JP2009228680A - 排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定により正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止する。
【解決手段】NOx触媒24の再生処理中は、触媒温度を昇温させるため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲(浄化率の高い温度範囲)よりも高温になっているため、正常なNOx触媒24でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後にNOx触媒24の劣化判定を行うと、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定する可能性がある。この対策として、触媒再生処理終了から所定時間が経過するまで、NOx触媒24の劣化判定を禁止する。これにより、NOx触媒24の温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、NOx触媒24の劣化判定を行うことを回避でき、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定することを防止できる。
【選択図】図1
【解決手段】NOx触媒24の再生処理中は、触媒温度を昇温させるため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲(浄化率の高い温度範囲)よりも高温になっているため、正常なNOx触媒24でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後にNOx触媒24の劣化判定を行うと、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定する可能性がある。この対策として、触媒再生処理終了から所定時間が経過するまで、NOx触媒24の劣化判定を禁止する。これにより、NOx触媒24の温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、NOx触媒24の劣化判定を行うことを回避でき、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定することを防止できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の排出ガスを浄化する触媒の劣化の有無を判定する排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置に関するものである。
近年、燃費向上を目的として、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するいわゆるリーンバーンエンジンが開発されている。このリーンバーンエンジンでは、窒素酸化物(以下「NOx」と表記する)の排出量を低減するために、NOx吸蔵還元型触媒を採用したものがある。このNOx吸蔵還元型触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵し、空燃比がリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する。このNOx吸蔵還元型触媒の劣化判定方法としては、特許文献1(特許第2692380号公報)に示すように、NOx吸蔵還元型触媒で吸蔵可能なNOx吸蔵量を検出し、そのNOx吸蔵量が減少したときに触媒の劣化と判定するようにしたものがある。
ところで、NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力が低下する原因は、触媒を構成する担体や貴金属の熱劣化の他に、排出ガス中の硫黄(以下「S」と表記する)成分が触媒のNOx吸蔵物質と反応して硫酸塩を生成する、いわゆるS被毒がある。この硫酸塩は触媒温度を上昇させれば分解できるため、S被毒による触媒の浄化能力低下は、触媒の昇温(触媒再生処理)によって回復可能であるが、前述した熱劣化による触媒の浄化能力低下は回復させることができない。
しかし、上記従来の劣化判定方法では、S被毒によって浄化能力が低下した場合でも、熱劣化によって浄化能力が低下した場合と区別なく、触媒の劣化と判定してしまう。このため、触媒の劣化を検出したときに、その旨を警告灯等によって運転者に知らせて触媒の交換を促すと、S被毒で浄化能力が低下した触媒、つまり、触媒再生処理によって浄化能力を回復可能な触媒までも交換してしまう可能性があり、使用者に余分なコスト負担を強いるばかりか、省資源化の要求にも反することになる。
そこで、特許文献2(特開2000−34943号公報)に示すように、触媒の劣化を検出したときに、触媒再生処理を実施し、この触媒再生処理により触媒のNOx吸蔵能力が回復したか否かを判定し、NOx吸蔵能力が回復しない場合に、最終的に触媒の劣化(異常)と判定することが提案されている。
しかし、使用する燃料によってはS成分の含有率が高いものがあり、このような高S含有率の燃料を使用した場合には、排出ガス中のS濃度も高くなるため、触媒再生処理を行っても、触媒再生処理中に新たなS被毒が生じて触媒のNOx吸蔵能力を十分に回復させることができず、S被毒による触媒の一時的なNOx吸蔵能力低下を触媒の劣化と誤判定してしまうおそれがある。
ところで、触媒再生処理中は、触媒温度を昇温させることで、S被毒の原因物質(硫酸塩)を分解させる。このため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲(浄化率の高い温度範囲)よりも高温になっているため、正常な触媒でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後に触媒の劣化判定を実施すると、正常な触媒を劣化触媒と誤判定する可能性がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定により正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止できるようにすることである。
