(57)【要約】【課題】給油された燃料の硫黄濃度を早期に判定することができる内燃機関の硫黄濃度判定装置を提供する。【解決手段】本実施例に係るエンジンシステムは、排気ガス中の酸素を吸蔵、放出可能な触媒３８と、触媒３８通過後の排気ガスの空燃比を検出する酸素センサ６６と、給油の有無を判定する給油検出センサ９１と、前回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの前回出力値と、今回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの今回出力値とに基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を判定するＥＣＵ４とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の酸素を吸蔵、放出可能な触媒と、
前記触媒通過後の排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサと、
給油の有無を判定する給油判定手段と、
前回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの前回出力値と、今回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの今回出力値とに基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を判定する硫黄濃度判定手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の硫黄濃度判定装置。
【請求項２】
前記硫黄濃度判定手段は、前記前回出力値の振幅の中間値と、前記今回出力値の振幅の中間値との変動に基づいて、前記判定を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の硫黄濃度判定装置。
【請求項３】
前記排気ガスの温度を検出する排気温センサを備え、
前記硫黄濃度判定手段は、前記排気温センサの出力値が所定値以上での前記中間値の変動と、前記排気温センサの出力値が前記所定値未満での前記中間値の変動とに基づいて、前記判定を行う、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の硫黄濃度判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の硫黄濃度判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に配置された三元触媒の下流側に空燃比センサ又は酸素センサを配置した触媒劣化検出装置が知られている。
例えば、特許文献１には、三元触媒の下流側に配置された酸素センサからの出力値の、給油前後での軌跡長の平均値に基づいて、触媒の劣化を検出すると共に、高硫黄ガソリンの使用を判定する触媒劣化検出装置が開示されている。
この装置では、高硫黄ガソリンの使用により、一時的に三元触媒が劣化して、酸素センサの出力の軌跡長が長くなることを利用して、高硫黄ガソリンを検出することができる。具体的には、今回給油後以降に算出された酸素センサの出力の軌跡長の平均値と、前回給油後以降に算出された酸素センサの出力の軌跡長の平均値に所定値を加えた値とを比較することにより、高硫黄ガソリンの使用を判定する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている装置では、所定回数以上の給油が行われた後でしか、高硫黄ガソリンの使用を判定することができない。したがって、早期に高硫黄ガソリンが使用されたことを判定することはできないという問題がある。
【０００５】
したがって本発明の目的は、給油された燃料の硫黄濃度を早期に判定することができる内燃機関の硫黄濃度判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、排気ガス中の酸素を吸蔵、放出可能な触媒と、前記触媒通過後の排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサと、給油の有無を判定する給油判定手段と、前回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの前回出力値と、今回給油された燃料の使用中における前記酸素センサの今回出力値とに基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を判定する硫黄濃度判定手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の硫黄濃度判定装置によって達成できる。
高硫黄燃料が使用されると、触媒が一時的に劣化し、触媒通過後の排気ガスの空燃比が、高硫黄燃料が使用される前と、高硫黄燃料が使用された後とで変動する。従って、酸素センサの出力も変動するので、前回出力値と今回出力値とに基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を判定できる。また、給油前後で前回出力値と今回出力値とが把握できれば判定可能であるため、今回給油された燃料の硫黄濃度を早期に判定することができる。
【０００７】
また、上記構成において、前記硫黄濃度判定手段は、前記前回出力値の振幅の中間値と、前記今回出力値の振幅の中間値との変動に基づいて、前記判定を行う、構成を採用できる。
酸素センサの出力値の振幅の中間値を比較することにより、触媒が劣化の検出精度が向上する。これにより、今回給油された燃料の硫黄濃度の判定が容易となる。
【０００８】
