内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法
【課題】ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行う技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒ユニットの劣化を診断する場合に、第１に、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し（Ｓ１０３）、ＥＧＲガス非導入時の内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し（Ｓ１０４）、第２に、ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し（Ｓ１０５）、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し（Ｓ１０６）、第３に、ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒ユニットの劣化を診断する（Ｓ１０８）。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒ユニットの劣化を診断する場合に、第１に、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し（Ｓ１０３）、ＥＧＲガス非導入時の内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し（Ｓ１０４）、第２に、ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し（Ｓ１０５）、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し（Ｓ１０６）、第３に、ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒ユニットの劣化を診断する（Ｓ１０８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させることが行われている。また、内燃機関の排気通路に配置され排気を浄化する触媒の劣化を診断することが行われている。ここで、触媒劣化診断では、触媒よりも下流側の排気通路において検知される空燃比に基づいて触媒の劣化が診断される。このため、触媒劣化診断時に、触媒よりも上流側の内燃機関の気筒間の空燃比差が生じないように、気筒間の空燃比差に影響を与えるＥＧＲガスの還流を禁止することで、触媒劣化診断を正確に行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−３８７８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８０２３号公報
【特許文献３】特開２００７−２４７４９９号公報
【特許文献４】特開２００７−２９７９４９号公報
【特許文献５】特開２００６−２００４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のような技術では、触媒劣化診断時にＥＧＲガスの還流を禁止してしまうので、触媒劣化診断時にはＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果が得られなくなってしまう。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制する気筒間空燃比差抑制制御手段と、
前記排気通路に配置され、排気を浄化する触媒と、
前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段と、
を備え、
前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置である。
【０００６】
本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【０００７】
また、本発明によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。
【０００８】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断している最中に、前記内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を停止するとよい。
【０００９】
ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。一方、触媒劣化診断時に生じる内燃機関のトルク変動は、内燃機関に供給するＥＧＲガス量が少ない程小さくなる。このため、本発明によると、触媒劣化診断の最中に、内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲガスの還流を停止するので、触媒劣化診断時に生じる内燃機関のトルク変動が最も小さくなり、サージの発生も回避できる。
【００１０】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、前記内燃機関の全気筒において空燃比が一定値となるように各気筒の燃料供給量を変更するとよい。
【００１１】
ここで、一定値とは、例えばストイキの値等であり、予め実験等で求められる。本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差をより好適に抑制できる。これにより、その後のＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００１２】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる燃料供給量を削減し、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では前記空燃比がリッチである気筒において削減された燃料供給量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配して燃料供給量を増加するとよい。
【００１３】
ここで、許容値とは、それ以内の値であると、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において空燃比をリーン側に好適に変更できる値である。また、許容値とは、それよりも大きな値であると、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において空燃比をリーン側に過剰に変更することになり、かえって当該空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こす値である。
【００１４】
本発明によると、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を好適に抑制できると共に、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こすことを回避できる。
【００１５】
前記気筒間空燃比差抑制制御手段は、
前記排気通路に配置され、前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比を検知する空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段の検知値に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒の空燃比補正量を算出する空燃比補正量算出手段と、
前記空燃比補正量算出手段が算出した前記各気筒の空燃比補正量に基づいて、各気筒の燃料供給量を補正し、気筒間の空燃比差を抑制する燃料供給量制御手段と、
を有するとよい。
【００１６】
本発明によると、内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制することができる。
【００１７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の前記内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法である。
【００１８】
本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００１９】
また、本発明によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。
【００２３】
内燃機関１における各気筒２につながる各吸気ポートには、燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
【００２４】