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段と、前記触媒再生処理終了から所定期間、前記触媒劣化判定手段による前記触媒の劣化判定を禁止する再生処理後劣化判定禁止手段とを備えた構成としたものである。このように構成すれば、触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定を行うことを回避でき、正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止できる。
更に、請求項2のように、燃料を給油したとき又は触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、再生処理後劣化判定禁止手段による触媒の劣化判定の禁止状態を禁止解除手段により解除するようにしても良い。このようにすれば、給油のためのエンジン停止により触媒温度が低下したと考えられるタイミング、又は、触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達して(或は積算燃料消費量が所定量に達して)、触媒温度が低下したと考えられるタイミングで、再生処理後劣化判定禁止手段による触媒の劣化判定の禁止状態を解除することができる。
この場合、請求項3のように、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、触媒の劣化判定を強制的に実施するようにしても良い。このようにすれば、触媒再生処理によりS被毒を取り除いた触媒について、触媒温度が通常使用温度範囲まで低下してから触媒の劣化の有無を判定することができ、S被毒や触媒温度の影響を受けずに触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。
更に、請求項4のように、燃料を給油したとき又は触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、触媒再生処理を強制的に実施するようにしても良い。このようにすれば、排出ガス中のS濃度が低下する可能性があるタイミング毎に、触媒再生処理を強制的に実施して触媒のS被毒を取り除くことができる。
以下、本発明をリーンバーンエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側には、吸気温度を検出する吸気温センサ14が設けられている。この吸気温センサ14の下流側には、スロットルバルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側には、吸気温度を検出する吸気温センサ14が設けられている。この吸気温センサ14の下流側には、スロットルバルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
更に、スロットルバルブ15の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ17が設けられ、この吸気管圧力センサ17の下流側に、サージタンク18が設けられている。このサージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。エンジン11のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各気筒の点火プラグ21には、点火時期毎に点火装置22で発生した高電圧が印加される。
一方、エンジン11の排気管23の途中には、排出ガスを浄化するNOx吸蔵還元型触媒(以下「NOx触媒」と表記する)24が設置されている。このNOx触媒24は、アルミナ等のセラミック担体に、K,Na,Li,Cs等のアルカリ金属、Ba,Ca等のアルカリ土類、La,Y等の希土類のうちの少なくとも1つと、Pt等の貴金属とを担持して構成している。このNOx触媒24は、排出ガスの中の酸素濃度が高いリーン運転中に排出ガス中のNOxを吸着し、空燃比がリッチ(又はストイキ)に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下したときに、吸着したNOxを還元浄化して放出する。
このNOx触媒24の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号AFを出力する空燃比センサ25が設けられ、NOx触媒24の下流側には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧VOX2が反転する酸素センサ26が設けられている。尚、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ27や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ28が取り付けられている。
エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)29は、CPU30、ROM31、RAM32、バッテリ(図示せず)でバックアップされたバックアップRAM33、入力ポート34、出力ポート35等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。入力ポート34には、前述した各種センサの出力信号が入力される。また、出力ポート35には、燃料噴射弁20、点火装置22等が接続されている。ECU29は、ROM31に記憶された各種のエンジン制御プログラムをCPU30で実行することでエンジン11の運転を制御する。
