JP2004346767A

JP2004346767A - Catalyst deterioration detector for internal combustion engine

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Publication number: JP2004346767A
Application number: JP2003142247A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Ohashi; 伸基大橋; Takashi Shitamachi; 孝下町
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP4089507B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst deterioration detector for detecting more correctly the deterioration of an exhaust purifying catalyst. <P>SOLUTION: This catalyst deterioration detector for an internal combustion engine is provided with an air-fuel ratio sensor 25 on the upstream side of the exhaust purifying catalyst 19, an oxygen sensor 26 on a downstream side, an air-fuel ratio control means 18 based on a result detected by the air-fuel ratio sensor 25, and a deterioration determining means 18 based on the oxygen sensor 26. The deterioration determining means 18 determines the deterioration of the exhaust purifying catalyst 19 on the basis of a change in the detection value of the oxygen sensor 26 when the detection value of the air-fuel ratio sensor 25 shows a reversed air-fuel ratio at the time of deterioration during execution of an air-fuel ratio vibration mode by the air-fuel ratio control means 18. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路上に配設された排気浄化触媒の劣化を検出する、内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガス内の窒素酸化物ＮＯｘ、一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣなどの浄化すべき物質は、排気通路上に配設された三元触媒等によって浄化されている（ディーゼルエンジンでは、上述した物質に加えて粒子状物質も浄化する四元触媒等も用いられる）。この触媒の酸素吸蔵作用に着目して浄化すべき物質の浄化率をより一層向上させるために、この酸素吸蔵作用を効果的に利用した空燃比制御が従来から検討されている。酸素吸蔵作用を利用する際には、排気浄化触媒が実際に吸蔵していると思われる酸素量や、吸蔵することができる限界値（排気浄化触媒の状況によって変動し得る）が推定されるが、これらの推定値を利用して排気浄化触媒の劣化を検出／判定することも行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特許公報第３２２８００６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
酸素吸蔵作用を利用して排気浄化触媒の劣化を検出するものとしては、上述した［特許文献１］に記載のものなどが知られている。［特許文献１］に記載のものは、空燃比を強制的にリッチ側とリーン側とに振動させ、そのときの排気浄化触媒下流側の酸素センサの出力ピーク値から触媒の劣化を判定する。特に、排気浄化触媒が既に劣化している場合には、酸素センサによって検出される空燃比が理論空燃比（ストイキ）を超えてリッチとなるように、空燃比振動の振幅・周期が定められている。しかし、劣化していない触媒と劣化した触媒とで、酸素センサの出力ピーク値に違いが生じるが、その差は大きくはない。このため、触媒劣化検出／判定時のＳ／Ｎ比が良くなく、精度の高い検出／判定を行うことができなかった。
【０００５】
本発明者らは、このような排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づく触媒劣化検出をより一層正確に行うべく更なる改良研究を進め、本発明を創出するに至った。即ち、本発明の目的は、排気浄化触媒の劣化をより一層正確に検出することのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気通路上の排気浄化触媒の上流側に配設された上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流側に配設された下流側酸素センサと、前記上流側空燃比センサの検出結果を利用して空燃比を制御する空燃比制御手段と、前記下流側酸素センサの検出結果に基づいて前記排気浄化触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段とを備えている。前記空燃比制御手段は、予め決定されたパターンで空燃比をリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動モードを実行可能である。
【０００７】
そして、前記劣化判定手段は、前記排気浄化触媒の劣化状態下で空燃比振動モードを実行した場合に前記下流側酸素センサの出力電圧が反転する空燃比を劣化時反転空燃比として予め記憶している。劣化判定手段は、空燃比振動モード実行時に、前記上流側空燃比センサの検出値が劣化時反転空燃比を示したときの前記下流側酸素センサの検出値の変化に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を判定する。