一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、触媒ユニット６が配置されている。触媒ユニット６は、三元触媒等で構成され、排気を浄化する。本実施例における触媒ユニット６が、本発明の触媒に相当する。触媒ユニット６よりも上流側の排気通路５には、内燃機関１の各気筒２から排出され排気通路５を流通する排気の空燃比を検知する第１空燃比センサ７が配置されている。本実施例における第１空燃比センサ７が、本発明の空燃比検知手段に相当する。触媒ユニット６よりも下流側の排気通路５には、触媒ユニット６から流出した排気の空燃比を検知する第２空燃比センサ８が配置されている。第１、第２空燃比センサ７，８は、測定する排気中の酸素濃度に基づいて排気の空燃比を検知する。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。
【００２５】
そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を吸気通路４へ還流（再循環）させるＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation System）３０が備えられている。本実施例では、ＥＧＲ装置３０によって還流される排気をＥＧＲガスと称している。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁３２と、を有する。
【００２６】
ＥＧＲ通路３１は、第１空燃比センサ７よりも上流側の排気通路５と、吸気通路４とを接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、排気がＥＧＲガスとして内燃機関１へ送り込まれる。
【００２７】
ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１に配置され、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を調節する。ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する装置である。
【００２９】
ＥＣＵ９には、第１、第２空燃比センサ７，８の他に、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３、及びＥＧＲ弁３２の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９によりこれらの機器が制御される。
【００３０】
ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０やアクセルポジションセンサ１１などの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００３１】
ところで、使用期間が長くなる程触媒ユニット６の排気浄化能力が低下して行き、触媒ユニット６は劣化する。そして、劣化した触媒ユニット６を使用し続けてしまうと、排気エミッションの悪化を招く。
【００３２】
そこで、燃料噴射弁３からの燃料供給量を変更して触媒ユニット６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に振る。そして、そのときの第２空燃比センサ８で検知する触媒ユニット６から流出する排気の空燃比に基づいて、触媒ユニット６の酸素吸蔵能力を計り、触媒ユニット６の劣化を診断することが行われている。以下、触媒ユニット６の劣化を診断することを触媒劣化診断という。本実施例における触媒劣化診断を行うＥＣＵ９が、本発明の触媒劣化診断手段に相当する。
【００３３】
ところで、触媒劣化診断時に、触媒ユニット６よりも上流側の内燃機関１の気筒間の空燃比差が生じていると、触媒ユニット６から流出する排気の空燃比を変化させてしまうので、触媒劣化診断を正確に行うことができない。そこで、従来の触媒劣化診断においては、触媒劣化診断時に、触媒ユニット６よりも上流側の内燃機関１の気筒間の空燃比差が生じないように、気筒間の空燃比差に影響を与えるＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を禁止することで、触媒劣化診断を正確に行うようにしていた。しかしながら、従来の触媒劣化診断では、触媒劣化診断時にＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を禁止してしまう。よって、従来の触媒劣化診断を行っている間、ＥＧＲガスを内燃機関１に供給することによる燃費低減効果が得られなくなってしまう。
【００３４】
そこで、本実施例では、触媒劣化診断を行う場合に、第１に、ＥＧＲ装置３０を用いた
ＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。第２に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。そして、第３に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒劣化診断を行うようにした。
【００３５】
本実施例によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。また、本実施例によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関１に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。したがって、本実施例によると、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００３６】
また、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒劣化診断を行っている最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を停止する制御も行う。
【００３７】
ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。一方、触媒劣化診断時に生じる内燃機関１のトルク変動は、内燃機関１に供給するＥＧＲガス量が少ない程小さくなる。このため、本実施例によると、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を停止するので、触媒劣化診断時に生じる内燃機関１のトルク変動が最も小さくなり、サージの発生も回避できる。
【００３８】
次に、本実施例による触媒劣化診断制御ルーチンについて説明する。図２は、本実施例による触媒劣化診断制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ９により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３９】
ステップＳ１０１では、触媒劣化診断を行うか否かを判別する。具体的には、内燃機関１の搭載された車両の走行距離が触媒ユニット６の触媒劣化診断を行う必要のある距離に達したとき等に触媒劣化診断を行う必要があると判断する。
【００４０】
ステップＳ１０１において触媒劣化診断を行うと肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０１において触媒劣化診断を行わないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４１】
ステップＳ１０２では、各種センサの出力信号に基づき、内燃機関１の運転状態が定常運転か否かを判別する。定常運転は、過渡運転でなく運転領域が変化しない運転状態である。なお、定常運転としては、内燃機関１の運転状態がただ一つにだけに定められているのではなく、幾つかの状態で定められている。
【００４２】
ステップＳ１０２において内燃機関１の運転状態が定常運転であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。ステップＳ１０２において内燃機関１の運転状態が定常運転でないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
ステップＳ１０３では、ＥＧＲ弁３２を全閉にし、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を強制的に一旦停止する。
【００４４】
ステップＳ１０４では、第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンにて、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。
【００４５】