ECU29は、エンジン運転状態に基づいてリーン運転時間とリッチ運転時間を設定してリーン運転とリッチ運転を交互に実施する。リーン運転では、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御してリーン燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施し、リッチ運転では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御してリッチ燃焼させる。本実施形態では、通常運転時に、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を例えば50:1程度に設定して、リーン運転の途中に一時的にリッチ運転を実施する。これにより、NOx触媒24では、リーン運転時に排出ガス中のNOxを吸蔵し、そのNOxをリッチ運転時に還元浄化して放出する処理が繰り返される。
また、ECU29は、後述する各ルーチンを実行することで、リッチ運転時に触媒劣化判定処理を実施する。この触媒劣化判定処理では、NOx触媒24下流側の酸素センサ26の出力VOX2の所定時間内の最大値Vmax (ピーク値)に基づいてNOx触媒24のNOx吸蔵量を推定し、そのNO吸蔵量に基づいてNOx触媒24の劣化度合を判定する。そして、NOx触媒24の劣化度合が所定の劣化判定値以下のときは、NOx触媒24をS被毒から再生させるための触媒再生処理を実行する。
更に、ECU29は、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、再び触媒劣化判定を実施して、NOx触媒24の劣化の有無を判定する。但し、排出ガス中のS濃度が高い場合は、触媒再生処理を行ってもNOx触媒24のNOx吸蔵能力を十分に回復させることができないため、排出ガス中のS濃度の判定値が所定値よりも高いときには、NOx触媒24の劣化判定を禁止する。
以下、ECU29が実行する各ルーチンの具体的な処理内容を説明する。
以下、ECU29が実行する各ルーチンの具体的な処理内容を説明する。
[触媒劣化判定]
図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンは、各気筒の燃料噴射毎に実行され、特許請求の範囲でいう触媒劣化判定手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、劣化判定強制実施フラグXSDETが「1」にセットされているか否かで、劣化判定を強制的に実施するか否かを判定する。この劣化判定強制実施フラグXSDETは、触媒再生処理終了から所定時間経過後に触媒劣化判定処理を強制的に実施させるためのフラグであり、後述する図6のルーチンによって、触媒再生処理終了から所定時間経過後に劣化判定強制実施フラグXSDETが「1」にセットされる。
図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンは、各気筒の燃料噴射毎に実行され、特許請求の範囲でいう触媒劣化判定手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、劣化判定強制実施フラグXSDETが「1」にセットされているか否かで、劣化判定を強制的に実施するか否かを判定する。この劣化判定強制実施フラグXSDETは、触媒再生処理終了から所定時間経過後に触媒劣化判定処理を強制的に実施させるためのフラグであり、後述する図6のルーチンによって、触媒再生処理終了から所定時間経過後に劣化判定強制実施フラグXSDETが「1」にセットされる。
もし、劣化判定強制実施フラグXSDETが「0」であれば、ステップ102に進み、他の劣化判定実施条件が成立しているか否かを判定し、他の劣化判定実施条件も成立していなければ、以降の触媒劣化判定処理(ステップ103〜117)を実行することなく本ルーチンを終了する。
一方、ステップ101で劣化判定強制実施フラグXSDET=1又はステップ102で他の劣化判定実施条件が成立していると判定された場合は、ステップ103以降の触媒劣化判定処理を次のようにして実施する。まず、ステップ103で、リッチ制御開始後の経過時間をダウンカウントするカウンタCCATDTの値が「0」であるか否かを判定する。もし、このカウンタCCATDTの値が「0」であれば、ステップ104に進み、リッチ制御が開始されたか否かを判定し、リッチ制御開始のタイミングとなったときに、ステップ105に進み、カウンタCCATDTを所定値KCCATDTにセットする。この所定値KCCATDTは、リッチ運転時間の例えば約3倍の時間に設定されている。
このようにして、リッチ制御の開始当初にカウンタCCATDTを所定値KCCATDTにセットした後は、ステップ103で「No」と判定されて、ステップ103からステップ106に進み、カウンタCCATDTを「1」ずつカウントダウンする。
この後、ステップ107に進み、カウンタCCATDTが「0」までカウントダウンされたか否かを判定し、カウンタCCATDT≠0の期間中は、ステップ108に進み、NOx触媒24下流側の酸素センサ26の出力VOX2が前回までの最大値Vmax よりも大きいか否かを判定する。そして、VOX2≦Vmax の場合は、そのまま本ルーチンを終了し、VOX2>Vmax の場合は、ステップ109に進み、最大値Vmax を、その時の酸素センサ26の出力VOX2で更新しして本ルーチンを終了する。これにより、リッチ制御開始(カウンタCCATDT=KCCATDT)からカウンタCCATDT=0になるまでの期間に酸素センサ26の出力最大値(ピーク値)Vmax を検出する。
その後、カウンタCCATDT=0となったときに、ステップ107で「Yes」と判定されて、図3のステップ110に進み、酸素センサ26の出力最大値Vmax に基づいてマップ又は数式によりNOx触媒24のNOx吸蔵量を推定する。この場合、NOx触媒24のNOx吸蔵量が少なくなるほど、リッチ制御中にNOx触媒24をすり抜けるHC等のリッチ成分が多くなって酸素センサ26の出力VOX2が上昇する特性があるため、酸素センサ26の出力最大値Vmax が大きいほど、NOx吸蔵量が少ないと推定する。