【０００８】
酸素センサは、検出する空燃比がリッチであるかリーンであるかによって、その出力電圧をオン−オフ的に変化させる。このため、上述したように、排気浄化触媒が劣化している際に、酸素センサの出力電圧が反転する（即ち、出力電圧が急変する）空燃比を劣化時反転空燃比として劣化判定手段に予め記憶させておき、空燃比振動モード実行時に空燃比が劣化時反転空燃比を示したときに下流側酸素センサの出力が急変するか否かを検出することで、Ｓ／Ｎ比を大きく取れ、検出／判定精度を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の触媒劣化検出装置を有するエンジン１を図１に示す。図１のエンジン１は、右方より吸入空気を得て、燃焼後の排気ガスを図中左方に排出している。
【００１０】
本実施形態で説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。エンジン１は、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１１】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ１０が接続されている。スロットルバルブ９は、スロットルモータ１１によって電気的に開閉される。また、スロットルバルブ９の近傍には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジショニングセンサ１２も配設されている。本実施形態では、アクセルポジショニングセンサ１２によってアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに基づいてスロットルモータ１１を駆動してスロットルバルブ９を開閉する。即ち、本実施形態のエンジン１ではいわゆる電子制御スロットルバルブが採用されている。
【００１２】
さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフローメーター１３も取り付けられている。エアフローメーター１３は、吸入空気の温度を検出する吸気温センサとしての機能も併有している。エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジショニングセンサ１４が取り付けられている。クランクポジショニングセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数を求めることもできる。また、エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温度を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００１３】
一方、排気通路７上には排気浄化触媒１９が配設されており、この排気浄化触媒１９にはその温度を検出する温度センサ２１が内蔵されている。さらに、排気浄化触媒１９の上流側には、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出する上流側空燃比センサ２５（以下、単に空燃比センサ２５と言う）が取り付けられている。空燃比センサ２５は、排気空燃比をリニアに検出する、いわゆるリニア空燃比センサである。
【００１４】
また、排気浄化触媒１９の下流側には、排気浄化触媒１９から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側酸素センサ２６（以下、単に酸素センサ２６と言う）が取り付けられている。酸素センサ２６は、理論空燃比の前後でその出力（出力電圧）をオン−オフ的に急変させるものである。ジルコニア素子を用いた酸素センサが一般的であるが、本実施形態の酸素センサ２６もこのタイプのものである。区雲煙卑賤さ２５と酸素センサ２６とは、その検出がリニアであるかオン−オフ的であるかの相違はあるが、何れもそれぞれの取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃比を検出する。
【００１５】
なお、排気浄化触媒は、排気通路上に複数設けられる場合もある。直列的に複数設けられる場合や、分岐部分に並列的に複数設けられる場合などである。例えば、四気筒のエンジンに対して、そのうちの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所に排気浄化触媒が一つ設置され、残りの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所にもう一つの排気浄化触媒が設置される場合がある。本実施形態においては、各シリンダ３毎の排気管が一つにまとめられらた箇所よりも下流側に一つの排気浄化触媒１９が配設されている。
【００１６】
これらの点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジショニングセンサ１０、スロットルモータ１１、アクセルポジショニングセンサ１２、エアフローメーター１３、クランクポジショニングセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７、空燃比センサ２５、酸素センサ２６や、その他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８と接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出している。なお、空燃比センサ２５や酸素センサ２６は、所定の温度（活性化温度）以上とならなければ正確な検出を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるように、ＥＣＵ１８から供給される電力によって昇温される。
【００１７】
ＥＣＵ１８は、内部に演算を行うＣＰＵや演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭやバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有している。ＥＣＵ１８は、空燃比センサ２５や酸素センサ２６などの検出結果を用いて排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量や酸素吸蔵能力を推定する。また、ＥＣＵ１８は、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵作用に関連した空燃比変化を利用して排気浄化触媒１９の劣化を判定する劣化判定手段としても機能する。さらに、ＥＣＵ１８は、空燃比センサ２５の検出結果を用いて（あるいは酸素センサ２６の検出結果も併用して）スロットルバルブ９やインジェクタ５からの燃料噴射量を制御して空燃比を制御する空燃比制御手段としても機能する。
