は、還元進行位置が、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の位置である場合の触媒１０１の浄化保持時間である。また、図５において、ひし形の標識は、目標空燃比が１４．４である場合を示し、四角形の標識は、目標空燃比が１４である場合を示し、三角形の標識は、目標空燃比が１３．５である場合を示す。
【００４８】
図５に示すように、触媒１０１の還元進行位置がエンジン１から離れた位置である程、浄化保持時間が長くなることがわかる。すなわち、還元進行位置と浄化保持時間とは比例関係にあることが分かる。換言すれば、浄化保持時間と比例関係にない還元進行位置まで触媒１０１を還元するように、燃料をエンジン１に供給すると、無駄に燃料をエンジン１に供給していることとなる。
そこで、演算部１０７は、ステップＳ６において、図５に示すグラフを参照して、浄化保持時間と比例関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置を決定する。次に、演算部１０７は、表１を参照して、ステップＳ６において決定した還元進行位置まで触媒１０１を還元する、リッチガスの付与条件を決定する。具体的には、演算部１０７は、表１を参照して、ステップＳ６において決定した還元進行位置と対応する、エンジン１に供給する燃料の増量（グラム）及び増量時間（秒）を、付与条件として決定する。
【００４９】
図６に、従来の燃料の増加方法における、窒素酸化物の浄化保持時間と、燃料の増加量との関係を示すグラフを示す。また、図６において、縦軸は浄化保持時間（秒）を示し、横軸は燃料の増量（グラム・秒）を示す。図６の横軸に示す燃料の増量は、燃料カット後に、フロントパイプ３に取り付けられた空燃比センサ３１の検出値から算出した空燃比が、表１に示すような目標空燃比となるようにエンジン１に供給する燃料に対して、追加した燃料の量を示す。具体的には、図６の横軸に示す燃料の増量（グラム・秒）は、（増量時間（秒））×（（ＧＡ／燃焼復帰時の空燃比）−（ＧＡ／１４．６））という数式により算出される値である。当該数式において、ＧＡとは、燃焼復帰時の吸気量であり、燃焼復帰時の空燃比とは、燃料カット後に燃料の供給を開始した時における空燃比センサ３１の検出値から算出された空燃比である。また、図６において、ひし形の標識は、目標空燃比が１４．４である場合を示し、四角形の標識は、目標空燃比が１４である場合を示し、三角形の標識は、目標空燃比が１３．５である場合を示す。
【００５０】
図６に示すように、燃料の増量が少ない範囲では、燃料の増量と浄化保持時間とは比例関係を満たすが、燃料の増量が多くなるにつれて、浄化保持時間と比例関係を満たさない場合が増えることが分かる。浄化保持時間と比例関係を満たさない増量分の燃料をエンジン１に供給する場合、燃費が低下してしまうとともに、一酸化炭素や炭化水素等が浄化されずに排出されてしまう畏れがある。
【００５１】
一方で、本実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システム１００及びリッチガス付与評価方法では、演算部１０７が、浄化保持時間と比例関係を満たす、触媒１０１の還元進行位置を決定し、当該還元進行位置まで触媒１０１を還元する、リッチガスの付与条件を決定する。換言すれば、演算部１０７が、窒素酸化物の還元量とリッチガスの付与量との定量的な関係に基づいて、リッチガスを触媒に付与する付与条件を決定する。そのため、無駄にエンジン１に燃料を供給することがなく、燃費の低下を防ぐとともに、一酸化炭素や炭化水素等が浄化されずに排出されてしまうことを防ぐことができる。また、触媒１０１はリッチガスを付与することにより適切に還元されるため、窒素酸化物が浄化されずに排出されてしまうことも防ぐことができる。
【００５２】
本実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システム１００及びリッチガス付与評価方法によって、車両の燃料カット時間Ｔｆｃ、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃ、燃焼復帰時の吸気量ＧＡからなる条件毎に、リッチガスの付与条件（ガソリン１に供給する燃料の増量（グラム）及び増量時間（秒））を決定することができる。また、車両の燃料カット時間Ｔｆｃ、燃料カット時の吸気量ＧＡｆｃ、燃焼復帰時の吸気量ＧＡからなる条件毎に、リッチガスの付与条件と、触媒１０１の還元進行位置と、浄化保持時間とを関連付けたデータベースを作成することができる。これにより、当該データベースを参照することによって、当該車両においてリッチガスを過不足なく触媒１０１に付与することができる。
【００５３】
以上に説明した実施の形態１にかかるリッチガス付与評価方法によれば、演算部１０７が、所定の付与条件でリッチガスを触媒１０１に付与した後、触媒１０１内に配置された複数の空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の値が所定の値となったか否かに基づいて、触媒１０１の還元進行位置を決定する。また、演算部１０７が、浄化保持時間と比例関係（所定の定量的関係）を満たす、当該還元進行位置を決定する。そして、演算部１０７が、決定された還元進行位置まで当該触媒１０１を還元する付与条件を決定することができる。これにより、演算部１０７は、浄化保持時間と比例関係を満たす還元進行位置まで触媒１０１内を還元する付与条件を決定することができる。換言すれば、演算部１０７は、窒素酸化物の還元量とリッチガスの付与量との定量的な関係に基づいて、リッチガスを触媒に付与する付与条件を決定することができる。これにより、より的確にリッチガスの付与条件を決定することができる。
【００５４】
実施の形態２
図７を参照して本発明の実施の形態２について説明する。図７は、本発明の実施の形態２にかかるリッチガス付与評価システム２００を示す模式図である。図７に示すように、リッチガス付与評価システム２００は、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４、ＮＯｘ計測部２０５を備えることのみが、実施の形態１にかかるリッチガス付与評価システム１００と異なる。そのため、同一の構成については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略する。
【００５５】
ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）を用いて構成された、窒素酸化物を検出可能なセンサである。また、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４は、この順で、排気ガスの流れ方向に沿って触媒１０１内に配置されている。換言すれば、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４は、この順で、触媒１０１の軸方向に沿って触媒１０１内に配置されている。