この後、ステップ111に進み、図4のマップを用いて、推定したNOx吸蔵量に基づいてNOx触媒24の劣化度合を判定する。図4のマップは、推定したNOx吸蔵量が少ないほど(酸素センサ26の出力最大値Vmax が大きいほど)、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。この場合、NOx触媒24の劣化度合が所定の劣化判定値以下であれば、ステップ111でNOx触媒24の劣化無しと判定して、ステップ117へ進む。
これに対し、NOx触媒24の劣化度合が所定の劣化判定値よりも大きければ、ステップ111で暫定的にNOx触媒24の劣化有りと判定して、ステップ112に進み、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施済みであるか否かを判定する。もし、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施していなければ、S被毒によってNOx吸蔵量が低下している可能性があるため、ステップ113に進み、触媒再生処理を実行させるための暫定劣化判定フラグXCATを「1」にセットして、ステップ117に進む。
一方、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施済みの場合は、ステップ114に進み、暫定劣化判定フラグXCATを「0」にリセットした後、ステップ115に進み、劣化判定禁止フラグXSDETNGが劣化判定禁止を意味する「1」であるか否かを判定する。この劣化判定禁止フラグXSDETNGは、後述する図7の触媒劣化判定禁止ルーチンによって、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高いときに、劣化判定を禁止するために「1」にセットされる。
このステップ115で、劣化判定禁止フラグXSDETNG=1と判定された場合(排出ガス中のS濃度が所定値よりも高い場合)は、触媒再生処理が実施済みでも、まだNOx触媒24がS被毒している可能性があるため、最終的にNOx触媒24の劣化有りと判定せずに、ステップ117に進む。
一方、触媒再生処理が実施済みで、且つ、劣化判定禁止フラグXSDETNG=0と判定された場合は、S被毒ではなく、NOx触媒24の熱劣化等によってNOx吸蔵量が低下している状態(つまり触媒再生処理では回復不可能な状態)と判断して、ステップ116に進み、最終的にNOx触媒24の劣化有りと判定すると共に、警告灯を点灯してNOx触媒24の劣化を運転者に警告して、ステップ117に進む。
その後、ステップ117で、酸素センサ26の出力最大値Vmax を「0」にリセットすると共に、劣化判定強制実施フラグXSDETを「0」にリセットして本ルーチンを終了する。
[触媒再生制御]
図5の触媒再生制御ルーチンは、所定クランク角毎又は所定時間毎(例えば1秒毎)に実行され、特許請求の範囲でいう触媒再生制御手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、触媒再生処理強制実施フラグXSREGが「1」にセットされているか否かを判定する。この触媒再生処理強制実施フラグXSREGは、後述する図8の触媒劣化判定禁止解除ルーチンのステップ504で「1」にセットされる。
図5の触媒再生制御ルーチンは、所定クランク角毎又は所定時間毎(例えば1秒毎)に実行され、特許請求の範囲でいう触媒再生制御手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、触媒再生処理強制実施フラグXSREGが「1」にセットされているか否かを判定する。この触媒再生処理強制実施フラグXSREGは、後述する図8の触媒劣化判定禁止解除ルーチンのステップ504で「1」にセットされる。
もし、触媒再生処理強制実施フラグXSREG=0であれば、ステップ202に進み、他の触媒再生処理実施条件(例えば暫定劣化判定フラグXCAT=1)が成立しているか否かを判定し、他の触媒再生処理実施条件も成立していなければ、ステップ203に進み、後述する再生処理フラグXSRET、カウンタCSRET及びカウンタCSRICHを、それぞれ「0」にリセットして、触媒再生処理(ステップ204〜213)を実行することなく本ルーチンを終了する。
一方、ステップ201で触媒再生処理強制実施フラグXSREG=1と判定された場合、又はステップ202で他の触媒再生処理実施条件が成立(暫定劣化判定フラグXCAT=1)と判定された場合は、ステップ204以降の触媒劣化判定処理を次のようにして実施する。まず、ステップ204で、再生処理フラグXSRETが触媒再生処理の実施中であることを意味する「1」にセットされているか否かを判定する。もし、再生処理フラグXSRET=0(触媒再生処理の実施中でない)と判定されれば、ステップ205に進み、触媒再生処理の実施時間をダウンカウントするカウンタCSRETを所定値KCSRETにセットすると共に、ステップ206で再生処理フラグXSRETに「1」をセットして、ステップ207に進む。ここで、所定値KCSRETは触媒再生処理の実施時間であり、例えば1分程度の時間に設定されている。
前回までの処理で、再生処理フラグXSRETが「1」にセットされている場合(つまり触媒再生処理の実施中の場合)は、ステップ204からステップ207に進む。
再生処理フラグXSRET=1(触媒再生処理の実施中)の場合は、ステップ207で、カウンタCSRETを「1」だけカウントダウンして、次のステップ208で、カウンタCSRETが「0」までカウントダウンされたか否かを判定する。カウンタCSRET≠0の期間中は、ステップ209に進み、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を通常時の50:1から例えば5:1に変更して触媒再生処理を実施する。これにより、触媒再生処理の実施中は、リッチ燃焼の割合が増加されてNOx触媒24の温度が次第に上昇し、その熱でS被毒の原因物質(硫酸塩)を分解してNOx触媒24のNOx吸蔵能力を回復させる。
