JP4538175B2 - 排気ガス浄化装置の状態判定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の状態判定装置に関し、より具体的には、排気ガス中の炭化水素を吸着材で吸着することによって排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、その排気系に、排気ガス中の炭化水素を始動時に吸着する吸着材が設けられたものがある。この吸着材は、表面に例えばゼオライトを有し、排気ガス中の炭化水素は、吸着材を通過する際に、ゼオライトの細孔に入り込むことで吸着材に吸着される。また、このような吸着材は、排気ガスにより所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）に加熱されると、一旦吸着した炭化水素を脱離し、脱離された炭化水素は、ＥＧＲ管などを介して内燃機関に再循環されるようになっている。このように、吸着材では、炭化水素の吸着および脱離が繰り返されるものの、長期間の使用により、脱離しきれなかった炭化水素の残留量が次第に多くなったり、吸着材の細孔が壊れたりすることがある。その結果、吸着材が劣化した状態になり、吸着材における炭化水素の吸着能力が次第に低下してしまう。このような状態で内燃機関が始動されると、吸着材に吸着されなかった炭化水素が外部に排出されてしまうので、吸着材の状態、特にその劣化を判定する必要がある。
【０００３】
本出願人は、このような吸着材の劣化を判定する劣化判定装置を、例えば、特願２０００−３３８３７５号ですでに提案している。この劣化判定装置では、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力が互いに比例関係にあることに着目し、吸着材を通過した排気ガスの湿度を湿度センサによって検出することで、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力の低下、すなわち吸着材の劣化を判定している。具体的には、この劣化判定装置では、内燃機関の始動後、吸着材に水分を吸着されながらその吸着材を通過した排気ガスの湿度が次第に上昇するのに伴い、湿度センサの検出湿度が所定値分だけ上昇するのに要する所定時間を、劣化していない正常な吸着材を基準として、始動時の湿度などに応じて設定するとともに、検出湿度が上記所定値分だけ上昇するのに実際に要した時間を計測する。そして、この計測時間が上記所定時間よりも短いときには、正常な吸着材を用いた場合に比べて、検出湿度の上昇速度あるいは上昇タイミングが速いことから、吸着材が劣化していると判定される。
【０００４】
また、内燃機関を冷間始動する場合には、三元触媒を早期に活性化することを主な目的として、始動後に急速暖機制御が行われることがある。この急速暖機制御では一般に、点火時期の遅角量を始動時の内燃機関の温度に応じて決定し、点火時期を遅角側に制御することによって、排気ガスの温度が高くなるように制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の劣化判定装置では、このような急速暖機制御が実行される場合と、実行されない場合とで、湿度センサの検出湿度の上昇速度が異なるため、吸着材の劣化の判定精度を十分に確保できないおそれがある。
【０００６】
すなわち、例えば、内燃機関が冷間始動されると、始動環境の温度（外気温）とほぼ同じ温度を有する排気系に排気ガスの熱が奪われるため、下流側であるほど、排気ガスの温度が低下する。そして、その温度が、露点（例えば５０〜６０℃）まで低下すると、排気ガス中の水分が結露し始め、排気管の内面などに付着することで、排気ガス中の水分は下流側ほど減少する。このような結露は、始動時の排気系の温度が低いほど、より早く、より上流側で生じる。このため、結露が吸着材の上流側で発生した場合には、水分の少ない、すなわち湿度の低い排気ガスが吸着材に供給されるので、検出湿度の上昇速度が遅くなる傾向となる。
【０００７】
このような冷間始動時において、急速暖機制御が実行された場合には、実行しない場合よりも、排気ガスの温度が高くなるため、排気ガス中の水分が結露し始めるのはより遅く、その位置は、より下流側となる。このため、結露が吸着材付近やその下流側で発生した場合には、急速暖機制御を実行しない場合と異なり、湿度が低下していない排気ガスが吸着材に供給されるので、検出湿度の上昇速度が早くなる傾向となり、その傾向は、点火時期の遅角量が大きいほど強くなる。
【０００８】
このように、急速暖機制御の実行の有無および実行した場合の点火時期の遅角量に応じて、検出湿度の上昇速度が変化するのに対し、上記劣化判定装置では、始動後からの経過時間を、吸着材の劣化を判定するパラメータとして設定しているに過ぎないので、劣化判定の精度が十分ではなく、この点に関して改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の点火時期に応じて、炭化水素を吸着する吸着材を含む排気ガス浄化装置の状態を、吸着材の劣化を含めて、精度良く判定することができる排気ガス浄化装置の状態判定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関１の排気系２に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材１６を含む排気ガス浄化装置の状態を判定するための排気ガス浄化装置の状態判定装置であって、排気系２の吸着材１６よりも下流側に設けられ、排気ガスの湿度を検出する湿度センサ２２と、この湿度センサ２２により検出された排気ガスの湿度（相対湿度ＶＨＵＭＤ）および内燃機関１の点火時期（急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩ）に応じて、吸着材１６の状態を判定する吸着材状態判定手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２５、図６のステップ１５〜２０）と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、排気ガス浄化装置の吸着材の下流側における排気ガスの湿度を、湿度センサによって検出し、その検出結果と内燃機関の点火時期に応じて、吸着材状態判定手段により、吸着材の状態を判定する。