【００１８】
次に、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵作用について簡単に説明する。
【００１９】
排気浄化触媒１９としては、酸素吸蔵作用を有する三元触媒が用いられている。この三元触媒は、セリア（ＣｅＯ２）等の成分を有し、排気ガス中の酸素を吸蔵・放出する性質を有している。この三元触媒の酸素吸蔵放出機能は、混合気の空燃比がリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、空燃比がリッチになると吸着保持した酸素を放出するものである。混合気がリーンになったときには過剰な酸素が三元触媒に吸着保持されるために窒素酸化物ＮＯｘが還元されることとなる。一方、混合気がリッチになったときには三元触媒に吸着保持された酸素が放出されることで一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣが酸化されることとなる。
【００２０】
このとき、上述したように、三元触媒がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵していれば、入ガスの排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができなくなり、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを充分に浄化できなくなる。一方、三元触媒が酸素を放出しきって酸素を全く吸蔵していなければ、入ガスの排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを充分に浄化できなくなる。このため、通常は、入ガスの排気空燃比がリーンとなってもリッチとなっても対応できるように酸素吸蔵量を制御している。
【００２１】
排気浄化触媒１９が新しければ酸素を十分に吸蔵できるので、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンとなっても、酸素吸蔵能力によってＮＯｘを還元したり、吸蔵した酸素を用いてＣＯやＨＣを酸化できるので直ちに排気浄化触媒１９からの流出排気ガスがリッチ又はリーンとなることはない。酸素吸蔵能力が利用できなくなった状態（吸蔵した酸素を使い切った状態や酸素を能力の限界まで吸蔵してしまった状態）となったところで、排気浄化触媒１９の下流側の空燃比がリッチ又はリーンとなる。
【００２２】
しかし、排気浄化触媒１９が劣化すると、酸素吸蔵能力が低下し、酸素を吸蔵できなくなる（あるいは、その容量が低下する）。このため、排気浄化触媒１９が劣化している場合は、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンとなると、直ちに（あるいは若干のズレの後に）排気浄化触媒１９からの流出排気ガスもリッチ又はリーンとなってしまう。そこで、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ−リーンに振動させ、そのときの酸素センサ２６の出力をモニターすることで、排気浄化触媒１９の劣化を検出することができる。
【００２３】
上述した酸素吸蔵作用を利用した劣化検出自体は従来から行われているが、本実施形態では検出精度をより一層向上させるために、排気浄化触媒１９が劣化したときに酸素センサ２６の出力が反転する空燃比を予めＥＣＵ１８に記憶させておき、この情報と実際に空燃比を振動させたときの酸素センサ２６の出力とから、排気浄化触媒１９が劣化しているか否かを検出する。以下、これについて詳しく説明する。
【００２４】
まず、排気浄化触媒１９が劣化している状態下で空燃比を強制的にリッチ−リーンに振動させ（空燃比振動モードを実行）た場合に、酸素センサ２６の出力電圧が反転する空燃比を劣化時反転空燃比として予めＥＣＵ１８内のＲＯＭなどに記憶させておく。劣化時反転空燃比を図２を用いて説明する。
【００２５】
図２（ａ）に示されるように、排気浄化触媒１９に流入する空燃比が当初（酸素センサ２６がリーン反転するまで）十分にリーンにされ、その後ストイキを経てリッチにされ、再度ストイキを経てリッチにされ、これを繰り返すものである。これが空燃比振動モードである。なお、当初の空燃比をリッチにしておき、ストイキ−リーン−ストイキ−リッチと振動させる場合も考えられる。この場合については図４を用いて追って説明する。この振動モードの振幅、特に最もリッチとされたときの空燃比は、排気浄化触媒１９が劣化していた際に、排気浄化触媒１９の下流側の酸素センサ２６の出力（電圧）が反転する値が設定される。
【００２６】
この値が、劣化時反転空燃比としてＥＣＵ１８内に格納される。劣化時反転空燃比は、劣化した排気浄化触媒を実際に用いて実験などを通して予め取得しておき、これをＥＣＵ１８に記憶させている。ここでは、このリッチ側に位置する劣化時反転空燃比に対してストイキを挟んで反対側に位置する空燃比をリーン側の振動頂点としている。また、振動の周期も予め決定されている。このように予め決定された空燃比振動モードが実行されると、排気浄化触媒１９が劣化している場合には、酸素センサ２６の出力電圧は図２（ｂ）における実線のように変化する。
【００２７】
即ち、排気浄化触媒１９に流入する空燃比が上述した劣化時反転空燃比に達すると、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵作用が発揮されなくなっているため、酸素センサ２６の出力は反転する。この反転は、酸素センサ２６の特性上急変することとなり、酸素センサ２６の値が変化したことを良好なＳ／Ｎ比で検出できる。そこで、この急変が発生したか否かを検出することで、排気浄化触媒１９が劣化しているか否かを検出精度良く検出することができる。判定のための閾値をリーン時の出力電圧とリッチ時の出力電圧と間の任意の値（例えば、ほぼ中間の値）に設定すれば、劣化を良好に検出できる。
【００２８】
もし、排気浄化触媒１９が劣化しておらず、新品であった場合は、空燃比振動モードを実行したとしても、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵機能が有効に働く。特に、ここでは、空燃比振動モードに際して十分にリーンとしてから振動が行われるので、排気浄化触媒１９は酸素を十分に吸蔵した状態から空燃比振動に移行する。このため、排気浄化触媒１９に流入する空燃比の振動は排気浄化触媒１９の酸素吸蔵作用によってうち消され、排気浄化触媒１９の下流側の酸素センサ２６の出力電圧は、ストイキとリーンを示す電圧の間でのみ振動する。あるいは、排気浄化触媒１９がその能力一杯にまで吸蔵してしまうような状況にまで達しなければ、排気浄化触媒１９の下流側の酸素センサ２６の出力電圧は、図２（ｂ）中の点線で示されるように、ほぼストイキ相当の電圧を維持する。