再生処理フラグXSRET=1(触媒再生処理の実施中)の場合は、ステップ207で、カウンタCSRETを「1」だけカウントダウンして、次のステップ208で、カウンタCSRETが「0」までカウントダウンされたか否かを判定する。カウンタCSRET≠0の期間中は、ステップ209に進み、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を通常時の50:1から例えば5:1に変更して触媒再生処理を実施する。これにより、触媒再生処理の実施中は、リッチ燃焼の割合が増加されてNOx触媒24の温度が次第に上昇し、その熱でS被毒の原因物質(硫酸塩)を分解してNOx触媒24のNOx吸蔵能力を回復させる。
その後、カウンタCSRETが「0」までカウントダウンされたときに、ステップ208からステップ210に進み、別のカウンタCSRICHを「1」だけカウントアップして、次のステップ211でカウンタCSRICHが所定値KCSRICHに達したか否かを判定する。ここで、所定値KCSRICHは、例えば3分程度の時間に設定されている。カウンタCSRICH≦KCSRICHの期間中は、ステップ212に進み、空燃比が理論空燃比となるようにストイキ制御を実施する。尚、空燃比が弱リッチとなるように制御しても良い。
その後、カウンタCSRICHが所定値KCSRICHを越えたときに、ステップ213に進み、再生処理フラグXSRET、カウンタCSRICH及び触媒再生処理強制実施フラグXSREGを、それぞれ「0」にリセットして、本ルーチンを終了する。これにより、一連の触媒再生処理が完了したと判断して、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を50:1に戻して通常のリーンバーン制御に復帰する。
[触媒再生処理後の劣化判定設定]
図6の触媒再生処理後の劣化判定設定ルーチンは、触媒再生処理後から所定時間が経過するまで、劣化判定強制実施フラグXSDETを「0」に維持して図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を禁止し、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、劣化判定強制実施フラグXSDETを「1」にセットして図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を強制的に実行させる。
図6の触媒再生処理後の劣化判定設定ルーチンは、触媒再生処理後から所定時間が経過するまで、劣化判定強制実施フラグXSDETを「0」に維持して図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を禁止し、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、劣化判定強制実施フラグXSDETを「1」にセットして図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を強制的に実行させる。
本ルーチンは、所定クランク角毎又は所定時間毎(例えば64ms毎)に実行され、特許請求の範囲でいう再生処理後劣化判定禁止手段に相当する役割を果たす。本ルーチン起動されると、まず、ステップ301で、触媒再生処理の実施中であるか否かを判定し、もし、触媒再生処理の実施中であれば、ステップ302に進み、触媒再生処理実施フラグXSREを、触媒再生処理の実施中を意味する「1」にセットする。
その後、触媒再生処理が終了したときに、ステップ301からステップ303に進み、触媒再生処理後カウンタCSREが「0」よりも大きいか否かを判定し、触媒再生処理後カウンタCSREが「0」よりも大きければ、ステップ304に進み、触媒再生処理実施フラグXSREが「1」にセットされているか否かを判定する。
触媒再生処理終了直後に、本ルーチンが最初に起動された時は、触媒再生処理後カウンタCSRE=0、触媒再生処理実施フラグXSRE=1となっているため、ステップ303→ステップ304→ステップ305と進み、ステップ305で、触媒再生処理後カウンタCSREを所定値KCSREにセットした後、ステップ306に進み、触媒再生処理実施フラグXSREを「0」にリセットする。ここで、所定値KCSREは、触媒再生処理終了後に触媒温度が通常使用温度範囲(浄化率の高い温度範囲)まで低下するのに必要な時間に設定されている。
このようにして、触媒再生処理後カウンタCSREを所定値KCSREにセットした後は、ステップ303で、「Yes」と判定されて、ステップ303からステップ307に進み、触媒再生処理後カウンタCSREを「1」だけカウントダウンした後、ステップ308に進み、触媒再生処理後カウンタCSREが「0」までカウントダウンされたか否かを判定する。触媒再生処理後カウンタCSRE≠0の期間中は、ステップ309に進み、劣化判定強制実施フラグXSDETを「0」に維持して図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を禁止する。
その後、触媒再生処理後カウンタCSREが「0」までカウントダウンされたときに、ステップ310に進み、劣化判定強制実施フラグXSDETを「1」にセットする。これにより、図2のステップ101で「Yes」と判定されるようになり、図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を強制的に実行させる。
[触媒劣化判定禁止]
図7の触媒劣化判定禁止ルーチンは、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高いときに、劣化判定禁止フラグXSDETNGを「1」にセットして図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンでNOx触媒24の劣化有りと判定することを禁止するルーチンである。
