[发明专利]内燃机的催化剂劣化诊断装置

说明书

技术领域

本发明涉及诊断配置于内燃机的排气管的催化剂劣化的装置。

背景技术

汽车用的内燃机具备催化剂以作为净化废气的单元。特别地，在进行化学计量空燃比运转的内燃机(例如汽油发动机)中，使用具有氧吸留能力的催化剂，例如三元催化剂。作为诊断具有这样的氧吸留能力的催化剂的劣化状态的方法，已知所谓的Cmax法。Cmax法是计量催化剂的氧吸留容量(Cmax)并依据该计量结果诊断催化剂的劣化的方法。

在Cmax法中，进行使目标空燃比以化学计量空燃比为中心振动据此使流入催化剂的废气的空燃比在稀空燃比侧和浓空燃比侧之间强制性地变化的主动空燃比控制。图4同时表示利用主动空燃比控制使目标空燃比在14.1和15.1之间变化时的催化剂上游的实际空燃比(实际A/F)的时间变化和配置于催化剂下游的副O2传感器的输出值的时间变化。在Cmax法中，在从催化剂上游的空燃比随着主动空燃比控制的实施而变化开始直到催化剂下游的副O2传感器的输出值超过阈值(0.5V)而变化为止的期间，进行利用下式计算的催化剂的氧吸留量或者氧脱离量的累计。

氧吸留量或脱离量＝系数×(当前空燃比-化学计量空燃比)×燃料量喷射量

用上述的方法分别多次计算氧吸留量和氧脱离量，将这些值的平均值设为Cmax。图4通过与其他曲线图的时间轴合并来表示相对Cmax的氧吸留量的时间变化。

然而，作为内燃机的排气系统的构造，已知，例如日本特开2006-112251号公报所公开的那样，把所具有的多个汽缸分组为2个汽缸组，并按每个汽缸组设置排气系统，使该2个系统的排气系统集合成1个排气集合管。另外，已知，在这样的排气系统的构造中，构成为，在排气集合管内配置催化剂，由排气集合管的催化剂统一处理从各汽缸排出的废气。进而，已知在这样的排气系统的构造中，构成为，在一方的排气系统中设置EGR装置，使从该排气系统输出的EGR气体回流到各汽缸的进气系统。

在此，成为问题的是在EGR装置中设置有催化剂的情况。以下，把在上述的排气系统的构造中配置于排气集合管的催化剂称作主催化剂，把设置于EGR装置的催化剂称作EGR催化剂。担负净化从各汽缸排出的废气的是主催化剂，成为基于Cmax法的劣化诊断的对象的也是主催化剂。作为进行主催化剂的劣化诊断的环境，可认为有EGR装置已停止的状况和EGR装置正在作动的状况的两者，但是，EGR催化剂的存在给EGR装置已停止的状况下的诊断结果，更详细地说，给Cmax的计算结果带来影响。

在EGR装置已停止的情况下，也就是，在使EGR阀完全关闭时，EGR气体不从排气系统向进气系统回流。但是，即使EGR阀完全关闭，伴随着排气压力的变动在排气系统和EGR管之间也发生废气的流入流出，由此，也发生废气流入流出EGR催化剂的情况。图5表示调查了EGR阀完全关闭的情况下的涡轮流入气体量(总废气量)和EGR催化剂气体量(流入流出EGR催化剂的气体量)根据曲轴角度如何变化的结果。从该图可知废气流入流出EGR催化剂是在EGR阀完全关闭时不断地发生的现象。

因此，若以方框图表示EGR阀完全关闭时的废气流动，则成为图6那样。图中的α是通向EGR管的气体呼吸的比例，也就是，在排气系统和EGR管之间流入流出的废气的比例。全部废气之中直接流入主催化剂(图中的S/C催化剂)的是(1-α)的废气，α的废气一旦从排气系统进入EGR催化剂后，再次流出到排气系统并流入主催化剂。进入到EGR催化剂的废气与EGR催化剂的氧吸留量相应被净化到化学计量空燃比附近。因此，被净化了的α的废气和未净化的1-α的废气混合并流入主催化剂。

另一方面，EGR装置作动而进行EGR时的废气的流动示于图7。在这种情况下，若把EGR率设为β，则全部废气之中(1-β)的废气流入主催化剂。剩余的β的废气流入EGR催化剂，在通过了EGR催化剂后回流到进气系统。因此，在这种情况下由EGR催化剂所净化的废气不会混入要流入主催化剂的废气中。

图6和图7所示的2个情况之中，在诊断主催化剂的劣化方面，产生问题的是图6所示的情况。如果是图7所示的情况，则因为流入主催化剂的废气的空燃比不受EGR催化剂的影响，所以可以通过主动空燃比控制按目标控制流入主催化剂的废气的空燃比。但是，如果是图6所示的情况，在通过主动空燃比控制使目标空燃比以高频率振动的情况下，EGR催化剂作为低通滤波器而起作用。因此，难以按目标控制流入主催化剂的废气的空燃比。