【００２９】
排気浄化触媒１９が新品ではなく、かつ、劣化しているとされる状態にまで達していない場合は、空燃比振動モードを実行すると、新品時の排気浄化触媒１９ほどではないにしても、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵機能が働く。このため、排気浄化触媒１９の下流側の酸素センサ２６の出力電圧は、図２（ｂ）中の一点鎖線で示されるように、酸素吸蔵機能が機能した後に反転する。その波形は、劣化時の波形に対して時間的に遅れを持った形となり、排気浄化触媒１９に流入する空燃比が劣化時反転空燃比に達してすぐに反転することはない。このため、このような状況では排気浄化触媒１９が劣化している判定されることはない。
【００３０】
このようにすることで、精度良く劣化を検出することができるだけでなく、劣化検出時にエミッションの悪化を抑制することもできる。これは、排気浄化触媒１９が劣化していなければ、空燃比振動モードを行っても酸素吸蔵作用によって排気ガスは浄化されるからである。図３に、上述した劣化検出制御のフローチャートを示す。まず、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比（入Ａ／Ｆ）がリーンとなるように空燃比制御を行う（ステップ３００）。このとき、空燃比センサ２５を用いてフィードバック制御を行う。
【００３１】
次に、上述した劣化判定モード（空燃比振動モード）を実行する（ステップ３１０）。このときも空燃比センサ２５を用いてフィードバック制御を行う。そして、モード中における排気浄化触媒１９への入Ａ／Ｆのリッチ反転時、即ち、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比が劣化時反転空燃比となったときの酸素センサ２６の出力値が上述した閾値未満であるか否かを判定する（ステップ３２０）。ステップ３２０が肯定され、酸素センサ２６の出力が閾値未満であれば、上述したように排気浄化触媒１９は劣化していないと判断できるので、劣化判定は行われずに図３のフローチャートの制御を終える。
【００３２】
一方、ステップ３２０が否定され、酸素センサ２６の出力が閾値以上である場合は、酸素センサ２６の出力が急変してリッチを示しているので、排気浄化触媒１９が劣化していると判断でき、劣化判定が行われて（ステップ３３０）図３のフローチャートの制御を終える。なお、ここでは、空燃比振動モード中に何回か劣化時反転空燃比での検出を行うことでさらに検出精度を向上させている。
【００３３】
また、図３のフローチャートの制御では、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリーンである状態から空燃比振動モードが開始されたが、リッチである状態から開始されても良い。この場合の図２相当図を図４に示す。図２の場合は、リーン側から空燃比振動が開始されるため、排気浄化触媒１９への流入排気ガスの空燃比のリッチ側反転部に劣化時反転空燃比が設定された。この図４の場合は、リッチ側から空燃比振動が開始され、排気浄化触媒１９への流入排気ガスの空燃比のリーン側反転部に劣化時反転空燃比が設定される。このようにして、図３と同様の制御を行っても良い。なお、図４（ｂ）には、図２（ｂ）における劣化中に相当する出力は示されていない。
【００３４】
あるいは、空燃比振動モードに移行する際に、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比を空燃比センサ２５によって検出し、その検出結果に基づいて図２又は図４のパターンを選択して制御するようにしても良い。この場合の制御のフローチャートを図５に示す。なお、この場合、空燃比振動モード開始時に、入Ａ／Ｆを十分にリッチまたリーンにしていない状況にもなり得るが、空燃比振動モード中に何回か劣化時反転空燃比での検出を行うので問題はない。
【００３５】
図５のフローチャートに示されるように、まず、劣化判定モード（空燃比振動モード）を実行する前に、酸素センサ２６によって、排気浄化触媒１９の下流側の空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定する（ステップ５００）。排気浄化触媒１９の下流側の空燃比がリーンである場合は、図２のパターンとなり、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側で反転した際に劣化判定を行うこととなり、このための閾値（劣化判定閾値：Ｌｅａｎ）が採用され（ステップ５１０）、空燃比振動モードが開始される。
【００３６】
そして、この場合は、モード中における排気浄化触媒１９への入Ａ／Ｆのリッチ反転時、即ち、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比が劣化時反転空燃比となったときの酸素センサ２６の出力値が上述した閾値未満であるか否かを判定する（ステップ５２０）。ステップ５２０が肯定され、酸素センサ２６の出力が閾値未満であれば、上述したように排気浄化触媒１９は劣化していないと判断できるので、劣化判定は行われずに図５のフローチャートの制御を終える。
【００３７】
一方、ステップ５２０が否定され、酸素センサ２６の出力が閾値以上である場合は、酸素センサ２６の出力が急変してリッチを示しているので、排気浄化触媒１９が劣化していると判断でき、劣化判定が行われて（ステップ５３０）図５のフローチャートの制御を終える。なお、ここでも、空燃比振動モード中に何回か劣化時反転空燃比での検出を行うことでさらに検出精度を向上させている。
【００３８】
ステップ５００において排気浄化触媒１９の下流側の空燃比がリッチであると判定された場合は、図４のパターンとなり、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がリーン側で反転した際に劣化判定を行うこととなり、このための閾値（劣化判定閾値：Ｒｉｃｈ）が採用され（ステップ５４０）、空燃比振動モードが開始される。なお、ここでは、空燃比振動モード前の酸素センサ２６の出力がリッチを示しているかリーンを示しているかで異なる閾値（劣化判定閾値：Ｌｅａｎ及び劣化判定閾値：Ｒｉｃｈ）を採用したが、同じ値の閾値を用いても高精度な判定が可能であるならば、一つの閾値で制御することも可能である。
【００３９】
