JP4134665B2 - Ｈｃ濃度予測方法およびｈｃ吸着触媒の劣化診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＣ濃度予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関し、より具体的には、低温でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法、および、そのようなＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスを浄化するための触媒として、低温でＨＣを吸着し、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化する、いわゆるＨＣ吸着触媒が知られている。
【０００３】
ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する手法として、特許文献１は、排気通路においてＨＣ吸着触媒の上流側と下流側とにＯ2センサを設け、その出力値の差に基づいてＨＣ吸着触媒の劣化を判断する手法を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２１２３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断するためには、エンジン始動後の比較的短い期間内で診断を行う必要があり、実際には、特許文献１に開示されているような手法を用いても、ＨＣ吸着触媒の劣化を十分に精度良く診断することはできない。すなわち、ＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断する手法は確立されていないのが現状である。
【０００６】
また、ＨＣ吸着触媒をエンジンに実際に搭載した場合の浄化性能を精度よく見積もる手法も確立されてはいない。つまり、ある仕様のＨＣ吸着触媒が設けられたときのＨＣ濃度変化を精度よく予測する手法が見出されていない。従って、どの程度のサイズのＨＣ吸着触媒を設けることによって所望の浄化率が得られるかは、試作・検証・改良を繰り返すことによって見積もられている。そのため、開発コストの上昇や開発サイクルの長期化を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法であって、前記触媒の温度を検出する検出ステップと、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、前記触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する第１予測ステップと、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、前記第１予測ステップと同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する第２予測ステップと、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【０００９】
前記浄化モデルは、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルであることが好ましい。
【００１０】
前記ＨＣ吸着速度Ｒ1および前記ＨＣ放出速度Ｒ2は、所定の係数を含む式により算出され、前記所定の係数は、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、前記所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定されることが好ましい。
【００１１】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化診断装置であって、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する予測手段と、前記触媒の劣化を診断する劣化診断手段と、を備え、前記予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、前記ＨＣ濃度検出手段によって検出された前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測し、前記劣化診断手段は、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、前記予測手段によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、前記触媒の劣化を判断する構成を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１２】
以下、本発明の作用を説明する。
【００１３】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００１４】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００１５】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００１６】
浄化モデルとして、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを用いると、ＨＣが浄化される点について精度良く考慮した予測を好適に行うことができる。
【００１７】
ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には、所定の係数を含む式により算出される。このとき、所定の係数を、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定しておくと、すなわち、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００１８】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置が有する予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出手段によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。
【００１９】
すなわち、予測手段は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測手段は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。 このように、本発明による劣化診断装置が備える予測手段は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態のＨＣ濃度変化予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
（ＨＣ濃度変化予測方法）
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、所定の温度域（典型的には低温域）でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法である。
【００２２】
まず、本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理を説明する。
【００２３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法においては、ＨＣ吸着触媒（以下、単に「触媒」とも表記する。）上でのＨＣの吸着、放出（脱離）および浄化について、図１に示すようなモデルを設定し、このモデルに基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。
【００２４】
ＨＣの濃度変化を予測するために、単位時間当たりのＨＣ減少量と、単位時間当たりのＨＣ増加量とを見積もる必要がある。本実施形態の予測方法では、ＨＣ減少量については、触媒への吸着と触媒による浄化とを考慮し、ＨＣ増加量については、触媒からの放出を考慮する。
【００２５】
触媒への吸着と触媒からの放出については、Ｌａｎｇｍｕｉｒモデルに基づいてＨＣ吸着速度Ｒ1とＨＣ放出速度Ｒ2を設定する。さらに、触媒によってＨＣが浄化されるモデル（浄化モデル）に基づいて、ＨＣ浄化速度Ｒ3を設定する。
【００２６】
排気ガス中のＨＣ濃度を［ＨＣ（ｇ）］、ＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣ量を［ＨＣ（ａ）］とすると、ＨＣ濃度の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔと、触媒に吸着されたＨＣ量の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔは、ＨＣ吸着速度Ｒ1、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3を用いて下式（１）、（２）で表される。
【００２７】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−Ｒ1＋Ｒ2−Ｒ3 ・・・（１）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝Ｒ1−Ｒ2 ・・・（２）