また、上記構成において、前記排気ガスの温度を検出する排気温センサを備え、前記硫黄濃度判定手段は、前記排気温センサの出力値が所定値以上での前記中間値の変動と、前記排気温センサの出力値が前記所定値未満での前記中間値の変動とに基づいて、前記判定を行う、構成を採用できる。
例えば、今回給油した燃料が含酸素燃料である場合には、燃料中に酸素が含まれているため、排気ガスの空燃比が変動して、燃料流の硫黄濃度を誤判定する恐れがある。また、触媒の劣化による酸素放出機能の低下は、排気ガスが所定温度より高温の場合よりも、低温の場合の方が顕著となる。従って、排気温センサの出力値が所定値以上での中間値の変動と、排気温センサの出力値が所定値未満での中間値の変動とに基づいて、判定を行うことにより、含酸素燃料を給油した場合であっても、硫黄濃度の誤判定を防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、給油された燃料の硫黄濃度を早期に判定することができる内燃機関の硫黄濃度判定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【００１１】
図１は、本実施例に係るエンジンシステムの構成を示した模式図であり、自動車に搭載された多気筒の筒内噴射型ガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２及びその電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４の概略構成を示している。図１では１つの気筒の構成を中心として示している。
ここでエンジン２の出力は変速機（図示略）を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブ１２と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。
【００１２】
燃料タンク９０には、燃料が貯留されている。燃料タンク９０に貯留された燃料は、デリバリーパイプ（不図示）を介して、燃料噴射バルブ１２へと圧送される。
また、燃料タンク９０には、給油検出センサ９１が設けられ、給油キャップの開閉により、給油検出センサ９１はＥＣＵ４へ所定の出力を行う。これにより、ＥＣＵ４は、給油の有無を判定することができる。また、ＥＣＵ４には、給油の有無を履歴として記憶する。
【００１３】
燃焼室１０に接続している吸気ポート１６は吸気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。吸気ポート１６に接続された吸気通路２０の途中にはサージタンク２２が設けられ、サージタンク２２の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。
【００１４】
このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出され、サージタンク２２内の吸気圧ＰＭは、サージタンク２２に設けられた吸気圧センサ３０により検出されて、ＥＣＵ４に読み込まれている。
【００１５】
燃焼室１０に接続している排気ポート３２は排気バルブ（図示略）の駆動により開閉される。排気ポート３２に接続された排気通路３６には、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元とを行い、酸素吸蔵、放出機能を有する三元触媒であるスタートキャタリスト３８が設けられている。また、排気通路３６には、スタートキャタリスト（以下、単に「触媒」という。）３８の下流にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。
【００１６】
また、排気通路３６には、触媒３８の上流側に排気温センサ６３、空燃比センサ６４が、触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元触媒４０との間に第１酸素センサ６６が、そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の下流に第２酸素センサ６８がそれぞれ配置されている。空燃比センサ６４として、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比に応じた電圧信号を出力するリニア空燃比センサが使用されている。両酸素センサ６６，６８は、それぞれ排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するセンサである。また、排気温センサ６３により、触媒３８に流入する排気ガスの温度を検出することができる。
【００１７】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などから構成され、エンジン全体の作動を制御する。尚、ＥＣＵ４は、詳しくは後述するが、硫黄濃度判定手段として機能する。
このＥＣＵ４は、スロットル開度センサ２８及び吸気圧センサ３０以外に、アクセルペダル４４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ５６からの信号を入力している。更に、ＥＣＵ４は、クランク軸５４の回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５８、空燃比センサ６４、第１酸素センサ６６及び第２酸素センサ６８からそれぞれ信号を入力している。
【００１８】
ＥＣＵ４は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン２の燃料噴射時期、燃料噴射量、及びスロットル開度ＴＡを適宜制御する。これにより、燃焼形態については、成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えがなされる。本実施形態では、冷間時などの状態を除いた通常運転時には、エンジン回転数ＮＥと負荷率ｅｋｌｑとのマップに基づいて、燃焼形態が決定される。ここで「負荷率」は、最大機関負荷に対する現在の負荷の割合を示すもので、例えばアクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップから求められる。