吸着材における炭化水素および水分の吸着能力は、互いに比例関係にあるので、湿度センサの検出湿度は、吸着材における炭化水素の実際の吸着状態に対して高い相関性を有する。また、前述したように、点火時期による急速暖機制御の実行の有無、および実行した場合の点火時期の遅角量に応じて、排気ガスの温度が変化することで、湿度センサの検出湿度の上昇速度が変化する。したがって、吸着材を通過した排気ガスの湿度に加えて、点火時期をパラメータとして状態判定を行うことにより、吸着材における炭化水素の吸着や脱離、吸着材の劣化などを含む吸着材の状態を、排気ガスの実際の温度状態を反映させながら精度良く判定することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１の排気ガス浄化装置の状態判定装置において、内燃機関１の始動後に内燃機関１から排気系２に与えられた熱量（熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑ）を算出する熱量算出手段（ＥＣＵ２５）を、さらに備えており、吸着材状態判定手段（ＥＣＵ２５）は、熱量算出手段によって算出された熱量にさらに応じて、吸着材１６の状態を判定することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、始動後に内燃機関により排気系に与えられた熱量を算出し、この算出された熱量にさらに応じて、吸着材の状態を判定する。したがって、始動後の排気系や吸着材の温度変化（上昇）の状態をも反映させながら、吸着材の状態をより精度良く判定することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２の排気ガス浄化装置の状態判定装置において、熱量算出手段（ＥＣＵ２５）は、始動後に内燃機関１に供給された燃料量（燃料噴射時間Ｔｏｕｔ）および点火時期（急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩ）に応じて、熱量（熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、排気系に与えられた熱量を、始動後に内燃機関に供給された燃料量および点火時期に応じて、適切に求めることができる。また、燃料量および点火時期は、内燃機関の制御パラメータとして既知のものであるので、これらの制御パラメータを用いて演算するだけで、格別のセンサなどを用いることなく、排気系に与えられた熱量を容易に求めることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項２または３の排気ガス浄化装置の状態判定装置において、排気系１６の温度状態を検出する温度状態検出手段（エンジン水温センサ２３）と、内燃機関１の始動時に検出された排気系２の温度状態に基づき、しきい値（劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴ）を決定するしきい値決定手段（ＥＣＵ２５）と、をさらに備えており、吸着材状態判定手段（ＥＣＵ２５）は、内燃機関１の始動後における湿度センサ２２の検出値の変化量がその所定値（立上がり判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵ）を上回ったときに、熱量（熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑ）としきい値（劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴ）との比較結果に基づいて、吸着材１６の状態を判定することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、内燃機関の始動後における湿度センサの検出値の変化量がその所定値を上回ったとき、つまり、吸着材への吸着が飽和状態に向かうに連れて、吸着材の下流側における排気ガスの湿度が十分に上昇した（立ち上がった）適切なタイミングで、吸着材の状態判定を実行することができる。また、始動時からそのときまでに、排気系に与えられた熱量と、しきい値決定手段で決定されたしきい値との比較結果に基づいて、吸着材の状態を判定する。このしきい値は、始動時の排気系の温度状態を反映するので、排気系に与えられた熱量としきい値との比較結果に基づいて、吸着材の状態を判定することにより、内燃機関の始動時および始動後の排気系および吸着材の実際の温度状態を良好に反映させながら、吸着材の状態判定をより精度良く行うことができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項４の排気ガス浄化装置の状態判定装置において、排気系２の温度状態は、内燃機関１の始動時の冷却水の温度（エンジン水温ＴＷ）であることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、始動時の内燃機関の冷却水の温度を、排気系の温度状態を表すパラメータとして、良好に用いることができる。