そして、この場合は、モード中における排気浄化触媒１９への入Ａ／Ｆのリーン反転時、即ち、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比が劣化時反転空燃比となったときの酸素センサ２６の出力値が上述した閾値を超えているか否かを判定する（ステップ５５０）。ステップ５５０が肯定され、酸素センサ２６の出力が閾値を超えているようであれば排気浄化触媒１９は劣化していないと判断できるので、劣化判定は行われずに図５のフローチャートの制御を終える。
【００４０】
一方、ステップ５５０が否定され、酸素センサ２６の出力が閾値以下である場合は、酸素センサ２６の出力が急変してリーンを示しているので、排気浄化触媒１９が劣化していると判断でき、劣化判定が行われて（ステップ５３０）図５のフローチャートの制御を終える。ここでも、空燃比振動モード中に何回か劣化時反転空燃比での検出を行うことでさらに検出精度を向上させている。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、劣化時反転空燃比をリッチ側又はリーン側の反転部に設定した。このようにすることで、空燃比を不必要にリッチ又はリーンにすることなく劣化検出を行えるので好ましいが、必ずしもこのように劣化時反転空燃比が空燃比の反転部に設定されていなくても良い。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の触媒劣化検出装置は、排気浄化触媒の上流側に上流側空燃比センサを、下流側に下流側酸素センサとを有しており、空燃比制御手段によって予め決定されたパターンで空燃比振動モードを実行しながら、劣化判定手段が上流側空燃比センサの検出値が劣化時反転空燃比を示したときの下流側酸素センサの検出値の変化に基づいて排気浄化触媒の劣化を判定する。酸素センサは、検出する空燃比がリッチであるかリーンであるかによって、その出力電圧をオン−オフ的に変化させるので、空燃比振動モード実行時に空燃比が劣化時反転空燃比を示したときに下流側酸素センサの出力が急変するか否かを検出することで、Ｓ／Ｎ比を大き取って排気浄化触媒の劣化を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態を有する内燃機関（エンジン）の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態における、（ａ）空燃比振動モード時の空燃比変化と、（ｂ）酸素センサ出力値の変化とを示すグラフである。
【図３】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態における触媒劣化検出制御のフローチャートである。
【図４】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態における、（ａ）空燃比振動モード時の空燃比変化と、（ｂ）酸素センサ出力値の変化とを示すグラフである。
【図５】本発明の触媒劣化検出装置の一実施形態における触媒劣化検出制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…点火プラグ、３…シリンダ、４…吸気通路、５…インジェクタ、６…吸気バルブ、７…排気通路、８…排気バルブ、９…スロットルバルブ、１０…スロットルポジショニングセンサ、１１…スロットルモータ、１２…アクセルポジショニングセンサ、１３…エアフローメーター、１４…クランクポジショニングセンサ、１５…ピストン、１６…ノックセンサ、１７…水温センサ、１８…ＥＣＵ（劣化判定手段，空燃比制御手段）、１９…排気浄化触媒、２１…温度センサ、２５…（上流側）空燃比センサ、２６…（下流側）酸素センサ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine that detects deterioration of an exhaust purification catalyst disposed on an exhaust passage of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Substances to be purified, such as nitrogen oxides NOx, carbon monoxide CO, and hydrocarbon HC, in the exhaust gas of an internal combustion engine are purified by a three-way catalyst disposed on an exhaust passage (in a diesel engine, In addition to the above-described substances, a four-way catalyst that purifies particulate matter is also used.) In order to further improve the purification rate of a substance to be purified by focusing on the oxygen storage effect of the catalyst, air-fuel ratio control that effectively utilizes the oxygen storage effect has been studied. When the oxygen storage effect is used, the amount of oxygen that is considered to be actually stored by the exhaust purification catalyst and the limit value that can be stored (may fluctuate depending on the condition of the exhaust purification catalyst) are estimated. It is also performed to detect / determine the deterioration of the exhaust purification catalyst by using these estimated values.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 3228006 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