ＨＣ吸着速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとする。また、ＨＣ吸着触媒上にＨＣが吸着できるサイトの数が限定されているものとし、理論最大吸着容量Ｖを想定して、ＨＣ吸着速度がこの理論最大吸着容量Ｖと既に吸着しているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］との差（すなわち空いているサイトの数）にも比例するものとすると、ＨＣ吸着速度Ｒ1はＨＣ吸着速度定数ｋ1を含む下式（３）で表される。
【００２８】
Ｒ1＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］） ・・・（３）
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
また、ＨＣ放出速度は触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］に比例し、ＨＣ浄化速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとすると、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3は、ＨＣ放出速度定数ｋ2およびＨＣ浄化速度定数ｋ3をそれぞれ含む下式（４）、（５）で表される。
【００２９】
Ｒ2＝ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（４）
ｋ2：ＨＣ放出速度定数
Ｒ3＝ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（５）
ｋ3：ＨＣ浄化速度定数
式（１）、（２）に式（３）、（４）、（５）を代入すると、下式（６）、（７）が得られる。
【００３０】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
＋ｋ2・［ＨＣ（ａ）］−ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（６）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
−ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（７）
ＨＣ吸着速度は、温度依存性を持たないとされている。これに対して、ＨＣ放出速度は、温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うとされている。さらに、本実施形態では、ＨＣ浄化速度が温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うと仮定する。そのため、上記式中の速度定数ｋ1、ｋ2、ｋ3は、下式（８）、（９）、（１０）で表される。
【００３１】
ｋ1＝Ｃｏｎｓｔ． ・・・（８）
ｋ2＝ｋ20・ｅｘｐ（−Ｅ2／ＲＴ） ・・・（９）
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
Ｔ：絶対温度
ｋ3＝ｋ30・ｅｘｐ（−Ｅ3／ＲＴ） ・・・（１０）
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
従って、式（８）、（９）、（１０）を式（６）、（７）に代入した方程式を解くことによって、ＨＣ濃度の変化を計算することができる。
【００３２】
ＨＣ濃度の変化の計算は、例えば、差分法を用いて行うことができる。
【００３３】
具体的には、まず、初期条件下における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］0とを用いて、式（６）および（７）（式（８）、（９）、（１０）が代入されたもの）に基づいて、ある時期（便宜的に「第１時期」と呼ぶ。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測する（計算する）。ここで、初期条件下の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0は、ＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度であり、また、初期条件下で触媒に吸着されているＨＣ量は、ゼロである。従って、触媒上流のＨＣ濃度がわかれば、第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測することができる。
【００３４】
次に、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして式（６）および（７）に基づいて、第１時期よりも後のある時期（便宜的に「第２時期」と称する。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測する。
【００３５】
その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t（さらには触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t）を予測することができる。
【００３６】
ＨＣ濃度変化の計算をさらに具体的な例を挙げて説明する。
【００３７】
例えば、エンジン始動後ｎ秒（ｔ＝ｎ）後までのＨＣ濃度の変化を予測する場合、まず、エンジン始動時（ｔ＝０）におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=0（＝触媒上流のＨＣ濃度）とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=0（＝０）とを用いて、１秒後（ｔ＝１）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを予測する。
【００３８】
次に、予測された１秒後のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを用いて、２秒後（ｔ＝２）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=2とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=2を予測する。
【００３９】
その後、同様の処理を順次行うことによってｔ＝３、４、・・・、ｎ−１、ｎにおける排気ガス中のＨＣ濃度と触媒に吸着されているＨＣ量とを予測する。
【００４０】
このようにして、ｎ秒後までのＨＣ濃度の変化を予測することができる。なお、ここでは１秒ごとに計算（予測）する場合について説明したが、勿論、これに限定されず、計算（予測）を行う時間間隔は任意に設定することができる。
【００４１】
なお、式（６）〜（１０）中に含まれる以下の６つの係数は、典型的には、予め設定しておく。
【００４２】
Ｖ：理論最大吸着容量
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、上記係数として仮の係数（値）を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定する。つまり、テストピースを用いて実測したＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rに対して、各係数の値を変化させながら仮のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pの合わせ込み（Ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行えばよい。このようにして、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００４３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、上述した原理に基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。以下、本発明による実施形態のＨＣ濃度変化の予測方法を、ステップごとに説明する。
【００４４】
まず、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔを検出する（検出ステップ）。実測によって触媒の温度を検出してもよいし、エンジンの運転状態に基づく推定によって触媒の温度を検出してもよい。なお、この検出ステップは、この後、必要に応じて任意のタイミングで任意の回数実行される。
【００４５】
次に、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する（第１予測ステップ）。
【００４６】
ＨＣ吸着速度Ｒ1は、式（３）および（８）に示したように、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、ＨＣ放出速度Ｒ2は、式（４）および（９）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、浄化モデルとしては、例えば、式（５）および（１０）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを採用することができる。また、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、実測または推定によって検出する。触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、例えば、エンジン運転状態マップを用いて推定することができる。
【００４７】