ここで、本実施例による第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンについて説明する。図３は、本実施例による第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示したフローチャートである。本実施例における第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを実行するＥＣＵ９が、本発明の気筒間空燃比差抑制制御手段に相当する。
【００４６】
ステップＳ２０１では、第１空燃比センサ７を用いて、内燃機関１の各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。具体的には、内燃機関１の各気筒２で排出された排気が第１空燃比センサを通過するタイミングで排気の空燃比を検知することで、各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。この際、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流は行われていない。
【００４７】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検知された各気筒２から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒２の空燃比補正量を算出する。なお、本ステップＳ２０２を実行するＥＣＵ９が、本発明の空燃比補正量算出手段に相当する。
【００４８】
ここで、ステップＳ２０２で算出される各気筒２の空燃比補正量は、内燃機関１の全気筒２において空燃比がストイキになるようにする。すなわち、各気筒２の空燃比補正量は、ステップＳ２０１で検知された各気筒２の空燃比と、ストイキ（＝１４．６）との差分がそのまま補正量となる。これにより、その後のＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００４９】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された各気筒２の空燃比補正量に基づいて、各気筒２の燃料噴射弁３からの燃料供給量を補正して、気筒間の空燃比差を抑制する。なお、燃料供給量の補正量は、空燃比補正量との関係を示すマップから算出される。本ステップＳ２０３の処理により、ＥＧＲガス非導入時には、全気筒２から排出される排気の空燃比は、一律にストイキとなる。本ステップＳ２０３の処理の後、触媒劣化診断制御ルーチンに戻る。なお、本ステップＳ２０３を実行するＥＣＵ９が、本発明の燃料供給量制御手段に相当する。
【００５０】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲ弁３２を定常運転における目標量に合わせて開弁し、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を再開する。
【００５１】
ステップＳ１０６では、第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンにて、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。
【００５２】
ここで、本実施例による第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンについて説明する。図４は、本実施例による第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示したフローチャートである。本実施例における第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを実行するＥＣＵ９が、本発明の気筒間空燃比差抑制制御手段に相当する。
【００５３】
ステップＳ３０１では、第１空燃比センサ７を用いて、内燃機関１の各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。具体的には、内燃機関１の各気筒２で排出された排気が第１空燃比センサを通過するタイミングで排気の空燃比を検知することで、各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。この際、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流が行われている。
【００５４】
ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で検知された各気筒２から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒２の空燃比補正量を算出す
る。なお、本ステップＳ３０２を実行するＥＣＵ９が、本発明の空燃比補正量算出手段に相当する。
【００５５】
ここで、ステップＳ３０２で算出される各気筒２の空燃比補正量は、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では、空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる分が当該気筒の補正量（以下、リッチ気筒補正量という）となる。つまり、リッチ気筒補正量は、図５に示すように、当該気筒の空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる間はリッチになる程一様に増加する量である。しかし、リッチ気筒補正量は、空燃比が許容値よりも大きくリーン側に変更する場合には一定量（ここでは、１．０である）に制限される。そして、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では、先のリッチ気筒補正量の正負を反対にした量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配する。すなわち、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒の補正量と、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒の補正量との和が、０となる。これによると、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を好適に抑制できると共に、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こすことを回避できる。
【００５６】
具体的には、図６に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１３．０、１５．０、１５．０、１５．０である場合を想定する。この場合には、１番気筒＃１の空燃比をストイキに近づけるように１４．５までリーン側に変更したい。しかし、空燃比を１．５までリーン側に変更すると、空燃比をリーン側に過剰に変更することになり、かえって１番気筒＃１において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こす。そこで、１番気筒＃１の空燃比を許容値である１．０以内でリーン側に変更する。すなわち、１番気筒＃１の空燃比を１４．０までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、１．０となる。また、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４は同じ１５．０の空燃比である。よって、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量を３等分した、−０．３３（≒−１．０／３）づつの補正量が加えられる。すなわち、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比を同じ１４．６７に変更する。
【００５７】
また、図７に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１６．０、１４．０、１４．０、１４．０である場合を想定する。この場合には、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比をストイキに近づけるように、同じ１４．５までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、３気筒分の補正量の和をとり、１．５（＝０．５×３）となる。よって、１番気筒＃１には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした、−１．５の補正量が加えられる。すなわち、１番気筒＃１の空燃比を１４．５に変更する。なお、空燃比をリッチ側に変更することでは、燃料供給量が多くなるだけであり、燃焼悪化を引き起こすことが無いので、この場合の１番気筒のようにＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒の補正量には、許容値が無く制限が加えられていない。