図7の触媒劣化判定禁止ルーチンは、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高いときに、劣化判定禁止フラグXSDETNGを「1」にセットして図2及び図3の触媒劣化判定ルーチンでNOx触媒24の劣化有りと判定することを禁止するルーチンである。
本ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、まず、ステップ401で、劣化判定強制実施フラグXSDETが「1」であるか否かによって、触媒再生処理後の触媒劣化判定処理を実施中か否かを判定する。もし、劣化判定強制実施フラグXSDET=1(触媒劣化判定処理の実施中)であれば、S濃度検出フラグXSCONをS濃度検出許可を意味する「1」にセットして本ルーチンを終了する。
一方、ステップ401で、劣化判定強制実施フラグXSDET=0(触媒劣化判定処理の実施中でない)と判定された場合は、ステップ403に進み、S濃度検出フラグXSCON=1であるか否かを判定し、S濃度検出フラグXSCON=1であれば、排出ガス中のS濃度の検出が許可されていると判断して、ステップ404に進み、触媒再生処理前のNOx触媒24の浄化能力と触媒再生処理後のNOx触媒24の浄化能力とを比較して、排出ガス中のS濃度を判定する。
このS濃度の判定方法は、排出ガス中のS濃度に応じて触媒再生処理によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力の回復度合が変化する特性、つまり排出ガス中のS濃度が高くなるほど、触媒再生処理によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力の回復度合が低下するという特性を利用するものであり、例えば、触媒再生処理前後のNOx吸蔵量(又はNOx浄化率)の偏差と排出ガス中のS濃度との関係を予め実験又はシミュレーションでマップ化又は数式化しておき、触媒再生処理前後のNOx吸蔵量(又はNOx浄化率)の偏差に応じてマップ又は数式により排出ガス中のS濃度を算出する。
S濃度の判定後、ステップ405に進み、S濃度検出フラグXSCONを「0」にリセットした後、ステップ406に進み、排出ガス中のS濃度が所定値(例えば300ppm)よりも高いか否かを判定する。もし、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高ければ、触媒再生処理を行ってもS被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力低下を回復させることができないため、ステップ407に進み、劣化判定禁止フラグXSDETNGを「1」にセットする。これにより、図3のステップ115で「Yes」と判定されるようになり、NOx触媒24の劣化有りと判定することが禁止される。
一方、排出ガス中のS濃度が所定値以下であれば、S被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力低下を触媒再生処理により回復させることができるため、劣化判定禁止フラグXSDETNGを「1」にセットすることなく、本ルーチンを終了する。
[触媒劣化判定禁止解除]
図8の触媒劣化判定禁止解除ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう禁止解除手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ501〜503で、触媒劣化判定禁止を解除するための触媒劣化判定禁止解除条件が成立しているか否かを判定する。燃料給油時に、S含有率の低い燃料が給油されると、排出ガス中のS濃度が低下するため、本実施形態では、触媒劣化判定禁止解除条件を次の(1) 〜(3) としている。
図8の触媒劣化判定禁止解除ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう禁止解除手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ501〜503で、触媒劣化判定禁止を解除するための触媒劣化判定禁止解除条件が成立しているか否かを判定する。燃料給油時に、S含有率の低い燃料が給油されると、排出ガス中のS濃度が低下するため、本実施形態では、触媒劣化判定禁止解除条件を次の(1) 〜(3) としている。
(1) 燃料を給油したこと(ステップ501)
(2) 触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離よりも大きいこと(ステップ502) (3) 触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量よりも多いこと(ステップ503)
(2) 触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離よりも大きいこと(ステップ502) (3) 触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量よりも多いこと(ステップ503)
この場合、(1) の燃料を給油したか否かは、燃料ゲージで計測した燃料タンク内の燃料残量が所定量以上増加したか否かで判定したり、或は、給油口の蓋の開放を検出するスイッチの出力信号に基づいて判定すれば良い。また、(2) の所定距離は、燃料タンク内の燃料を全て消費するのに十分な積算走行距離に設定され、(3) の所定量は、燃料タンクの最大燃料貯溜量を少し越える値に設定されている。従って、(2) 触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離よりも大きいと判定された場合、又は(3) 触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量よりも多いと判定された場合は、それまでに少なくとも一度は新たに燃料を給油したと判断することができる。