なお、ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には所定の係数（例えば上記Ｖ、ｋ1、ｋ20およびＥ2）を含む式により算出される。これらの式に含まれる所定の係数は、例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定される。また、ＨＣ浄化速度Ｒ3を算出する式に含まれる所定の係数（例えば上記ｋ30およびＥ3）も同様にして予め設定してもよい。
【００４８】
続いて、第１予測ステップにおいて予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する（第２予測ステップ）。
【００４９】
このようにして、所定の時期までのＨＣ濃度変化を予測することができる。
【００５０】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、上述したように、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００５１】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００５２】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００５３】
図２（ａ）〜（ｃ）に、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示す。なお、図２は、以下の条件での結果を示しており、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示している。
【００５４】
ＳＶ（空間速度）：６００００／ｈ
ＨＣ（Ｃ6Ｈ6）：５００〜１５００ｐｐｍ
ＮＯｘ：１０００ｐｐｍ
ＣＯ：６１００ｐｐｍ
Ｏ2：２％
Ｈ2Ｏ：１０％
ＣＯ2：１４％
Ｎ2：Ｂａｌａｎｃｅ
温度：８０℃に所定時間保持した後に３０℃／分で昇温
図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、予測（計算）したＨＣ濃度は、実測したＨＣ濃度に非常によく一致しており、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、精度良くＨＣ濃度の変化を予測できることがわかった。
【００５５】
上述したように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に、精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。従って、テストピースを用いた実験値から、実際にエンジンの排気通路に触媒を搭載した場合の浄化性能を精度良く見積もることができる。そのため、ＨＣ吸着触媒の試作・検証・改良などを繰り返す必要がなく、製品の開発コストの低減と開発サイクルの短縮を図ることができる。
【００５６】
（ＨＣ吸着触媒の劣化診断装置）
図３を参照しながら、本発明による実施形態の劣化診断装置１００の構成とその機能とを説明する。本実施形態の劣化診断装置１００は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化を診断する装置である。
【００５７】
劣化診断装置１００は、図３に示すように、触媒温度検出手段として機能する触媒温度検出部１０と、ＨＣ濃度検出手段として機能するＨＣ濃度検出部２０と、予測手段として機能する予測部３０と、劣化診断手段として機能する劣化診断部４０とを備えている。
【００５８】
触媒温度検出部１０は、ＨＣ吸着触媒の温度を検出する。触媒温度検出部１０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ吸着触媒の温度を検出する。
【００５９】
ＨＣ濃度検出部２０は、排気ガス通路における触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出する。ＨＣ濃度検出部２０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ濃度を検出し、例えば、エンジン運転状態マップなどに基づいてＨＣ濃度を推定する。
【００６０】
予測部３０は、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する。この予測部３０は、既に説明した本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理と同じ原理でＨＣ濃度の予測を行う。具体的には、予測部３０は、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、ＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出部２０によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。ここで、ＨＣ吸着速度Ｒ1は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ放出速度Ｒ2は、触媒温度検出部１０によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ浄化速度Ｒ3は、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じて決まる。
【００６１】
劣化診断部４０は、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する。劣化診断部４０は、具体的には、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、予測部３０によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、触媒の劣化を判断する。触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば、触媒よりも下流側に設けられたリニアＯ2センサによって検出される。この関連値は実際のＨＣ濃度の値に換算され得るので、劣化診断部４０は、換算された実際のＨＣ濃度と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度とに基づいて、触媒の劣化を判断する。より具体的には、劣化診断部４０は、例えば、換算された実際のＨＣ濃度の積算値と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度の積算値とを比較し、これらの差が所定の値以上であるときに触媒が劣化していると判断する。
【００６２】
次に、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を図４、図５および図６を参照しながら説明する。図４は、燃料噴射の手順を示すフローチャートであり、図５は劣化診断の手順を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、図６（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、図６（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、図６（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【００６３】
まず、劣化診断の手順の説明に先立ち、図４および図６を参照しながら、排気通路にＨＣ吸着触媒が配置されている場合の燃料噴射の制御手順を説明する。
【００６４】
まず、ステップＳ１において、各種データを入力する。次に、ステップＳ２において、入力された各種データに基づいて基本噴射量Ｑｂを設定する。続いて、ステップＳ３において、エンジン始動後の所定期間（典型的には２〜３秒程度）内であるか否かを判断する。
【００６５】
始動後の所定期間内である場合には、触媒の早期昇温を促すための制御が行われる。具体的には、ステップＳ４において、噴射量の増量Ｑｓを設定して始動後増量補正を行い、続いて、ステップＳ５において、基本噴射量Ｑｂに増量Ｑｓを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｓ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００６６】
一方、ステップＳ３においてエンジン始動後の所定期間内でないと判断された場合には、ステップＳ６においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にあるか否か（Ｔ1＜Ｔ＜Ｔ2であるか否か）を判断する。なお、温度Ｔ1はＨＣ吸着触媒が活性を示す温度（正常な触媒がＨＣの放出を開始する温度）であり、温度Ｔ2は、正常なＨＣ吸着触媒がＨＣの放出を終了して活性を示している温度である。
【００６７】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にある場合には、図６（ａ）に示すように、ＨＣ吸着触媒の上流の空燃比が理論空燃比よりも若干リッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１４．５程度）になるようにフィードバック制御を行う。具体的には、ステップＳ７に進んで、ＨＣ吸着触媒の上流の目標空燃比をリッチになるように（目標Ａ／Ｆ＝λ＋λＭとなるように）設定した後、ステップＳ８において、設定した目標空燃比に基づいて、ＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｈｃｆｂを設定する。