【００５８】
また、図８に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１３．０、１５．０、１４．５、１５．５である場合を想定する。この場合には、１番気筒＃１の空燃比を許容値である１．０以内でストイキに近づけるように、１４．０までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、１．０となる。また、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４はそれぞれ異なる空燃比である。よって、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４はそれぞれストイキに近づくように、量を変えて補正量を分配する。つまり、
２番気筒＃２には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量の３分の１である、−０．３３（≒−１．０／３）の補正量が加えられる。３番気筒＃３には、補正量は加えられない。４番気筒＃４には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量の３分の２である、−０．６７（≒−１．０×２／３）の補正量が加えられる。すなわち、２番気筒＃２の空燃比を１４．６７に変更する。３番気筒＃３の空燃比は１４．５のまま維持する。４番気筒＃４の空燃比を１４．８３に変更する。この場合のように、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では、先のリッチ気筒補正量の正負を反対にした量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう量を変えて分配してもよい。
【００５９】
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で算出された各気筒２の空燃比補正量に基づいて、各気筒２の燃料噴射弁３からの燃料供給量を補正して、気筒間の空燃比差を抑制する。なお、燃料供給量の補正量は、空燃比補正量との関係を示すマップから算出される。本ステップＳ３０３の処理により、ＥＧＲガス導入時には、全気筒２から排出される排気の空燃比は、ストイキに近づく。本ステップＳ３０３の処理の後、触媒劣化診断制御ルーチンに戻る。なお、本ステップＳ３０３を実行するＥＣＵ９が、本発明の燃料供給量制御手段に相当する。
【００６０】
ステップＳ１０７では、触媒劣化診断条件を満たすか否かを判別する。具体的には、触媒ユニット６の床温が一定であることや、内燃機関１の運転状態が定常運転であることや、各種センサが正常動作していること等を満たすときに、触媒劣化診断条件を満たすと判断する。
【００６１】
ステップＳ１０７において触媒劣化診断条件を満たすと肯定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０７において触媒劣化診断条件を満たさないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００６２】
ステップＳ１０８では、触媒劣化診断を行う。具体的には、燃料噴射弁３からの燃料供給量を変更して触媒ユニット６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に振る。そして、そのときの第２空燃比センサ８で検知する触媒ユニット６から流出する排気の空燃比に基づいて、触媒ユニット６の酸素吸蔵能力を計り、触媒ユニット６の劣化を診断する。
【００６３】
ステップＳ１０９では、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となるか否かを判別する。内燃機関１のトルク変動は、クランクポジションセンサ１０の出力値から検知される機関回転数に基づいて導出される。ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。
【００６４】
ステップＳ１０９において内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となると肯定判定された場合には、ステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１０９において内燃機関１のトルク変動が所定変動以上とならないと否定判定された場合には、ステップＳ１１１へ移行する。
【００６５】
ステップＳ１１０では、ＥＧＲ弁３２を全閉にし、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を強制的に停止する。
【００６６】
ステップＳ１１１では、触媒劣化診断が終了したか否かを判別する。
【００６７】
ステップＳ１１１において触媒劣化診断が終了したと肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１１１において触媒劣化診断が終了していないと否定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
【００６８】
以上説明した本ルーチンによれば、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制できる。そして、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００６９】
本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係る触媒劣化診断制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施例１に係る第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図４】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図５】実施例１に係るストイキからリッチ気筒の空燃比までの差とリッチ気筒補正量の関係を示す図。
【図６】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【図７】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【図８】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ 触媒ユニット
７ 第１空燃比センサ
８ 第２空燃比センサ
９ ＥＣＵ
１０ クランクポジションセンサ
１１ アクセルポジションセンサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させることが行われている。また、内燃機関の排気通路に配置され排気を浄化する触媒の劣化を診断することが行われている。ここで、触媒劣化診断では、触媒よりも下流側の排気通路において検知される空燃比に基づいて触媒の劣化が診断される。このため、触媒劣化診断時に、触媒よりも上流側の内燃機関の気筒間の空燃比差が生じないように、気筒間の空燃比差に影響を与えるＥＧＲガスの還流を禁止することで、触媒劣化診断を正確に行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−３８７８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８０２３号公報
【特許文献３】特開２００７−２４７４９９号公報
【特許文献４】特開２００７−２９７９４９号公報
【特許文献５】特開２００６−２００４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のような技術では、触媒劣化診断時にＥＧＲガスの還流を禁止してしまうので、触媒劣化診断時にはＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果が得られなくなってしまう。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制する気筒間空燃比差抑制制御手段と、
前記排気通路に配置され、排気を浄化する触媒と、
前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段と、
を備え、
前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置である。
【０００６】
本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【０００７】
また、本発明によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。