また、一般に内燃機関には、その運転状態を検出するために、冷却水の温度を検出する水温センサが設けられているので、そのような既存の水温センサを代用することにより、温度状態検出手段を低コストで実現することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかの排気ガス浄化装置の状態判定装置において、湿度センサ２２の雰囲気温度ＴＨＣＭを検出する雰囲気温度検出手段（雰囲気温度センサ２１）と、検出された雰囲気温度ＴＨＣＭに応じて、湿度センサ２２の出力（センサ抵抗値ＶＲＳＴ）から排気ガスの相対湿度ＶＨＵＭＤを算出する相対湿度算出手段（ＥＣＵ２５）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、湿度センサの雰囲気温度に応じて、湿度センサの出力から排気ガスの湿度を算出するので、温度補償された相対湿度を適切に求めることができる。また、そのようにして求めた相対湿度に応じて、吸着材の状態を適切に判定することができる。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかの排気ガス浄化装置の状態判定装置において、吸着材状態判定手段は、吸着材１６の劣化を、吸着材１６の状態として判定する吸着材劣化判定手段（ＥＣＵ２５）を有していることを特徴とする。
【００２３】
前述したように、吸着材が劣化すると、炭化水素の吸着とともに水分の吸着能力が低下することで、吸着材の下流側における排気ガスの湿度の立上がりが早くなる。したがって、上記構成によれば、これまで述べた本発明の状態判定の手法により、吸着材の劣化を、始動時および始動後の排気系および排気ガスの温度状態を良好に反映させながら、精度良く判定することができる。
【００２４】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれかの排気ガス浄化装置の状態判定装置において、吸着材１６はゼオライトからなることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、ゼオライトは炭化水素および水分を吸着するとともに、ゼオライトにおける両者の吸着能力には高い相関性があるので、本発明の適用により、これまで述べた作用・効果を良好に得ることができる。なお、このようなゼオライトは、例えばシリカゲルや活性炭などを吸着材として使用する場合に比べて、耐熱性に優れかつ劣化し難い吸着材を構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による排気ガス浄化装置の状態判定装置を適用した内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルエンジンである。内燃機関１の排気系２は、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有しており、この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化装置としての２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６、および炭化水素を吸着するための炭化水素吸着装置７が設けられている。触媒装置６の２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、所定温度（例えば３００℃）以上になって活性化された状態で、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（ＨＣ（炭化水素）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００２７】
一方、炭化水素吸着装置７は、排気管４の触媒装置６よりも下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性化していない冷間状態でのエンジン１の始動期間（例えば、始動時から約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着することによって、大気中に排出される炭化水素量を低減するためのものである。図１および図２に示すように、炭化水素吸着装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、ほぼ円筒状のケース１１と、このケース１１の内部に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に配置され、バイパス排気管１２に流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状の吸着材１６とを備えている。
【００２８】
図２に示すように、ケース１１は、その上流端部が上下に二股に分かれており、上側の開口部１１ａが、ケース１１とバイパス排気管１２との間に形成された断面環状のメイン通路１３と連通する一方、下側の開口部１１ｂが、バイパス排気管１２の内部スペースであるバイパス通路１４と連通している。
【００２９】