また、ＮＯｘセンサ２０１は、触媒１０１の軸方向に沿って、空燃比センサ１０２と同じ位置に配置されている。同様に、ＮＯｘセンサ２０２、２０３、２０４は、それぞれ、触媒１０１の軸方向に沿って、空燃比センサ１０３、１０４、１０５と同じ位置に配置されている。そして、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれのＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の配置位置における、触媒内１０１内の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する。換言すれば、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれ、空燃比センサ１０３、１０４、１０５の配置位置における、触媒内１０１内の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する。
なお、触媒１０１には２以上のＮＯｘセンサが設けられればよく、４つに限定されるものではない。
【００５６】
ＮＯｘ計測部２０５は、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の検出値を演算部１０７に入力する。
【００５７】
演算部１０７は、ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の検出値に基づいて、それぞれのＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の配置位置における、触媒内１０１内の排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を算出する。また、演算部１０７は、当該窒素酸化物の濃度が所定の閾値以下であった時間を浄化保持時間として算出する。換言すれば、演算部１０７は、それぞれのＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の配置位置における、触媒１０１の浄化保持時間を算出する。また、演算部１０７は、触媒１０１の還元進行位置と、当該還元進行位置における触媒１０１の浄化保持時間とを関連付けた情報を記憶部に保存する。
【００５８】
次に、図８を参照して、実施の形態２にかかるリッチガス付与評価方法について説明する。具体的には、実施の形態２にかかるリッチガス付与評価方法は、図２のステップＳ６の処理のみが、実施の形態１にかかるリッチガス付与評価方法と異なる。そのため、同一の処理については、その説明を省略する。
【００５９】
図８は、リッチガス付与評価システム２００の触媒１０１内の各位置における窒素酸化物の浄化保持時間を示すグラフである。また、図８において、横軸は、触媒１０１内の各位置（ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の配置位置）を示し、縦軸は、触媒１０１の各位置における浄化保持時間（秒）を示す。また、図８において、触媒１０１内の位置が「０（ゼロ）」のところの値は、フロントパイプ３の空燃比センサ３１と触媒１０１の空燃比センサ１０２との間に配置された空燃比センサ（図示省略）の位置における浄化保持時間である。また、触媒１０１内の位置が「１」、「２」、「３」、「４」のところの値は、空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の位置（ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の位置）における浄化保持時間である。また、図８において、ひし形の標識は、触媒１０１の還元進行位置が空燃比センサ１０２の配置位置である場合を示し、四角形の標識は、触媒１０１の還元進行位置が空燃比センサ１０３の配置位置である場合を示し、三角形の標識は、触媒１０１の還元進行位置が空燃比センサ１０４の配置位置である場合を示し、円形の標識は、触媒１０１の還元進行位置が空燃比センサ１０５の配置位置である場合を示す。
【００６０】
図８から、触媒１０１内に配置された空燃比センサ１０２、１０３、１０４、１０５の位置（ＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４の位置）における、浄化保持時間を評価することができる。換言すれば、触媒１０１にＮＯｘセンサ２０１、２０２、２０３、２０４を取り付けることにより、触媒１０１内のどの位置が窒素酸化物の還元に対する寄与が大きいかを評価することができる。図８に示すように、還元進行位置が空燃比センサ１０４の位置である場合（三角形の標識で示すデータ）と、還元進行位置が空燃比センサ１０５の位置である場合（円形の標識で示すデータ）とでは、触媒１０１内の各位置における浄化保持時間に大きな差がない。そのため、図８から、空燃比センサ１０４の位置まで触媒１０１を還元するように触媒１０１にリッチガスを付与すればよいことがわかる。
【００６１】
そこで、演算部１０７は、図２のステップＳ６において、図８に示すグラフを参照して、浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす還元進行位置として、空燃比センサ１０４の位置を決定する。換言すれば、演算部１０７は、一の還元進行位置まで還元された触媒１０１内の各位置における浄化保持時間と、当該一の還元進行位置の次の還元進行位置まで還元された触媒１０１内の各位置における浄化保持時間と、の差分を算出し、当該差分が所定の値の範囲内である場合には、浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす還元進行位置として、当該一の還元進行位置を決定する。
次に、図２のステップＳ７において、演算部１０７は、表１を参照して、ステップＳ６において決定した還元進行位置と対応する、エンジン１に供給する燃料の増量（グラム）及び増量時間（秒）を、付与条件として決定する。
【００６２】
以上に説明した実施の形態２にかかるリッチガス付与評価方法によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができることは勿論のこと、演算部１０７は、触媒１０１内のどの位置が窒素酸化物の還元に対する寄与が大きいかに基づいて、浄化保持時間と所定の定量的関係を満たす還元進行位置を決定する。そのため、さらに燃費の低下を抑制することができるとともに、一酸化炭素や炭化水素等が浄化されずに排出されてしまうことをより確実に防ぐことができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  エンジン
２  エキゾーストマニホールド
３  フロントパイプ
３１  空燃比センサ
４  テールパイプ
４１  酸素センサ
１００、２００  リッチガス付与評価システム
１０１  触媒
１０２、１０３、１０４、１０５  空燃比センサ
１０６  Ａ／Ｆ計測部
１０７  演算部（制御部）
２０１、２０２、２０３、２０４  ＮＯｘセンサ
２０５  ＮＯｘ計測部
【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】
2015137591.tif 000010
【図８】
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