【００６８】
なお、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にない場合には、このようなフィードバック制御は行わない。そのため、ステップＳ９において補正値Ｑｈｃｆｂ＝０と設定する。
【００６９】
その後、ＨＣ吸着触媒よりも上流側に設けられる触媒（いわゆる直ｃａｔ：典型的には三元触媒）の上流の空燃比を制御するためのフィードバック制御が行われる。具体的には、ステップＳ１０において直ｃａｔ上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｉｆｂを設定した後、ステップＳ１１において基本噴射量ＱｂにＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック制御補正値Ｑｈｃｆｂと直ｃａｔ上流のフィードバック制御補正値Ｑｉｆｂを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｈｃｆｂ＋Ｑｉｆｂ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００７０】
次に、図５および図６を参照しながら、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を具体的に説明する。
【００７１】
本実施形態では、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるときに劣化診断を行う。所定の温度Ｔ11は、温度Ｔ1よりも高い温度であり、典型的には図６（ｂ）に示すようにＴ1＜Ｔ11＜Ｔ2である。勿論、温度Ｔ11は温度Ｔ2以上であってもよい。
【００７２】
具体的には、まず、ステップＳ１３において各種データを入力し、次に、ステップＳ１４において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるか否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11を超えている場合には、劣化診断を行わない。
【００７３】
また、ＨＣ吸着触媒は温間始動時には機能しないので、本実施形態では、冷間始動である場合に劣化診断を行う。
【００７４】
具体的には、ステップＳ１４でＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であると判断された場合には、さらに、ステップＳ１５において始動時の水温（エンジン冷却水の温度）Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であることを判断し、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0以上であると判断された場合には劣化診断を行わない。
【００７５】
一方、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であると判断された場合には、ステップＳ１６においてＨＣ濃度検出部２０がＨＣ吸着触媒の上流のＨＣ濃度を推定（検出）し、その後、ステップＳ１７において触媒温度検出部１０がＨＣ吸着触媒の温度を推定（検出）する。触媒上流のＨＣ濃度の推定や触媒の温度の推定は、例えば、エンジン運転状態マップに基づいて行う。
【００７６】
続いて、ステップＳ１８において、予測部３０がＨＣ吸着触媒の下流のＨＣ濃度を予測する。予測部３０は、上述したようなモデルに基づいて予測を行う。
【００７７】
その後、劣化診断部４０が、予測部３０によって予測されたＨＣ濃度と、触媒の下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値とに基づいて、触媒の劣化を判断する。
【００７８】
具体的には、まず、ステップＳ１９において、ＨＣ吸着触媒の下流のＯ2濃度と還元剤濃度との関連値からＨＣ吸着触媒の下流の実際のＨＣ濃度（実ＨＣ濃度）の値を換算する。Ｏ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば触媒下流に配置されたリニアＯ2センサによって検出する。触媒が劣化している場合には、図６（ｃ）に鎖線で示すように、触媒が正常な場合（同図に実線で示す）よりも、リッチ側のＡ／Ｆ値が得られる。
【００７９】
次に、ステップＳ２０において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11である（Ｔ＝Ｔ11）か否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11でない場合には、ステップＳ２１において、ステップＳ１８で予測部３０によって予測されたＨＣ濃度の値とステップＳ１９で換算された実ＨＣ濃度の値とを記憶する。
【００８０】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11に達するまで上記の処理が繰り返され、温度Ｔが温度Ｔ11に達すると、つまり、ステップＳ２０においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11であると判断されると、ステップＳ２２において、エンジン始動後からのＨＣ濃度の予測値と実ＨＣ濃度の換算値とを積算処理し、これらの積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒを計算する。積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒは、例えば、図６（ｄ）中に実線で示す実ＨＣ濃度と鎖線で示す予測ＨＣ濃度とで囲まれる部分の面積である。
【００８１】
その後、ステップＳ２３において積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きい（ΣＨＣｒ−ΣＨＣｅｓ＞Ｄ）か否かが判断され、積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きいと判断された場合、触媒が劣化していると判断してステップＳ２４において異常を警告および／または記憶する。
【００８２】
本発明による劣化診断装置１００は、予測手段として機能する予測部３０を備えており、この予測部３０は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測部３０は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８３】
このように、本発明による劣化診断装置１００が備える予測部３０は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置１００を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によると、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルに基づいて予測を行うので、ＨＣの吸着、放出および浄化について精度良く考慮した予測が可能になる。また、ＨＣ濃度を時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度とＨＣ吸着触媒の温度とを検出（実測あるいは推定による検出）するだけで触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８５】
従って、本発明によると、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法におけるＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明による実施形態のＨＣ吸着触媒の劣化診断装置１００を模式的に示すブロック図である。
【図４】燃料噴射の手順を示すフローチャートである。
【図５】劣化診断の手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 触媒温度検出部
２０ ＨＣ濃度検出部
３０ 予測部
４０ 劣化診断部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＣ濃度予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関し、より具体的には、低温でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法、および、そのようなＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスを浄化するための触媒として、低温でＨＣを吸着し、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化する、いわゆるＨＣ吸着触媒が知られている。
【０００３】
ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する手法として、特許文献１は、排気通路においてＨＣ吸着触媒の上流側と下流側とにＯ2センサを設け、その出力値の差に基づいてＨＣ吸着触媒の劣化を判断する手法を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２１２３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断するためには、エンジン始動後の比較的短い期間内で診断を行う必要があり、実際には、特許文献１に開示されているような手法を用いても、ＨＣ吸着触媒の劣化を十分に精度良く診断することはできない。すなわち、ＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断する手法は確立されていないのが現状である。