バイパス排気管１２は、その上流端部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で接続されている。また、バイパス排気管１２の下流端部には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、周方向に互いに等間隔で形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、メイン通路１３およびバイパス通路１４の下流端部同士が連通している。
【００３０】
吸着材１６は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成され、炭化水素とともに水分を吸着する特性を有していて、バイパス通路１４に流入した排気ガスが吸着材１６の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分がゼオライトに吸着される。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）の状態のときに、吸着した炭化水素を脱離する。そして、脱離された炭化水素は、炭化水素吸着装置７からＥＧＲ管１７および吸気管１ａを介して、エンジン１に再循環され、エンジン１で燃焼される。
【００３１】
排気通路切替装置８は、触媒装置６の下流側における排気ガスの通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、上記メイン通路１３とバイパス通路１４とに選択的に切り替えるためのものである。この排気通路切替装置８は、ほぼ円筒状の連結管１８と、この連結管１８内に設けられた回動自在の切替バルブ１５とを有している。切替バルブ１５は、後述するＥＣＵ２５により制御される切替バルブ駆動装置１９（図１参照）によって駆動され、図２の実線位置に位置するときには、排気ガスの通路をメイン通路１３側に切り替える一方、２点鎖線位置に位置するときには、排気ガスの通路をバイパス通路１４側に切り替える。
【００３２】
また、連結管１８とエンジン１の吸気管１ａとの間には、上述したように、排気ガスの一部をエンジン１に再循環させるためのＥＧＲ管１７が連結されており、その途中にＥＧＲ制御弁２０が取り付けられている。このＥＧＲ制御弁２０をＥＣＵ２５で制御することによって、ＥＧＲの作動・停止およびＥＧＲ量が制御される。
【００３３】
以上の構成によれば、エンジン１の冷間始動直後には、排気通路切替装置８によって、排気ガスの通路がバイパス通路１４側に切り替えられ、それにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、バイパス通路１４に導かれ、炭化水素が吸着材１６に吸着された後、大気中に排出される。その後、吸着材１６への炭化水素の吸着が完了したと判定されると、排気ガスの通路がメイン通路１３側に切り替えられることにより、排気ガスは、連結管１８を介してメイン通路１３に導かれ、大気中に排出される。また、ＥＧＲ制御弁２０が開弁してＥＧＲが作動することにより、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、バイパス通路１４およびＥＧＲ管１７を介して、吸気管１ａに再循環される。吸着材１６から脱離した炭化水素は、このＥＧＲガスによって吸気管１ａに送られ、エンジン１で燃焼される。
【００３４】
エンジン１の各気筒には、点火プラグ２８（１つのみ図示）が設けられており、ディストリビュータ２９を介してＥＣＵ２５に接続されている。各点火プラグ２８は、ＥＣＵ２５からの駆動信号により点火時期ＩＧＬＯＧに応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって放電し、それにより、各気筒内で混合気の点火が行われる。
【００３５】
また、炭化水素吸着装置７のケース１１には、吸着材１６の下流側に、湿度センサ２２が取り付けられている。この湿度センサ２２は、例えばアルミナやチタニアなどから成るポーラス体で構成されたセンサ素子２２ａ（図２参照）を有しており、その抵抗値が、センサ素子２２ａの細孔に吸着された水分の量に応じて変化するという特性を利用して、湿度を検出するタイプのものである。そして、湿度センサ２２は、センサ素子２２ａの抵抗値ＶＲＳＴを表す検出信号をＥＣＵ２５に送る。また、センサ素子２２ａの付近には、サーミスタなどで構成された雰囲気温度センサ２１（雰囲気温度検出手段）が設けられており、センサ素子２２ａ付近の雰囲気温度ＴＨＣＭを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。
【００３６】
また、エンジン１の本体には、サーミスタなどで構成されたエンジン水温センサ２３（温度状態検出手段）およびクランク角センサ２４が取り付けられている。エンジン水温センサ２３は、エンジン１のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。一方、クランク角センサ２４は、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２５に出力する。また、吸気管１ａには、吸気圧センサ２６が取り付けられており、この吸気圧センサ２６は、吸気管１ａ内の絶対圧ＰＢを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。さらに、ＥＣＵ２５には、吸着材１６が劣化していると判定したときに点灯する警告ランプ２７が接続されている。
【００３７】
ＥＣＵ２５は、本実施形態において、吸着材状態判定手段、熱量算出手段、しきい値決定手段、相対湿度算出手段および吸着材劣化判定手段を構成するものである。ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。上述した湿度センサ２２などのセンサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００３８】