As a device for detecting the deterioration of the exhaust gas purification catalyst using the oxygen storage effect, the device described in the above-mentioned [Patent Document 1] is known. The device described in Patent Document 1 forcibly vibrates the air-fuel ratio between a rich side and a lean side, and determines the deterioration of the catalyst from the output peak value of the oxygen sensor downstream of the exhaust purification catalyst at that time. In particular, when the exhaust purification catalyst has already deteriorated, the amplitude and cycle of the air-fuel ratio oscillation are determined so that the air-fuel ratio detected by the oxygen sensor becomes rich beyond the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). I have. However, a difference occurs in the output peak value of the oxygen sensor between the undegraded catalyst and the deteriorated catalyst, but the difference is not large. For this reason, the S / N ratio at the time of catalyst deterioration detection / determination is not good, and highly accurate detection / determination cannot be performed.
[0005]
The present inventors proceeded with further improvement studies to more accurately detect such catalyst deterioration based on the oxygen storage amount of the exhaust gas purification catalyst, and came to the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a catalyst deterioration detection device that can more accurately detect deterioration of an exhaust purification catalyst.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus for detecting deterioration of a catalyst of an internal combustion engine according to the present invention includes an upstream air-fuel ratio sensor disposed upstream of an exhaust purification catalyst on an exhaust passage of the internal combustion engine, and a downstream disposed downstream of the exhaust purification catalyst. An oxygen sensor, air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio using a detection result of the upstream air-fuel ratio sensor, and a deterioration state of the exhaust gas purification catalyst based on a detection result of the downstream oxygen sensor. A deterioration determination unit. The air-fuel ratio control means can execute an air-fuel ratio oscillation mode in which the air-fuel ratio is oscillated between a rich side and a lean side in a predetermined pattern.
[0007]
The deterioration determining means stores in advance the air-fuel ratio at which the output voltage of the downstream oxygen sensor is inverted when the air-fuel ratio oscillation mode is executed under the deteriorated state of the exhaust purification catalyst as the inversion air-fuel ratio at the time of deterioration. I have. The deterioration determination means is configured to execute the air-fuel ratio oscillation mode based on a change in the detection value of the downstream oxygen sensor when the detection value of the upstream air-fuel ratio sensor indicates the inversion air-fuel ratio at the time of deterioration. Deterioration is determined.