【０００６】
また、ＨＣ吸着触媒をエンジンに実際に搭載した場合の浄化性能を精度よく見積もる手法も確立されてはいない。つまり、ある仕様のＨＣ吸着触媒が設けられたときのＨＣ濃度変化を精度よく予測する手法が見出されていない。従って、どの程度のサイズのＨＣ吸着触媒を設けることによって所望の浄化率が得られるかは、試作・検証・改良を繰り返すことによって見積もられている。そのため、開発コストの上昇や開発サイクルの長期化を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法であって、前記触媒の温度を検出する検出ステップと、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、前記触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する第１予測ステップと、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、前記第１予測ステップと同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する第２予測ステップと、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【０００９】
前記浄化モデルは、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルであることが好ましい。
【００１０】
前記ＨＣ吸着速度Ｒ1および前記ＨＣ放出速度Ｒ2は、所定の係数を含む式により算出され、前記所定の係数は、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、前記所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定されることが好ましい。
【００１１】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化診断装置であって、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する予測手段と、前記触媒の劣化を診断する劣化診断手段と、を備え、前記予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、前記ＨＣ濃度検出手段によって検出された前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測し、前記劣化診断手段は、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、前記予測手段によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、前記触媒の劣化を判断する構成を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１２】
以下、本発明の作用を説明する。
【００１３】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００１４】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００１５】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００１６】
浄化モデルとして、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを用いると、ＨＣが浄化される点について精度良く考慮した予測を好適に行うことができる。
【００１７】
ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には、所定の係数を含む式により算出される。このとき、所定の係数を、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定しておくと、すなわち、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００１８】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置が有する予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出手段によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。
【００１９】
すなわち、予測手段は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測手段は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。 このように、本発明による劣化診断装置が備える予測手段は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態のＨＣ濃度変化予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
（ＨＣ濃度変化予測方法）
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、所定の温度域（典型的には低温域）でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法である。
【００２２】
まず、本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理を説明する。
【００２３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法においては、ＨＣ吸着触媒（以下、単に「触媒」とも表記する。）上でのＨＣの吸着、放出（脱離）および浄化について、図１に示すようなモデルを設定し、このモデルに基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。
【００２４】
ＨＣの濃度変化を予測するために、単位時間当たりのＨＣ減少量と、単位時間当たりのＨＣ増加量とを見積もる必要がある。本実施形態の予測方法では、ＨＣ減少量については、触媒への吸着と触媒による浄化とを考慮し、ＨＣ増加量については、触媒からの放出を考慮する。
【００２５】
触媒への吸着と触媒からの放出については、Ｌａｎｇｍｕｉｒモデルに基づいてＨＣ吸着速度Ｒ1とＨＣ放出速度Ｒ2を設定する。さらに、触媒によってＨＣが浄化されるモデル（浄化モデル）に基づいて、ＨＣ浄化速度Ｒ3を設定する。
【００２６】
排気ガス中のＨＣ濃度を［ＨＣ（ｇ）］、ＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣ量を［ＨＣ（ａ）］とすると、ＨＣ濃度の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔと、触媒に吸着されたＨＣ量の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔは、ＨＣ吸着速度Ｒ1、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3を用いて下式（１）、（２）で表される。
【００２７】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−Ｒ1＋Ｒ2−Ｒ3 ・・・（１）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝Ｒ1−Ｒ2 ・・・（２）
ＨＣ吸着速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとする。また、ＨＣ吸着触媒上にＨＣが吸着できるサイトの数が限定されているものとし、理論最大吸着容量Ｖを想定して、ＨＣ吸着速度がこの理論最大吸着容量Ｖと既に吸着しているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］との差（すなわち空いているサイトの数）にも比例するものとすると、ＨＣ吸着速度Ｒ1はＨＣ吸着速度定数ｋ1を含む下式（３）で表される。
【００２８】
Ｒ1＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］） ・・・（３）
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
また、ＨＣ放出速度は触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］に比例し、ＨＣ浄化速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとすると、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3は、ＨＣ放出速度定数ｋ2およびＨＣ浄化速度定数ｋ3をそれぞれ含む下式（４）、（５）で表される。
【００２９】
Ｒ2＝ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（４）
ｋ2：ＨＣ放出速度定数