ＣＰＵは、上述した各種センサで検出されたエンジンパラメータ信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じ、ＴＤＣ信号の発生に同期して、燃料噴射時間Ｔｏｕｔおよび点火時期ＩＧＬＯＧを演算し、その演算結果に基づく駆動信号をインジェクタ２８およびディストリビュータ２９に出力する。また、ＣＰＵは、各種センサの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムやテーブルなどに従って、切替バルブ駆動装置１９やＥＧＲ制御弁２０を制御するとともに、吸着材１６の状態判定として、その劣化判定を行う。
【００３９】
次に、図３〜図１０を参照しながら、吸着材１６の劣化判定処理について説明する。図３は、吸着材１６の劣化判定を実行するか否かを判断する処理を示している。この処理は、エンジン１の始動直後に１回のみ実行される。
【００４０】
本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、前回の運転時に、吸着材１６における炭化水素の脱離処理が完了したことを表す脱離完了フラグＦ＿ＨＣＰＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯ、すなわち前回の運転時に脱離処理が完了していないときには、吸着材１６に炭化水素が残留していることで、吸着材１６の劣化を適正に判定することができないので、吸着材１６の劣化判定の実行条件が成立していないとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「０」にセットし（ステップ２）、本プログラムを終了する。
【００４１】
一方、上記ステップ１の判別結果がＹＥＳで、前回の運転時に、脱離処理が完了しているときには、続くステップ３に進み、エンジン水温ＴＷがその下限値ＴＷＴＲＳＬ（例えば０℃）以上でかつ上限値ＴＷＴＲＳＨ（例えば５０℃）以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯ、すなわち始動時のエンジン水温ＴＷが、上下限値ＴＷＴＲＳＬ／Ｈで規定される所定の範囲から外れているときには、上述した脱離処理未完了の場合と同様に、吸着材１６の劣化判定の実行条件が成立していないとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「０」にセットし（ステップ２）、本プログラムを終了する。
【００４２】
一方、ステップ３の判別結果がＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが上記所定の範囲内にあるときには、劣化判定の実行条件が成立しているとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「１」にセットする（ステップ４）。次いで、そのときに湿度センサ２２で検出された相対湿度ＶＨＵＭＤを、その最小値ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮおよび前回値ＶＨＵＭＤ＿ＰＲＥの各初期値として設定する（ステップ５、６）。この相対湿度ＶＨＵＭＤは、湿度センサ２２で検出されたセンサ抵抗値ＶＲＳＴに応じ、図４に示すテーブルから算出される。
【００４３】
このテーブルは、雰囲気温度ＴＨＣＭに対応する９つのテーブルで構成されており、各テーブルはセンサ抵抗値ＶＲＳＴが高いほど、相対湿度ＶＨＵＭＤがより小さくなるように設定されている。また、テーブル間では、雰囲気温度ＴＨＣＭが低いほど、相対湿度ＶＨＵＭＤがより高くなるように設定されている。これらの中から、雰囲気温度センサ２１で検出された雰囲気温度ＴＨＣＭに対応する１つが選択され、湿度センサ２２で検出されたセンサ抵抗値ＶＲＳＴに対応するテーブルを検索することによって、相対湿度ＶＨＵＭＤが算出される。雰囲気温度ＴＨＣＭがテーブル間の値である場合には、補間計算によって、相対湿度ＶＨＵＭＤが算出される。このようにして、相対湿度ＶＨＵＭＤを求めることにより、温度補償された排気ガスの相対湿度ＶＨＵＭＤを適切に求めることができる。
【００４４】
次いで、ステップ７に進み、エンジン水温ＴＷに応じて、図５に示す吸着材１６の劣化判定しきい値テーブル（以下「ＴＲＳＤＴテーブル」という）を検索し、後述する吸着材１６の劣化を判定するための劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴ（しきい値）を算出して、本プログラムを終了する。
【００４５】
図５に示すように、このＴＲＳＤＴテーブルでは、劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴは、エンジン水温ＴＷが第１所定温度ｔｗ１（例えば０℃）を下回るときには第１所定値ｔｒｓｄｔ１に、またエンジン水温ＴＷが、第１所定温度ｔｗ１よりも高い第２所定温度ｔｗ２（例えば４０℃）を上回るときには第２所定値ｔｒｓｄｔ２（ｔｒｓｄｔ１＞ｔｒｓｄｔ２）に設定されている。また、エンジン水温ＴＷが上記の範囲内（ｔｗ１≦ＴＷ≦ｔｗ２）であるときには、エンジン水温ＴＷが低いほど、劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴは、より大きい値に設定されている。
【００４６】