【０００８】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断している最中に、前記内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を停止するとよい。
【０００９】
ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。一方、触媒劣化診断時に生じる内燃機関のトルク変動は、内燃機関に供給するＥＧＲガス量が少ない程小さくなる。このため、本発明によると、触媒劣化診断の最中に、内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲガスの還流を停止するので、触媒劣化診断時に生じる内燃機関のトルク変動が最も小さくなり、サージの発生も回避できる。
【００１０】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、前記内燃機関の全気筒において空燃比が一定値となるように各気筒の燃料供給量を変更するとよい。
【００１１】
ここで、一定値とは、例えばストイキの値等であり、予め実験等で求められる。本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差をより好適に抑制できる。これにより、その後のＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００１２】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる燃料供給量を削減し、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では前記空燃比がリッチである気筒において削減された燃料供給量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配して燃料供給量を増加するとよい。
【００１３】
ここで、許容値とは、それ以内の値であると、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において空燃比をリーン側に好適に変更できる値である。また、許容値とは、それよりも大きな値であると、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において空燃比をリーン側に過剰に変更することになり、かえって当該空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こす値である。
【００１４】
本発明によると、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を好適に抑制できると共に、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こすことを回避できる。
【００１５】
前記気筒間空燃比差抑制制御手段は、
前記排気通路に配置され、前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比を検知する空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段の検知値に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒の空燃比補正量を算出する空燃比補正量算出手段と、
前記空燃比補正量算出手段が算出した前記各気筒の空燃比補正量に基づいて、各気筒の燃料供給量を補正し、気筒間の空燃比差を抑制する燃料供給量制御手段と、
を有するとよい。
【００１６】
本発明によると、内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制することができる。
【００１７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の前記内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法である。
【００１８】
本発明によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００１９】
また、本発明によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。
【００２３】
内燃機関１における各気筒２につながる各吸気ポートには、燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
【００２４】
一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、触媒ユニット６が配置されている。触媒ユニット６は、三元触媒等で構成され、排気を浄化する。本実施例における触媒ユニット６が、本発明の触媒に相当する。触媒ユニット６よりも上流側の排気通路５には、内燃機関１の各気筒２から排出され排気通路５を流通する排気の空燃比を検知する第１空燃比センサ７が配置されている。本実施例における第１空燃比センサ７が、本発明の空燃比検知手段に相当する。触媒ユニット６よりも下流側の排気通路５には、触媒ユニット６から流出した排気の空燃比を検知する第２空燃比センサ８が配置されている。第１、第２空燃比センサ７，８は、測定する排気中の酸素濃度に基づいて排気の空燃比を検知する。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。
【００２５】
そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を吸気通路４へ還流（再循環）させるＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation System）３０が備えられている。本実施例では、ＥＧＲ装置３０によって還流される排気をＥＧＲガスと称している。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁３２と、を有する。
【００２６】
ＥＧＲ通路３１は、第１空燃比センサ７よりも上流側の排気通路５と、吸気通路４とを接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、排気がＥＧＲガスとして内燃機関１へ送り込まれる。
【００２７】
ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１に配置され、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を調節する。ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する装置である。
【００２９】
ＥＣＵ９には、第１、第２空燃比センサ７，８の他に、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３、及びＥＧＲ弁３２の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９によりこれらの機器が制御される。
【００３０】
ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０やアクセルポジションセンサ１１などの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００３１】
ところで、使用期間が長くなる程触媒ユニット６の排気浄化能力が低下して行き、触媒ユニット６は劣化する。そして、劣化した触媒ユニット６を使用し続けてしまうと、排気エミッションの悪化を招く。
【００３２】
そこで、燃料噴射弁３からの燃料供給量を変更して触媒ユニット６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に振る。そして、そのときの第２空燃比センサ８で検知する触媒ユニット６から流出する排気の空燃比に基づいて、触媒ユニット６の酸素吸蔵能力を計り、触媒ユニット６の劣化を診断することが行われている。以下、触媒ユニット６の劣化を診断することを触媒劣化診断という。本実施例における触媒劣化診断を行うＥＣＵ９が、本発明の触媒劣化診断手段に相当する。
【００３３】
ところで、触媒劣化診断時に、触媒ユニット６よりも上流側の内燃機関１の気筒間の空燃比差が生じていると、触媒ユニット６から流出する排気の空燃比を変化させてしまうので、触媒劣化診断を正確に行うことができない。そこで、従来の触媒劣化診断においては、触媒劣化診断時に、触媒ユニット６よりも上流側の内燃機関１の気筒間の空燃比差が生じないように、気筒間の空燃比差に影響を与えるＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を禁止することで、触媒劣化診断を正確に行うようにしていた。しかしながら、従来の触媒劣化診断では、触媒劣化診断時にＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を禁止してしまう。よって、従来の触媒劣化診断を行っている間、ＥＧＲガスを内燃機関１に供給することによる燃費低減効果が得られなくなってしまう。