[0008]
The oxygen sensor changes its output voltage on-off depending on whether the detected air-fuel ratio is rich or lean. For this reason, as described above, when the exhaust purification catalyst is deteriorated, the air-fuel ratio in which the output voltage of the oxygen sensor is inverted (that is, the output voltage is suddenly changed) is determined in advance by the deterioration determination means as a deteriorated inverted air-fuel ratio. The S / N ratio can be increased by detecting whether or not the output of the downstream oxygen sensor changes suddenly when the air-fuel ratio indicates the degraded reversal air-fuel ratio during execution of the air-fuel ratio oscillation mode. Detection / judgment accuracy can be improved.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the catalyst deterioration detection device of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an engine 1 having the catalyst deterioration detection device of the present embodiment. The engine 1 of FIG. 1 obtains intake air from the right side and discharges exhaust gas after combustion to the left side in the figure.
[0010]
The engine 1 described in the present embodiment is a multi-cylinder engine, but here only one cylinder is shown in FIG. 1 as a cross-sectional view. The engine 1 generates a driving force by igniting an air-fuel mixture in each cylinder 3 with a spark plug 2. During combustion of the engine 1, air taken in from the outside passes through the intake passage 4, is mixed with fuel injected from the injector 5, and is taken into the cylinder 3 as a mixture. The interior of the cylinder 3 and the intake passage 4 are opened and closed by an intake valve 6. The air-fuel mixture burned inside the cylinder 3 is exhausted to the exhaust passage 7 as exhaust gas. The interior of the cylinder 3 and the exhaust passage 7 are opened and closed by an exhaust valve 8.
[0011]
On the intake passage 4, a throttle valve 9 for adjusting the amount of intake air taken into the cylinder 3 is provided. The throttle valve 9 is connected to a throttle positioning sensor 10 for detecting the opening thereof. The throttle valve 9 is electrically opened and closed by a throttle motor 11. An accelerator positioning sensor 12 for detecting the amount of depression of an accelerator pedal is also provided near the throttle valve 9. In the present embodiment, the accelerator pedal position sensor 12 detects the amount of depression of the accelerator pedal, and based on this, drives the throttle motor 11 to open and close the throttle valve 9. That is, the engine 1 of the present embodiment employs a so-called electronically controlled throttle valve.
[0012]
Further, an air flow meter 13 for detecting the amount of intake air is mounted on the intake passage 4. The air flow meter 13 also has a function as an intake air temperature sensor that detects the temperature of the intake air. A crank positioning sensor 14 that detects the rotational position of the crankshaft is attached near the crankshaft of the engine 1. From the output of the crank positioning sensor 14, the position of the piston 15 in the cylinder 3 and the engine speed can also be obtained. The engine 1 is also provided with a knock sensor 16 for detecting knocking of the engine 1 and a water temperature sensor 17 for detecting the temperature of cooling water.
[0013]
On the other hand, an exhaust purification catalyst 19 is provided on the exhaust passage 7, and the exhaust purification catalyst 19 has a built-in temperature sensor 21 for detecting its temperature. Further, an upstream air-fuel ratio sensor 25 (hereinafter simply referred to as an air-fuel ratio sensor 25) that detects an air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 is provided upstream of the exhaust purification catalyst 19. Installed. The air-fuel ratio sensor 25 is a so-called linear air-fuel ratio sensor that linearly detects the exhaust air-fuel ratio.
[0014]
Further, a downstream oxygen sensor 26 (hereinafter, simply referred to as an oxygen sensor 26) that detects an air-fuel ratio of exhaust gas flowing out of the exhaust purification catalyst 19 is attached downstream of the exhaust purification catalyst 19. The oxygen sensor 26 changes its output (output voltage) rapidly on and off before and after the stoichiometric air-fuel ratio. Although an oxygen sensor using a zirconia element is generally used, the oxygen sensor 26 of the present embodiment is also of this type. Although there is a difference between whether the detection is linear or on-off, the exhaust air-fuel ratio is determined from the oxygen concentration in the exhaust gas at each mounting position. To detect.
[0015]
Note that a plurality of exhaust purification catalysts may be provided on the exhaust passage. There are a case where a plurality of such members are provided in series, and a case where a plurality of such members are provided in parallel at a branch portion. For example, for a four-cylinder engine, one exhaust purification catalyst is installed at a location where the exhaust pipes of two cylinders are integrated into one, and a location where the exhaust pipes of the remaining two cylinders are integrated. There is a case where another exhaust gas purification catalyst is installed in the vehicle. In the present embodiment, one exhaust gas purifying catalyst 19 is provided downstream of a location where exhaust pipes for each cylinder 3 are united.