図６は、上記の図３の処理による判定結果に従って実行される吸着材１６の劣化判定処理を示している。この処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳが「１」であるか否かを判別し（ステップ１１）、その判別結果がＮＯで、劣化判定の実行条件が成立していないときには、そのまま本プログラムを終了する。
【００４７】
上記ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、劣化判定の実行条件が成立しているときには、湿度センサ２２による今回の検出値から算出された相対湿度ＶＨＵＭＤが、その前回値ＶＨＵＭＤ＿ＰＲＥよりも小さいか否かを判別する（ステップ１２）。この判別結果がＹＥＳで、ＶＨＵＭＤ＜ＶＨＵＭＤ＿ＰＲＥのときには、そのときの相対湿度ＶＨＵＭＤを最小値ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮとして設定する（ステップ１３）。このように、最小値ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮは、相対湿度ＶＨＵＭＤが前回時よりも低下しているときに随時、更新されるので、相対湿度ＶＨＵＭＤの立上がり開始直前の最小値を表すことになる（図１０の時刻ｔ０参照）。上記ステップ１２の判別結果がＮＯのとき、または上記ステップ１３の実行後には、ステップ１４に進み、今回の相対湿度ＶＨＵＭＤを前回値ＶＨＵＭＤ＿ＰＲＥにシフトする。
【００４８】
次いで、相対湿度ＶＨＵＭＤが、最小値ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮと所定の立上がり判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ（例えば１０％）との和よりも大きいか否かを判別し（ステップ１５）、その判別結果がＮＯのときには、相対湿度ＶＨＵＭＤがまだ十分に立ち上がっていないとして、立上がり確定フラグＦ＿ＨＵＭＬ２Ｈを「０」にセットし（ステップ１６）、本プログラムを終了する。
【００４９】
一方、上記ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、ＶＨＵＭＤ＞ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮ＋ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤが成立したとき、すなわち相対湿度ＶＨＵＭＤが、最小値ＶＨＵＭＤ＿ＭＩＮから立上がり判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤを上回って、上昇したとき（図１０の時刻ｔ１）には、相対湿度ＶＨＵＭＤが十分に立ち上がり、安定的に上昇する状態になったとして、立上がり確定フラグＦ＿ＨＵＭＬ２Ｈを「１」にセットする（ステップ１７）。
【００５０】
次いで、ステップ１８に進み、熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑが、図３の前記ステップ７で算出した劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴよりも小さいか否かを判別する。この熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑは、エンジン１の始動後に排気系２に与えられた熱量の積算値（総和）を表すものであり、次のようにして算出される。
【００５１】
図７は、熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑの算出処理を示している。この処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、この熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑは、エンジン１の始動時に、イグニッションスイッチがＯＮされたときに、値０にリセットされる。
【００５２】
本処理ではまず、気筒ごとのインジェクタ１ｂの燃料噴射時間Ｔｏｕｔを読み込むとともに（ステップ３１）、熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤを算出する（ステップ３２）。図８に示すように、このステップ３２における熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤの算出処理では、まず、点火時期の急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩに応じ、図９に一例を示すテーブルを検索し（ステップ４１）、検索値を熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤとしてセットする（ステップ４２）。この急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩは、エンジン１の始動時に、三元触媒５、５を活性化するための急速暖機制御を実行する場合に、値０よりも大きな値に設定され、基本点火時期から減算されるものである。図９に示すように、熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤは、急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩが０のとき、すなわち急速暖機制御を実行しないときには、値１．０に設定されるとともに、急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩの４つの格子点に対して、急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩが大きいほど、より大きな値となるように設定されている。これは、急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩが大きいほど、各気筒で発生する熱量の排気系２への放熱割合が増大し、排気ガスの温度が高くなるからである。