【００３４】
そこで、本実施例では、触媒劣化診断を行う場合に、第１に、ＥＧＲ装置３０を用いた
ＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。第２に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。そして、第３に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒劣化診断を行うようにした。
【００３５】
本実施例によると、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。これにより、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。また、本実施例によると、触媒劣化診断時においてもＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行っているので、触媒劣化診断時にＥＧＲガスを内燃機関１に供給することによる燃費低減効果を得ることができる。したがって、本実施例によると、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００３６】
また、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、触媒劣化診断を行っている最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を停止する制御も行う。
【００３７】
ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。一方、触媒劣化診断時に生じる内燃機関１のトルク変動は、内燃機関１に供給するＥＧＲガス量が少ない程小さくなる。このため、本実施例によると、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合に、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を停止するので、触媒劣化診断時に生じる内燃機関１のトルク変動が最も小さくなり、サージの発生も回避できる。
【００３８】
次に、本実施例による触媒劣化診断制御ルーチンについて説明する。図２は、本実施例による触媒劣化診断制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ９により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３９】
ステップＳ１０１では、触媒劣化診断を行うか否かを判別する。具体的には、内燃機関１の搭載された車両の走行距離が触媒ユニット６の触媒劣化診断を行う必要のある距離に達したとき等に触媒劣化診断を行う必要があると判断する。
【００４０】
ステップＳ１０１において触媒劣化診断を行うと肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０１において触媒劣化診断を行わないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４１】
ステップＳ１０２では、各種センサの出力信号に基づき、内燃機関１の運転状態が定常運転か否かを判別する。定常運転は、過渡運転でなく運転領域が変化しない運転状態である。なお、定常運転としては、内燃機関１の運転状態がただ一つにだけに定められているのではなく、幾つかの状態で定められている。
【００４２】
ステップＳ１０２において内燃機関１の運転状態が定常運転であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。ステップＳ１０２において内燃機関１の運転状態が定常運転でないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
ステップＳ１０３では、ＥＧＲ弁３２を全閉にし、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を強制的に一旦停止する。
【００４４】
ステップＳ１０４では、第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンにて、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。
【００４５】
ここで、本実施例による第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンについて説明する。図３は、本実施例による第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示したフローチャートである。本実施例における第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを実行するＥＣＵ９が、本発明の気筒間空燃比差抑制制御手段に相当する。
【００４６】
ステップＳ２０１では、第１空燃比センサ７を用いて、内燃機関１の各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。具体的には、内燃機関１の各気筒２で排出された排気が第１空燃比センサを通過するタイミングで排気の空燃比を検知することで、各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。この際、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流は行われていない。
【００４７】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検知された各気筒２から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒２の空燃比補正量を算出する。なお、本ステップＳ２０２を実行するＥＣＵ９が、本発明の空燃比補正量算出手段に相当する。
【００４８】
ここで、ステップＳ２０２で算出される各気筒２の空燃比補正量は、内燃機関１の全気筒２において空燃比がストイキになるようにする。すなわち、各気筒２の空燃比補正量は、ステップＳ２０１で検知された各気筒２の空燃比と、ストイキ（＝１４．６）との差分がそのまま補正量となる。これにより、その後のＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差がより小さくでき、触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００４９】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された各気筒２の空燃比補正量に基づいて、各気筒２の燃料噴射弁３からの燃料供給量を補正して、気筒間の空燃比差を抑制する。なお、燃料供給量の補正量は、空燃比補正量との関係を示すマップから算出される。本ステップＳ２０３の処理により、ＥＧＲガス非導入時には、全気筒２から排出される排気の空燃比は、一律にストイキとなる。本ステップＳ２０３の処理の後、触媒劣化診断制御ルーチンに戻る。なお、本ステップＳ２０３を実行するＥＣＵ９が、本発明の燃料供給量制御手段に相当する。
【００５０】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲ弁３２を定常運転における目標量に合わせて開弁し、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を再開する。
【００５１】
ステップＳ１０６では、第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンにて、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制する。
【００５２】
ここで、本実施例による第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンについて説明する。図４は、本実施例による第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示したフローチャートである。本実施例における第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを実行するＥＣＵ９が、本発明の気筒間空燃比差抑制制御手段に相当する。
【００５３】