【００１９】
燃焼形態が成層燃焼に設定された場合には、スロットルバルブ２６はかなり開いた状態となり、吸気量に対して理論空燃比よりもかなり少ない量の燃料が、圧縮行程後期に噴射されるように制御される。この結果、点火時期においては点火プラグ１４近傍に層状に存在する点火可能な濃い混合気に点火がなされて成層燃焼が行われる。
【００２０】
一方、燃焼形態が均質燃焼に設定された場合には、アクセル開度ＡＣＣＰの程度に応じてスロットルバルブ２６の開度が調整され、機関の空燃比が理論空燃比となる量の燃料が吸気行程中に噴射されるように制御される。この結果、点火時期においては、燃焼室１０内全体を占め、機関の空燃比が理論空燃比でかつ均質な混合気に点火がなされて均質燃焼が行われる。
【００２１】
ＥＣＵ４は、触媒３８の酸化・還元能力を高めるために、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射量を、空燃比センサ６４の出力、或いはその出力と第１酸素センサ６６の出力とに基づいてフィードバック制御する。また、ＥＣＵ４は、燃料中に含まれる硫黄濃度を判定する、硫黄濃度判定処理を実行する。
【００２２】
次に、触媒３８における酸素吸蔵反応及び酸素放出反応について説明する。触媒３８に燃料リーンな排気ガスが流入すると、この排気ガス中の過剰な酸素が触媒担体（例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｃｅのような貴金属により構成される）により吸蔵される。一方、触媒３８に燃料リッチな排気ガス、つまり、還元ガス（例えば、ＣＯ，ＨＣ）が流入すると、この還元ガスは触媒担体から放出された酸素により酸化され、ＣＯ２又はＨ２Ｏとして排出される。
【００２３】
ところで、触媒における酸素放出反応の反応速度よりも酸素吸蔵反応の反応速度の方が大きいことが知られている。この傾向は、触媒の劣化度合が大きいほど顕著になる。すなわち、触媒３８が、燃料中に含まれる硫黄によって被毒することにより劣化すると、触媒３８における酸素放出反応の反応速度が大幅に低下する。このため、劣化した触媒では、酸素吸蔵反応の反応速度に比べて酸素放出反応の反応速度が非常に小さくなる。よって、触媒が劣化した場合と、劣化していない場合とでは、第１酸素センサ６６の出力値が変動することになる。
【００２４】
次に、ＥＣＵ４が実行する硫黄濃度判定処理について説明する。
図２は、ＥＣＵ４が実行する硫黄濃度判定処理の一例を示したフローチャートである。
ＥＣＵ４は、給油の履歴があるかどうかを判定する（ステップＳ１）。
給油の履歴がある場合には、ＥＣＵ４は、給油後のサブフィードバック学習が完了したかどうかを判定する（ステップＳ２）。
ここで、サブフィードバック学習とは、ＥＣＵ４が、第１酸素センサ６６からの出力値に基づいて、第１酸素センサ６６の出力値の振幅の中間値を算出するための処理である。
【００２５】
図３は、サブフィードバック学習の概念的な説明図である。
まず、サブフィードバック学習について具体的に説明する前に、触媒３８を通過する前後での排気ガスの空燃比の変動について説明する。
図３に示すように、第１酸素センサ６６の出力値は、リーン状態及びリッチ状態に交互に信伏する。例えば、第１酸素センサ６６の出力値がリッチ状態の場合には、触媒３８を通過する前の排気ガスの空燃比は、リーン状態であり、このリーン状態の排気ガスが触媒３８によって、酸素が吸蔵されて、第１酸素センサ６６の出力値はリッチ状態となる。従って、この場合、６４の出力値は、リーン状態を示し、第１酸素センサ６６の出力値は、リッチ状態を示す。
【００２６】
また、第１酸素センサ６６の出力値がリーン状態の場合には、触媒３８を通過する前の排気ガスの空燃比は、リッチ状態であり、このリッチ状態の排気ガスが触媒３８によって、酸素が放出されて、リーン状態となる。従って、この場合、６４の出力値は、リッチ状態を示し、第１酸素センサ６６の出力値は、リーン状態を示す。
【００２７】
ＥＣＵ４は、図３に示すように、前回給油された燃料が使用されている際の第１酸素センサ６６の出力値（以下「前回出力値」と称する）の、リッチ状態での定常値Ｒ１と、リーン状態での定常値Ｌ１とに基づいて、その中間値Ｍ１を算出する。これにより、第１酸素センサ６６の出力値の振幅の中間値を算出することができる。
同様に、ＥＣＵ４は、今回給された燃料が使用されている際の第１酸素センサ６６の出力値（以下「今回出力値」と称する）の、リッチ状態での定常値Ｒ２と、リーン状態での定常値Ｌ２とに基づいて、その中間値Ｍ２を算出する。
このように、中間値Ｍ２を算出することにより、サブフィードバック学習処理が完了する（ステップＳ２でＹｅｓ）。
尚、前回出力値の中間値Ｍ１は、前回給油された燃料によってエンジン２が駆動している間にＥＣＵ４によって算出、記憶される。
【００２８】
サブフィードバック学習処理が完了すると、中間値Ｍ１と、中間値Ｍ２とを比較する（ステップＳ３）。
図３に示すように、中間値Ｍ１、Ｍ２を比較すると、中間値Ｍ２の方が、中間値Ｍ１よりも、リッチ側に出力されていることがわかる。これは、燃料に含まれている硫黄が触媒３８を一時的に劣化され、触媒３８の酸素放出速度が低下したからである。これにより、今回給油された燃料は、前回給油された燃料に比べ、燃料に含まれる硫黄濃度が大きいと判定することができる（ステップＳ４）。
具体的には、中間値Ｍ１、Ｍ２の差が、所定値以上の場合には、前回給油された燃料に比べ、燃料に含まれる硫黄濃度が大きいと判定し、所定値未満の場合には、硫黄濃度に変化はないと判定する。