Ｒ3＝ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（５）
ｋ3：ＨＣ浄化速度定数
式（１）、（２）に式（３）、（４）、（５）を代入すると、下式（６）、（７）が得られる。
【００３０】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
＋ｋ2・［ＨＣ（ａ）］−ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（６）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
−ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（７）
ＨＣ吸着速度は、温度依存性を持たないとされている。これに対して、ＨＣ放出速度は、温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うとされている。さらに、本実施形態では、ＨＣ浄化速度が温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うと仮定する。そのため、上記式中の速度定数ｋ1、ｋ2、ｋ3は、下式（８）、（９）、（１０）で表される。
【００３１】
ｋ1＝Ｃｏｎｓｔ． ・・・（８）
ｋ2＝ｋ20・ｅｘｐ（−Ｅ2／ＲＴ） ・・・（９）
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
Ｔ：絶対温度
ｋ3＝ｋ30・ｅｘｐ（−Ｅ3／ＲＴ） ・・・（１０）
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
従って、式（８）、（９）、（１０）を式（６）、（７）に代入した方程式を解くことによって、ＨＣ濃度の変化を計算することができる。
【００３２】
ＨＣ濃度の変化の計算は、例えば、差分法を用いて行うことができる。
【００３３】
具体的には、まず、初期条件下における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］0とを用いて、式（６）および（７）（式（８）、（９）、（１０）が代入されたもの）に基づいて、ある時期（便宜的に「第１時期」と呼ぶ。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測する（計算する）。ここで、初期条件下の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0は、ＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度であり、また、初期条件下で触媒に吸着されているＨＣ量は、ゼロである。従って、触媒上流のＨＣ濃度がわかれば、第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測することができる。
【００３４】
次に、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして式（６）および（７）に基づいて、第１時期よりも後のある時期（便宜的に「第２時期」と称する。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測する。
【００３５】
その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t（さらには触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t）を予測することができる。
【００３６】
ＨＣ濃度変化の計算をさらに具体的な例を挙げて説明する。
【００３７】
例えば、エンジン始動後ｎ秒（ｔ＝ｎ）後までのＨＣ濃度の変化を予測する場合、まず、エンジン始動時（ｔ＝０）におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=0（＝触媒上流のＨＣ濃度）とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=0（＝０）とを用いて、１秒後（ｔ＝１）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを予測する。
【００３８】
次に、予測された１秒後のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを用いて、２秒後（ｔ＝２）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=2とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=2を予測する。
【００３９】
その後、同様の処理を順次行うことによってｔ＝３、４、・・・、ｎ−１、ｎにおける排気ガス中のＨＣ濃度と触媒に吸着されているＨＣ量とを予測する。
【００４０】
このようにして、ｎ秒後までのＨＣ濃度の変化を予測することができる。なお、ここでは１秒ごとに計算（予測）する場合について説明したが、勿論、これに限定されず、計算（予測）を行う時間間隔は任意に設定することができる。
【００４１】
なお、式（６）〜（１０）中に含まれる以下の６つの係数は、典型的には、予め設定しておく。
【００４２】
Ｖ：理論最大吸着容量
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、上記係数として仮の係数（値）を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定する。つまり、テストピースを用いて実測したＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rに対して、各係数の値を変化させながら仮のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pの合わせ込み（Ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行えばよい。このようにして、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００４３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、上述した原理に基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。以下、本発明による実施形態のＨＣ濃度変化の予測方法を、ステップごとに説明する。
【００４４】
まず、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔを検出する（検出ステップ）。実測によって触媒の温度を検出してもよいし、エンジンの運転状態に基づく推定によって触媒の温度を検出してもよい。なお、この検出ステップは、この後、必要に応じて任意のタイミングで任意の回数実行される。
【００４５】
次に、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する（第１予測ステップ）。
【００４６】
ＨＣ吸着速度Ｒ1は、式（３）および（８）に示したように、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、ＨＣ放出速度Ｒ2は、式（４）および（９）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、浄化モデルとしては、例えば、式（５）および（１０）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを採用することができる。また、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、実測または推定によって検出する。触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、例えば、エンジン運転状態マップを用いて推定することができる。
【００４７】
なお、ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には所定の係数（例えば上記Ｖ、ｋ1、ｋ20およびＥ2）を含む式により算出される。これらの式に含まれる所定の係数は、例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定される。また、ＨＣ浄化速度Ｒ3を算出する式に含まれる所定の係数（例えば上記ｋ30およびＥ3）も同様にして予め設定してもよい。
【００４８】
続いて、第１予測ステップにおいて予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する（第２予測ステップ）。
【００４９】
このようにして、所定の時期までのＨＣ濃度変化を予測することができる。
【００５０】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、上述したように、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００５１】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００５２】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００５３】