ステップＳ３０１では、第１空燃比センサ７を用いて、内燃機関１の各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。具体的には、内燃機関１の各気筒２で排出された排気が第１空燃比センサを通過するタイミングで排気の空燃比を検知することで、各気筒２から排出される排気の空燃比を検知する。この際、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流が行われている。
【００５４】
ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で検知された各気筒２から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒２の空燃比補正量を算出す
る。なお、本ステップＳ３０２を実行するＥＣＵ９が、本発明の空燃比補正量算出手段に相当する。
【００５５】
ここで、ステップＳ３０２で算出される各気筒２の空燃比補正量は、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では、空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる分が当該気筒の補正量（以下、リッチ気筒補正量という）となる。つまり、リッチ気筒補正量は、図５に示すように、当該気筒の空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる間はリッチになる程一様に増加する量である。しかし、リッチ気筒補正量は、空燃比が許容値よりも大きくリーン側に変更する場合には一定量（ここでは、１．０である）に制限される。そして、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では、先のリッチ気筒補正量の正負を反対にした量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配する。すなわち、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒の補正量と、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒の補正量との和が、０となる。これによると、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を好適に抑制できると共に、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こすことを回避できる。
【００５６】
具体的には、図６に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１３．０、１５．０、１５．０、１５．０である場合を想定する。この場合には、１番気筒＃１の空燃比をストイキに近づけるように１４．５までリーン側に変更したい。しかし、空燃比を１．５までリーン側に変更すると、空燃比をリーン側に過剰に変更することになり、かえって１番気筒＃１において燃料供給量が過少となり燃焼悪化を引き起こす。そこで、１番気筒＃１の空燃比を許容値である１．０以内でリーン側に変更する。すなわち、１番気筒＃１の空燃比を１４．０までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、１．０となる。また、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４は同じ１５．０の空燃比である。よって、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量を３等分した、−０．３３（≒−１．０／３）づつの補正量が加えられる。すなわち、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比を同じ１４．６７に変更する。
【００５７】
また、図７に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１６．０、１４．０、１４．０、１４．０である場合を想定する。この場合には、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比をストイキに近づけるように、同じ１４．５までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、３気筒分の補正量の和をとり、１．５（＝０．５×３）となる。よって、１番気筒＃１には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした、−１．５の補正量が加えられる。すなわち、１番気筒＃１の空燃比を１４．５に変更する。なお、空燃比をリッチ側に変更することでは、燃料供給量が多くなるだけであり、燃焼悪化を引き起こすことが無いので、この場合の１番気筒のようにＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒の補正量には、許容値が無く制限が加えられていない。
【００５８】
また、図８に示すように、ステップＳ１０５によりＥＧＲガスの還流を再開した際の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の空燃比が１３．０、１５．０、１４．５、１５．５である場合を想定する。この場合には、１番気筒＃１の空燃比を許容値である１．０以内でストイキに近づけるように、１４．０までリーン側に変更する。そうすると、リッチ気筒補正量は、１．０となる。また、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４はそれぞれ異なる空燃比である。よって、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４はそれぞれストイキに近づくように、量を変えて補正量を分配する。つまり、
２番気筒＃２には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量の３分の１である、−０．３３（≒−１．０／３）の補正量が加えられる。３番気筒＃３には、補正量は加えられない。４番気筒＃４には、リッチ気筒補正量の正負を反対にした量の３分の２である、−０．６７（≒−１．０×２／３）の補正量が加えられる。すなわち、２番気筒＃２の空燃比を１４．６７に変更する。３番気筒＃３の空燃比は１４．５のまま維持する。４番気筒＃４の空燃比を１４．８３に変更する。この場合のように、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では、先のリッチ気筒補正量の正負を反対にした量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう量を変えて分配してもよい。
【００５９】
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で算出された各気筒２の空燃比補正量に基づいて、各気筒２の燃料噴射弁３からの燃料供給量を補正して、気筒間の空燃比差を抑制する。なお、燃料供給量の補正量は、空燃比補正量との関係を示すマップから算出される。本ステップＳ３０３の処理により、ＥＧＲガス導入時には、全気筒２から排出される排気の空燃比は、ストイキに近づく。本ステップＳ３０３の処理の後、触媒劣化診断制御ルーチンに戻る。なお、本ステップＳ３０３を実行するＥＣＵ９が、本発明の燃料供給量制御手段に相当する。
【００６０】
ステップＳ１０７では、触媒劣化診断条件を満たすか否かを判別する。具体的には、触媒ユニット６の床温が一定であることや、内燃機関１の運転状態が定常運転であることや、各種センサが正常動作していること等を満たすときに、触媒劣化診断条件を満たすと判断する。
【００６１】
ステップＳ１０７において触媒劣化診断条件を満たすと肯定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０７において触媒劣化診断条件を満たさないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００６２】
ステップＳ１０８では、触媒劣化診断を行う。具体的には、燃料噴射弁３からの燃料供給量を変更して触媒ユニット６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に振る。そして、そのときの第２空燃比センサ８で検知する触媒ユニット６から流出する排気の空燃比に基づいて、触媒ユニット６の酸素吸蔵能力を計り、触媒ユニット６の劣化を診断する。
【００６３】