以上説明した(1) 〜(3) の条件のうちいずれか1つでも満たせば、触媒劣化判定禁止解除条件が成立し、ステップ504に進み、劣化判定禁止フラグXSDETNGを「0」にリセットすると共に、触媒再生処理強制実施フラグXSREGを「1」にセットして、本ルーチンを終了する。これにより、図3のステップ115で「No」と判定されるようになり、NOx触媒24の劣化判定の禁止を解除すると共に、図5のステップ201で「Yes」と判定されるようになり、図5の触媒再生制御ルーチンの触媒再生処理を強制的に実行させる。
一方、上記(1) 〜(3) の条件を全て満たさない場合は、触媒劣化判定禁止解除条件が不成立となり、触媒劣化判定禁止を解除せずに、本ルーチンを終了する。
尚、上記(1) 〜(3) の条件のいずれか1つ又は2つの条件を省略するようにしても良いことは言うまでもない。
尚、上記(1) 〜(3) の条件のいずれか1つ又は2つの条件を省略するようにしても良いことは言うまでもない。
[空燃比設定]
図9の空燃比設定ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ601で、排出ガス中のS濃度が所定値(例えば300ppm)よりも高いか否かを判定する。
図9の空燃比設定ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ601で、排出ガス中のS濃度が所定値(例えば300ppm)よりも高いか否かを判定する。
排出ガス中のS濃度が高いときは、NOx触媒24のS被毒が生じてNOx吸蔵能力が低下している可能性があると共に、触媒再生処理を行っても、S被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力低下を回復させることができない。このため、排出ガス中のS濃度が高いときは、排出ガス中のNOx量が多くなると、NOx触媒24に吸蔵できないNOx量が増加して、大気中へのNOx排出量が増加する。空燃比をリーン制御すると、排出ガス中のNOx量がリッチ制御時やストイキ時よりも増加するため、排出ガス中のS濃度が高いときに、空燃比をリーン制御すると、大気中へのNOx排出量が増加する結果となる。
そこで、ステップ601で、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高いと判定された場合は、ステップ602に進み、リーン制御を禁止して、ステップ604に進み、図示しない目標空燃比設定ルーチンを実行して、目標空燃比を理論空燃比付近に設定する。これにより、排出ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御して、排出ガス中のNOx量を少なくしながら、排出ガス中のNOx、HC、CO等をNOx触媒24で浄化する。
一方、S濃度が所定値以下の場合は、仮に、S被毒によりNOx触媒24のNOx吸蔵能力が低下していたとしても、触媒再生処理によってNOx吸蔵能力を回復させることができるため、ステップ603に進み、リーン制御を許可した後、ステップ604に進み、図示しない目標空燃比設定ルーチンを実行して、目標空燃比を、理論空燃比よりもリーン側の目標値と理論空燃比よりもリッチ側の目標値とで所定の時間比(例えば50:1程度)で交互に切り換える。これにより、NOx触媒24は、リーン運転時に排出ガス中のNOxを吸蔵し、そのNOxをリッチ運転時に還元浄化して放出する。
以上説明した本実施形態では、排出ガス中のS濃度が高い場合、つまり、触媒再生処理を行っても、S被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵量低下を十分に回復させることができない場合は、NOx触媒24の劣化有りと判定することを禁止するようにしたので、S被毒によるNOx触媒24の一時的なNOx吸蔵能力低下をNOx触媒24の劣化と誤判定することを未然に防止することができ、NOx触媒24のNOx吸蔵能力が再生不可能な状態となっているときのみに、NOx触媒24の劣化と判定することができ、触媒劣化判定の信頼性を向上することができる。
ところで、触媒再生処理中は、触媒温度を昇温させるため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲(浄化率の高い温度範囲)よりも高温になっているため、正常なNOx触媒24でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後にNOx触媒24の劣化判定を行うと、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定する可能性がある。
その点、本実施形態では、触媒再生処理終了から所定時間が経過するまで、NOx触媒24の劣化判定を禁止するようにしたので、NOx触媒24の温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、NOx触媒24の劣化判定を行うことを回避でき、正常なNOx触媒24を劣化触媒と誤判定することを防止できる。しかも、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、NOx触媒24の劣化判定を強制的に実施するようにしたので、触媒再生処理によりS被毒を取り除いたNOx触媒24について、触媒温度が通常使用温度範囲まで低下してから触媒劣化の有無を判定することができ、S被毒や触媒温度の影響を受けずにNOx触媒24の劣化の有無を精度良く判定することができる。
更に、本実施形態では、燃料を給油したとき又は燃料給油したと考えられる積算走行距離や積算燃料消費量に達したときに、NOx触媒24の劣化判定の禁止を解除すると共に、触媒再生処理を強制的に実施するようにしたので、S含有率の低い燃料が給油される可能性(排出ガス中のS濃度が低下する可能性)があるタイミング毎に、NOx触媒24の劣化判定の禁止を解除することができると共に、触媒再生処理を強制的に実施してNOx触媒24のS被毒からの再生を図ることができる。