【００５３】
次いで、図７のステップ３３に戻り、ステップ３１で読み込んだ燃料噴射時間Ｔｏｕｔとステップ３２で算出した熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤとの積を、熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑの前回値に加算し、今回の熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑとしてセットする。
【００５４】
このようにして求められた熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑは、エンジン１が始動時から排気系２に与えた熱量を表す。したがって、熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑが大きいほど、吸着材１６に与えた熱量が多いことを表す。一方、吸着材１６は、その温度が低いときには吸着能力が高く、温度が上昇するのに伴い、吸着能力が低下する傾向があり、温度がある程度上昇したときに、相対湿度ＶＨＵＭＤの立上がりが生じる。したがって、図６の上記ステップ１８の判別結果がＹＥＳ、すなわちＳＵＭ＿Ｑ＜ＴＲＳＤＴのときには、相対湿度ＶＨＵＭＤを立ち上がらせるのに十分な熱量が吸着材１６に与えられていないにもかかわらず、相対湿度ＶＨＵＮＤが早く立ち上がったとして、吸着材１６が劣化していると判定し、そのことを表すために、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「１」にセットする（ステップ１９）。
【００５５】
一方、ステップ１８の判別結果がＮＯ、すなわちＳＵＭ＿Ｑ≧ＴＲＳＤＴのときには、吸着材１６に十分な熱量が与えられた後に初めて、相対湿度ＶＨＵＭＤが立ち上がったとして、吸着材１６が劣化していないと判定し、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「０」にセットする（ステップ２０）。
【００５６】
ステップ１９または２０に続くステップ２１では、吸着材１６の劣化判定が終了したことを受けて、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳを「０」にセットし、本プログラムを終了する。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、エンジン１の始動後において、吸着材１６の下流側の相対湿度ＶＨＵＭＤについて、その立上がりを立上がり判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤによって判定するとともに、始動時から相対湿度ＶＨＵＭＤの立上がりまでの熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑと劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴとを比較することによって、吸着材１６の劣化を判定する。前述したように、この熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑは、点火時期の急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩが大きいほど、燃料噴射時間Ｔｏｕｔに乗算される熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤが、より大きな値に設定されることで、より大きな値として算出される。したがって、熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑを、始動時および始動後の排気系２および排気ガスの温度状態を良好に反映させながら、適切に算出することができ、それにより、吸着材１６の劣化判定を精度良く行うことができる。また、この劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴは、前述した図５で説明したように、始動時のエンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。つまり、吸着材１６の温度を上昇させるのに必要な熱量が多いほど、劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴがより大きな値に設定されているので、図６のステップ１８における比較判別により、吸着材１６の劣化判定をより適切に行うことができる。
【００５８】