ステップＳ１０９では、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となるか否かを判別する。内燃機関１のトルク変動は、クランクポジションセンサ１０の出力値から検知される機関回転数に基づいて導出される。ここで、触媒劣化診断の最中に、内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となる場合には、サージ（定常運転時でも生じる振動）が発生する。
【００６４】
ステップＳ１０９において内燃機関１のトルク変動が所定変動以上となると肯定判定された場合には、ステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１０９において内燃機関１のトルク変動が所定変動以上とならないと否定判定された場合には、ステップＳ１１１へ移行する。
【００６５】
ステップＳ１１０では、ＥＧＲ弁３２を全閉にし、ＥＧＲ装置３０を用いたＥＧＲガスの還流を強制的に停止する。
【００６６】
ステップＳ１１１では、触媒劣化診断が終了したか否かを判別する。
【００６７】
ステップＳ１１１において触媒劣化診断が終了したと肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１１１において触媒劣化診断が終了していないと否定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
【００６８】
以上説明した本ルーチンによれば、ＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制できる。そして、ＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制した後に、ＥＧＲガスの還流を行いつつ触媒劣化診断を正確に行うことができる。
【００６９】
本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断装置及び方法は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係る触媒劣化診断制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施例１に係る第１気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図４】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図５】実施例１に係るストイキからリッチ気筒の空燃比までの差とリッチ気筒補正量の関係を示す図。
【図６】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【図７】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【図８】実施例１に係る第２気筒間空燃比差抑制制御の前後での各気筒の空燃比を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ 触媒ユニット
７ 第１空燃比センサ
８ 第２空燃比センサ
９ ＥＣＵ
１０ クランクポジションセンサ
１１ アクセルポジションセンサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制する気筒間空燃比差抑制制御手段と、
前記排気通路に配置され、排気を浄化する触媒と、
前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段と、
を備え、
前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断している最中に、前記内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、前記内燃機関の全気筒において空燃比が一定値となるように各気筒の燃料供給量を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる燃料供給量を削減し、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では前記空燃比がリッチである気筒において削減された燃料供給量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配して燃料供給量を増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記気筒間空燃比差抑制制御手段は、
前記排気通路に配置され、前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比を検知する空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段の検知値に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒の空燃比補正量を算出する空燃比補正量算出手段と、
前記空燃比補正量算出手段が算出した前記各気筒の空燃比補正量に基づいて、各気筒の燃料供給量を補正し、気筒間の空燃比差を抑制する燃料供給量制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の前記内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒
間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制する気筒間空燃比差抑制制御手段と、
前記排気通路に配置され、排気を浄化する触媒と、
前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段と、
を備え、
前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒劣化診断手段によって前記触媒の劣化を診断している最中に、前記内燃機関のトルク変動が所定変動以上となる場合に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス非導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、前記内燃機関の全気筒において空燃比が一定値となるように各気筒の燃料供給量を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、前記気筒間空燃比差抑制制御手段によってＥＧＲガス導入時の気筒間の空燃比差を抑制するときに、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリッチである気筒では空燃比が許容値以内でリーン側に変更できる燃料供給量を削減し、ＥＧＲガスの還流を再開した際に空燃比がリーンである気筒では前記空燃比がリッチである気筒において削減された燃料供給量を気筒間の空燃比の差を抑制するよう分配して燃料供給量を増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記気筒間空燃比差抑制制御手段は、
前記排気通路に配置され、前記内燃機関の各気筒から排出される排気の空燃比を検知する空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段の検知値に基づいて、気筒間の空燃比差を抑制するための各気筒の空燃比補正量を算出する空燃比補正量算出手段と、
前記空燃比補正量算出手段が算出した前記各気筒の空燃比補正量に基づいて、各気筒の燃料供給量を補正し、気筒間の空燃比差を抑制する燃料供給量制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に配置され、排気を浄化する触媒の劣化を診断する場合に、
第１に、前記排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、前記内燃機関の吸気通路へ当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を一旦停止し、ＥＧＲガス非導入時の前記内燃機関の気筒間の空燃比差を抑制し、
第２に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を再開し、ＥＧＲガス導入時の気筒
間の空燃比差を抑制し、
第３に、前記ＥＧＲ装置を用いたＥＧＲガスの還流を行いつつ、前記触媒の劣化を診断することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０１２１１（Ｐ２０１０−１０１２１１Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７１６３４（Ｐ２００８−２７１６３４）
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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