また、本実施形態では、排出ガス中のS濃度が所定値よりも高いときに、空燃比のリーン制御を禁止して、排出ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御するようにしたので、排出ガス中のS濃度が高くて、S被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力低下を触媒再生処理によって回復させることができないときに、排出ガス中のNOx量を少なくして、排出ガス中のNOxをNOx触媒24で還元浄化することができ、大気中へのNOx排出量を低減することができる。
尚、本実施形態では、触媒再生処理後は、常に、所定時間経過後に排出ガス中のS濃度を判定し、そのS濃度に応じてNOx触媒24の劣化判定を禁止するか否かを決めるようにしたが、S被毒によるNOx触媒24のNOx吸蔵量低下が触媒再生処理によって回復する場合は、NOx触媒24の劣化が無い(劣化判定の必要がない)と判断できるため、触媒再生処理によってNOx触媒24のNOx吸蔵量低下が回復しないときのみ、S濃度を判定し、そのS濃度に応じてNOx触媒24の劣化判定を禁止するか否かを決めるようにしても良い。このようにすれば、S濃度を判定する処理及びそのS濃度に応じてNOx触媒24の劣化判定を禁止するか否かを決める処理を、必要なときのみ実行し、それ以外のときは実行しないようにすることができ、CPU30の負荷を軽減することができる。
また、本実施形態では、触媒再生処理前のNOx触媒24の浄化能力と触媒再生処理後のNOx触媒24の浄化能力とを比較して、排出ガス中のS濃度を判定するようにしたが、NOx触媒24のNOx浄化率の低下速度に基づいて排出ガス中のS濃度を判定するようにしても良い。一般に、排出ガス中のS濃度が高くなるほど、NOx触媒24のS被毒の進行速度が速くなってNOx触媒24のNOx浄化率の低下速度が速くなるという関係があるため、排出ガス中のS濃度とNOx浄化率の低下速度との関係を予め実験又はシミュレーション等によってマップ化又は数式化することで、NOx触媒24の排出ガス浄化率の低下速度に基づいて排出ガス中のS濃度を精度良く求めることができる。尚、排出ガス中のS濃度をガスセンサ等で直接検出するようにしても良い。
また、NOx触媒24の劣化判定方法は、適宜変更しても良い。例えば、触媒再生処理終了後に実施するNOx触媒24の劣化判定は、触媒再生処理によるNOx触媒24のNOx吸蔵能力の回復度合によって判定するようにしても良い。例えば、排出ガス中のS濃度が低いときに実施した触媒再生処理でNOx触媒24のNOx吸蔵能力の回復度合が低い場合に、NOx触媒24の劣化と判定しても良い。
また、本実施形態では、触媒再生処理(触媒昇温処理)をいわゆる噴射ディザにより実施したが、点火遅角制御等によって実施するようにしても良い。また、触媒再生処理の実施中に、トルク補償のための空気量制御、点火遅角制御等を実施するようにしても良い。
その他、本発明は、NOx触媒24以外に、三元触媒等、S被毒が生じる触媒を用いたシステムに適用しても良く、また、リーンバーンエンジン以外に、直噴エンジン等に適用しても良い。
11…エンジン(内燃機関)、23…排気管、24…NOx触媒(NOx吸蔵還元型触媒)、25…空燃比センサ、26…酸素センサ、29…ECU(触媒再生制御手段,触媒劣化判定手段,再生処理後劣化判定禁止手段,禁止解除手段)。
Claims (4)
- 内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、
前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、
前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段と、
前記触媒再生処理終了から所定期間、前記触媒劣化判定手段による前記触媒の劣化判定を禁止する再生処理後劣化判定禁止手段と
を備えていることを特徴とする排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。 - 燃料を給油したとき又は前記触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は前記触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、前記再生処理後劣化判定禁止手段による前記触媒の劣化判定の禁止状態を解除する禁止解除手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。
- 内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、
前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、
前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段とを備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記触媒再生処理終了から所定時間経過後に前記触媒の劣化判定を強制的に実施することを特徴とする排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。 - 前記触媒再生制御手段は、燃料を給油したとき又は前記触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は前記触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、前記触媒再生処理を強制的に実施することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。
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