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、排気ガスの湿度を表すパラメータとして、相対湿度ＶＨＵＭＤを用いたが、他の適当なパラメータを採用してもよい。また、排気系２の温度状態を、エンジン水温センサ２３で検出したエンジン水温ＴＷで代用し、また、湿度センサ２２の雰囲気温度ＴＨＣＭを、雰囲気温度センサ２１で直接検出したが、湿度センサ２２の検出値に基づいて、それらの温度を推定するようにしてもよい。その他、細部の構成を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気ガス浄化装置の状態判定装置は、内燃機関の点火時期に応じて、炭化水素を吸着する吸着材を含む排気ガス浄化装置の状態を、吸着材の劣化を含めて、精度良く判定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による排気ガス浄化装置の状態判定装置を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【図３】吸着材の劣化判定の実行判断処理を示すフローチャートである。
【図４】雰囲気温度ＴＨＣＭおよびセンサ抵抗値ＶＲＳＴに応じて、相対湿度ＶＨＵＭＤを算出するためのテーブルを示す。
【図５】エンジン始動時のエンジン水温ＴＷと吸着材の劣化判定しきい値ＴＲＳＤＴとの関係を示す劣化判定しきい値テーブルである。
【図６】吸着材の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図７】排気系に与えられた熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑの算出処理を示すフローチャートである。
【図８】熱量補正係数＃ＫＱＲＴＤの算出処理を示すフローチャートである。
【図９】点火時期の急速暖機リタード量ＩＧＦＰＩと熱量補正項＃ＫＱＲＴＤとの関係を示すテーブルである。
【図１０】湿度センサで検出した相対湿度ＶＨＵＭＤおよび熱量積算値ＳＵＭ＿Ｑのエンジン始動時からの推移の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 排気系
７ 炭化水素吸着装置
１６ 吸着材
２１ 雰囲気温度センサ（雰囲気温度検出手段）
２２ 湿度センサ
２３ エンジン水温センサ（温度状態検出手段）
２５ ＥＣＵ（吸着材状態判定手段、熱量算出手段、しきい値決定手段、相対湿度算出手段、吸着材劣化判定手段）
２８ 点火プラグ
ＶＨＵＭＤ 相対湿度
ＴＷ エンジン水温
ＳＵＭ＿Ｑ 熱量積算値
ＴＲＳＤＴ 劣化判定しきい値
ＩＧＦＰＩ 急速暖機リタード量
ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ 立上がり判定値

Claims (8)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材を含む排気ガス浄化装置の状態を判定するための排気ガス浄化装置の状態判定装置であって、
   前記排気系の前記吸着材よりも下流側に設けられ、排気ガスの湿度を検出する湿度センサと、
   この湿度センサにより検出された排気ガスの湿度および前記内燃機関の点火時期に応じて、前記吸着材の状態を判定する吸着材状態判定手段と、
   を備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置の状態判定装置。
2. 前記内燃機関の始動後に当該内燃機関から前記排気系に与えられた熱量を算出する熱量算出手段を、さらに備えており、
   前記吸着材状態判定手段は、前記熱量算出手段によって算出された前記熱量にさらに応じて、前記吸着材の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
3. 前記熱量算出手段は、始動後に前記内燃機関に供給された燃料量および前記点火時期に応じて、前記熱量を算出することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
4. 前記排気系の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
   前記内燃機関の始動時に検出された前記排気系の温度状態に基づき、しきい値を決定するしきい値決定手段と、
   をさらに備えており、
   前記吸着材状態判定手段は、前記内燃機関の始動後における前記湿度センサの検出値の変化量がその所定値を上回ったときに、前記熱量と前記しきい値との比較結果に基づいて、前記吸着材の状態を判定することを特徴とする請求項２または３に記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
5. 前記排気系の温度状態は、前記内燃機関の始動時の冷却水の温度であることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
6. 前記湿度センサの雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
   当該検出された雰囲気温度に応じて、前記湿度センサの出力から排気ガスの相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
7. 前記吸着材状態判定手段は、前記吸着材の劣化を、当該吸着材の状態として判定する吸着材劣化判定手段を有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。
8. 前記吸着材はゼオライトからなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の状態判定装置。

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