図２（ａ）〜（ｃ）に、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示す。なお、図２は、以下の条件での結果を示しており、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示している。
【００５４】
ＳＶ（空間速度）：６００００／ｈ
ＨＣ（Ｃ6Ｈ6）：５００〜１５００ｐｐｍ
ＮＯｘ：１０００ｐｐｍ
ＣＯ：６１００ｐｐｍ
Ｏ2：２％
Ｈ2Ｏ：１０％
ＣＯ2：１４％
Ｎ2：Ｂａｌａｎｃｅ
温度：８０℃に所定時間保持した後に３０℃／分で昇温
図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、予測（計算）したＨＣ濃度は、実測したＨＣ濃度に非常によく一致しており、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、精度良くＨＣ濃度の変化を予測できることがわかった。
【００５５】
上述したように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に、精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。従って、テストピースを用いた実験値から、実際にエンジンの排気通路に触媒を搭載した場合の浄化性能を精度良く見積もることができる。そのため、ＨＣ吸着触媒の試作・検証・改良などを繰り返す必要がなく、製品の開発コストの低減と開発サイクルの短縮を図ることができる。
【００５６】
（ＨＣ吸着触媒の劣化診断装置）
図３を参照しながら、本発明による実施形態の劣化診断装置１００の構成とその機能とを説明する。本実施形態の劣化診断装置１００は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化を診断する装置である。
【００５７】
劣化診断装置１００は、図３に示すように、触媒温度検出手段として機能する触媒温度検出部１０と、ＨＣ濃度検出手段として機能するＨＣ濃度検出部２０と、予測手段として機能する予測部３０と、劣化診断手段として機能する劣化診断部４０とを備えている。
【００５８】
触媒温度検出部１０は、ＨＣ吸着触媒の温度を検出する。触媒温度検出部１０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ吸着触媒の温度を検出する。
【００５９】
ＨＣ濃度検出部２０は、排気ガス通路における触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出する。ＨＣ濃度検出部２０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ濃度を検出し、例えば、エンジン運転状態マップなどに基づいてＨＣ濃度を推定する。
【００６０】
予測部３０は、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する。この予測部３０は、既に説明した本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理と同じ原理でＨＣ濃度の予測を行う。具体的には、予測部３０は、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、ＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出部２０によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。ここで、ＨＣ吸着速度Ｒ1は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ放出速度Ｒ2は、触媒温度検出部１０によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ浄化速度Ｒ3は、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じて決まる。
【００６１】
劣化診断部４０は、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する。劣化診断部４０は、具体的には、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、予測部３０によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、触媒の劣化を判断する。触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば、触媒よりも下流側に設けられたリニアＯ2センサによって検出される。この関連値は実際のＨＣ濃度の値に換算され得るので、劣化診断部４０は、換算された実際のＨＣ濃度と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度とに基づいて、触媒の劣化を判断する。より具体的には、劣化診断部４０は、例えば、換算された実際のＨＣ濃度の積算値と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度の積算値とを比較し、これらの差が所定の値以上であるときに触媒が劣化していると判断する。
【００６２】
次に、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を図４、図５および図６を参照しながら説明する。図４は、燃料噴射の手順を示すフローチャートであり、図５は劣化診断の手順を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、図６（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、図６（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、図６（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【００６３】
まず、劣化診断の手順の説明に先立ち、図４および図６を参照しながら、排気通路にＨＣ吸着触媒が配置されている場合の燃料噴射の制御手順を説明する。
【００６４】
まず、ステップＳ１において、各種データを入力する。次に、ステップＳ２において、入力された各種データに基づいて基本噴射量Ｑｂを設定する。続いて、ステップＳ３において、エンジン始動後の所定期間（典型的には２〜３秒程度）内であるか否かを判断する。
【００６５】
始動後の所定期間内である場合には、触媒の早期昇温を促すための制御が行われる。具体的には、ステップＳ４において、噴射量の増量Ｑｓを設定して始動後増量補正を行い、続いて、ステップＳ５において、基本噴射量Ｑｂに増量Ｑｓを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｓ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００６６】
一方、ステップＳ３においてエンジン始動後の所定期間内でないと判断された場合には、ステップＳ６においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にあるか否か（Ｔ1＜Ｔ＜Ｔ2であるか否か）を判断する。なお、温度Ｔ1はＨＣ吸着触媒が活性を示す温度（正常な触媒がＨＣの放出を開始する温度）であり、温度Ｔ2は、正常なＨＣ吸着触媒がＨＣの放出を終了して活性を示している温度である。
【００６７】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にある場合には、図６（ａ）に示すように、ＨＣ吸着触媒の上流の空燃比が理論空燃比よりも若干リッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１４．５程度）になるようにフィードバック制御を行う。具体的には、ステップＳ７に進んで、ＨＣ吸着触媒の上流の目標空燃比をリッチになるように（目標Ａ／Ｆ＝λ＋λＭとなるように）設定した後、ステップＳ８において、設定した目標空燃比に基づいて、ＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｈｃｆｂを設定する。
【００６８】
なお、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にない場合には、このようなフィードバック制御は行わない。そのため、ステップＳ９において補正値Ｑｈｃｆｂ＝０と設定する。
【００６９】
その後、ＨＣ吸着触媒よりも上流側に設けられる触媒（いわゆる直ｃａｔ：典型的には三元触媒）の上流の空燃比を制御するためのフィードバック制御が行われる。具体的には、ステップＳ１０において直ｃａｔ上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｉｆｂを設定した後、ステップＳ１１において基本噴射量ＱｂにＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック制御補正値Ｑｈｃｆｂと直ｃａｔ上流のフィードバック制御補正値Ｑｉｆｂを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｈｃｆｂ＋Ｑｉｆｂ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００７０】
次に、図５および図６を参照しながら、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を具体的に説明する。