【００２９】
このように、高硫黄燃料が使用されると、触媒３８が一時的に劣化し、触媒３８通過後の排気ガスの空燃比が、高硫黄燃料が使用される前と、高硫黄燃料が使用された後とで変動する。従って、第１酸素センサ６６の出力も変動するので、前回出力値と今回出力値とに基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を判定できる。また、給油前後で前回出力値と今回出力値とが把握できれば判定可能であるため、今回給油された燃料の硫黄濃度を早期に判定することができる。
また、前回出力値の振幅の中間値と、今回出力値の振幅の中間値との変動に基づいて、燃料の硫黄濃度を判定するので、触媒３８が劣化の検出精度が向上する。これにより、今回給油された燃料の硫黄濃度の判定が容易となる。
【００３０】
次に、上記ステップＳ３について、更に詳細に説明する。
ＥＣＵ４は、排気温センサ６３の出力値が所定値以上での前記中間値の変動と、排気温センサ６３の出力値が前記所定値未満での前記中間値の変動とに基づいて、硫黄濃度の判定を行う。
具体的には、排気温センサ６３の出力値が７００度未満を示している状態で算出された、前回給油された燃料の中間値fgsfbBC及び今回給油された燃料の中間値fgsfbACと、排気温センサ６３の出力値が７００度以上を示している状態で算出された、前回給油された燃料の中間値fgsfbBH及び今回給油された燃料の中間値fgsfbAHとに基づいて、ＥＣＵ４は硫黄濃度を判定する。
上記の値を用いて、以下の式により算出する。
（fgsfbAC-fgsfbBC）/(fgsfbAH-fgsfbBH)……（１）
上記式（１）により算出された値が、所定値より大きい場合には、前回給油された燃料に比べ、燃料に含まれる硫黄濃度が大きいと判定し、所定値未満の場合には、硫黄濃度に変化はないと判定する。
【００３１】
ここで、上記式は、排気ガスが高温（７００度以上）の場合での上記中間値の変動に対する、排気ガスが低温（７００度未満）の場合での上記中間値の変動の割合を示している。
即ち、上記式（１）による算出値が、所定値以上の場合には、排気ガスが高温の場合での中間値の変動に対し、低温の場合の方がその変動が大きいことを示している。また、上記式（１）による算出値が、所定値未満の場合には、高温の場合での中間値の変動と、低温の場合での中間値の変動が、略一致していることを示している。
【００３２】
このような式を用いて硫黄濃度を判定する理由は、例えば、今回給油した燃料が含酸素燃料である場合には、燃料中に酸素が含まれているため、排気ガスの燃焼理論空燃比が変動して、燃料流の硫黄濃度を誤判定する恐れがある。また、触媒の硫黄被毒劣化による酸素放出機能の低下は、排気ガスが所定温度より高温の場合よりも、低温の場合の方が顕著となる。従って、上記式（１）を用いて硫黄濃度を判定することにより、含酸素燃料が使用された場合には、排気ガスの温度に依存せず、上記式（１）による算出値は、小さい値となる。以上のように算出することにより、含酸素燃料を給油した場合であっても、硫黄濃度の誤判定を防止できる。
【００３３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３４】
例えば、ＥＣＵ４が第１酸素センサ６６の出力値（中間値）に対応した硫黄濃度の値を把握しておいて、前回出力値の振幅の中間値と、今回出力値の振幅の中間値との変動に基づいて、今回給油された燃料の硫黄濃度を具体的に判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例に係るエンジンシステムの構成を示した模式図である。
【図２】ＥＣＵが実行する硫黄濃度判定処理の一例を示したフローチャートである。
【図３】サブフィードバック学習の概念的な説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２                    エンジン
４                    ＥＣＵ（硫黄濃度判定手段）
１０                  燃焼室
１２                  燃料噴射バルブ
１４                  点火プラグ
１６                  吸気ポート
２０                  吸気通路
２２                  サージタンク
２４                  スロットルモータ
２６                  スロットルバルブ
２８                  スロットル開度センサ
３０                  吸気圧センサ
３２                  排気ポート
３６                  排気通路
３８                  触媒
４０                  ＮＯｘ吸蔵還元触媒
４４                  アクセルペダル
５４                  クランク軸
５６                  アクセル開度センサ
５８                  エンジン回転数センサ
６３                  排気温センサ
６４                  空燃比センサ
６６                  第１酸素センサ
６８                  第２酸素センサ
９０                  燃料タンク
９１                  給油検出センサ
【図１】
2008255951.tif 000003
【図２】
2008255951.tif 000004
【図３】
2008255951.tif 000005