【００７１】
本実施形態では、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるときに劣化診断を行う。所定の温度Ｔ11は、温度Ｔ1よりも高い温度であり、典型的には図６（ｂ）に示すようにＴ1＜Ｔ11＜Ｔ2である。勿論、温度Ｔ11は温度Ｔ2以上であってもよい。
【００７２】
具体的には、まず、ステップＳ１３において各種データを入力し、次に、ステップＳ１４において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるか否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11を超えている場合には、劣化診断を行わない。
【００７３】
また、ＨＣ吸着触媒は温間始動時には機能しないので、本実施形態では、冷間始動である場合に劣化診断を行う。
【００７４】
具体的には、ステップＳ１４でＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であると判断された場合には、さらに、ステップＳ１５において始動時の水温（エンジン冷却水の温度）Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であることを判断し、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0以上であると判断された場合には劣化診断を行わない。
【００７５】
一方、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であると判断された場合には、ステップＳ１６においてＨＣ濃度検出部２０がＨＣ吸着触媒の上流のＨＣ濃度を推定（検出）し、その後、ステップＳ１７において触媒温度検出部１０がＨＣ吸着触媒の温度を推定（検出）する。触媒上流のＨＣ濃度の推定や触媒の温度の推定は、例えば、エンジン運転状態マップに基づいて行う。
【００７６】
続いて、ステップＳ１８において、予測部３０がＨＣ吸着触媒の下流のＨＣ濃度を予測する。予測部３０は、上述したようなモデルに基づいて予測を行う。
【００７７】
その後、劣化診断部４０が、予測部３０によって予測されたＨＣ濃度と、触媒の下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値とに基づいて、触媒の劣化を判断する。
【００７８】
具体的には、まず、ステップＳ１９において、ＨＣ吸着触媒の下流のＯ2濃度と還元剤濃度との関連値からＨＣ吸着触媒の下流の実際のＨＣ濃度（実ＨＣ濃度）の値を換算する。Ｏ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば触媒下流に配置されたリニアＯ2センサによって検出する。触媒が劣化している場合には、図６（ｃ）に鎖線で示すように、触媒が正常な場合（同図に実線で示す）よりも、リッチ側のＡ／Ｆ値が得られる。
【００７９】
次に、ステップＳ２０において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11である（Ｔ＝Ｔ11）か否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11でない場合には、ステップＳ２１において、ステップＳ１８で予測部３０によって予測されたＨＣ濃度の値とステップＳ１９で換算された実ＨＣ濃度の値とを記憶する。
【００８０】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11に達するまで上記の処理が繰り返され、温度Ｔが温度Ｔ11に達すると、つまり、ステップＳ２０においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11であると判断されると、ステップＳ２２において、エンジン始動後からのＨＣ濃度の予測値と実ＨＣ濃度の換算値とを積算処理し、これらの積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒを計算する。積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒは、例えば、図６（ｄ）中に実線で示す実ＨＣ濃度と鎖線で示す予測ＨＣ濃度とで囲まれる部分の面積である。
【００８１】
その後、ステップＳ２３において積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きい（ΣＨＣｒ−ΣＨＣｅｓ＞Ｄ）か否かが判断され、積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きいと判断された場合、触媒が劣化していると判断してステップＳ２４において異常を警告および／または記憶する。
【００８２】
本発明による劣化診断装置１００は、予測手段として機能する予測部３０を備えており、この予測部３０は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測部３０は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８３】
このように、本発明による劣化診断装置１００が備える予測部３０は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置１００を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によると、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルに基づいて予測を行うので、ＨＣの吸着、放出および浄化について精度良く考慮した予測が可能になる。また、ＨＣ濃度を時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度とＨＣ吸着触媒の温度とを検出（実測あるいは推定による検出）するだけで触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８５】
従って、本発明によると、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法におけるＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明による実施形態のＨＣ吸着触媒の劣化診断装置１００を模式的に示すブロック図である。
【図４】燃料噴射の手順を示すフローチャートである。
【図５】劣化診断の手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 触媒温度検出部
２０ ＨＣ濃度検出部
３０ 予測部
４０ 劣化診断部
Claims (4)
- 所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法であって、
前記触媒の温度を検出する検出ステップと、
排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、前記触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する第１予測ステップと、
前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、前記第１予測ステップと同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する第２予測ステップと、
を包含する、ＨＣ濃度変化予測方法。 - 前記浄化モデルは、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルである、請求項１に記載のＨＣ濃度変化予測方法。
- 前記ＨＣ吸着速度Ｒ1および前記ＨＣ放出速度Ｒ2は、所定の係数を含む式により算出され、
前記所定の係数は、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、前記所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定される、請求項１または２に記載のＨＣ濃度変化予測方法。 - 排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化診断装置であって、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記排気ガス通路における前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度検出手段と、
前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する予測手段と、
前記触媒の劣化を診断する劣化診断手段と、を備え、
前記予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、前記ＨＣ濃度検出手段によって検出された前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測し、
前記劣化診断手段は、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、前記予測手段によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、前記触媒の劣化を判断する、ＨＣ吸着触媒の劣化診断装置。
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