[0016]
These spark plug 2, injector 5, throttle positioning sensor 10, throttle motor 11, accelerator positioning sensor 12, air flow meter 13, crank positioning sensor 14, knock sensor 16, water temperature sensor 17, air-fuel ratio sensor 25, oxygen sensor 26, The other sensors are connected to an electronic control unit (ECU) 18 that comprehensively controls the engine 1 and is controlled based on a signal from the ECU 18 or sends a detection result to the ECU 18. . Since the air-fuel ratio sensor 25 and the oxygen sensor 26 cannot perform accurate detection unless the temperature exceeds a predetermined temperature (activation temperature), the air-fuel ratio sensor 25 and the oxygen sensor 26 are supplied from the ECU 18 so that the temperature is quickly raised to the activation temperature. The temperature is raised by electric power.
[0017]
The ECU 18 includes a CPU for performing calculations therein, a RAM for storing various amounts of information such as calculation results, and a backup RAM for storing the stored contents by a battery. The ECU 18 estimates the oxygen storage amount and the oxygen storage capacity of the exhaust purification catalyst 19 using the detection results of the air-fuel ratio sensor 25, the oxygen sensor 26, and the like. Further, the ECU 18 also functions as a deterioration determination unit that determines the deterioration of the exhaust purification catalyst 19 by using a change in the air-fuel ratio related to the oxygen storage effect of the exhaust purification catalyst 19. Further, the ECU 18 controls the air-fuel ratio by controlling the fuel injection amount from the throttle valve 9 and the injector 5 using the detection result of the air-fuel ratio sensor 25 (or the detection result of the oxygen sensor 26). It also functions as control means.
[0018]
Next, the oxygen storage effect of the exhaust purification catalyst 19 will be briefly described.
[0019]
As the exhaust purification catalyst 19, a three-way catalyst having an oxygen storage effect is used. The three-way catalyst has components such as ceria (CeO2) and has a property of storing and releasing oxygen in exhaust gas. The oxygen storage / release function of the three-way catalyst is to adsorb and retain excess oxygen present in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the mixture becomes lean, and to release the adsorbed and retained oxygen when the air-fuel ratio becomes rich. When the air-fuel mixture becomes lean, nitrogen oxide NOx is reduced because excess oxygen is adsorbed and held by the three-way catalyst. On the other hand, when the mixture becomes rich, the oxygen adsorbed and held by the three-way catalyst is released, so that carbon monoxide CO and hydrocarbon HC are oxidized.
[0020]
At this time, as described above, if the three-way catalyst has stored oxygen up to the limit of its oxygen storage capacity, it becomes impossible to store oxygen when the exhaust air-fuel ratio of the input gas becomes lean, and The nitrogen oxides NOx in the gas cannot be sufficiently purified. On the other hand, if the three-way catalyst has completely released oxygen and has not occluded oxygen at all, the oxygen cannot be released when the exhaust air-fuel ratio of the input gas becomes rich. And hydrocarbon HC cannot be sufficiently purified. For this reason, usually, the oxygen storage amount is controlled so that the exhaust air-fuel ratio of the incoming gas becomes lean or rich.
[0021]
If the exhaust purification catalyst 19 is new, oxygen can be sufficiently stored, so that even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 becomes rich or lean, NOx can be reduced by the oxygen storage capacity or the stored oxygen can be reduced. Can be used to oxidize CO and HC, so that the exhaust gas flowing out of the exhaust purification catalyst 19 does not become rich or lean immediately. When the oxygen storage capacity becomes unavailable (a state in which the stored oxygen is used up or a state in which the oxygen is stored to the limit of the capacity), the air-fuel ratio downstream of the exhaust purification catalyst 19 becomes rich or lean. It becomes.
[0022]
However, when the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated, the oxygen storage capacity is reduced, and oxygen cannot be stored (or the capacity thereof is reduced). For this reason, when the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 becomes rich or lean, the outflow from the exhaust purification catalyst 19 is immediately (or after a slight deviation). The exhaust gas is also rich or lean. Therefore, it is possible to detect the deterioration of the exhaust purification catalyst 19 by forcibly oscillating the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 in a rich-lean manner and monitoring the output of the oxygen sensor 26 at that time. it can.
[0023]
Although the deterioration detection itself utilizing the oxygen storage action described above has been conventionally performed, in the present embodiment, in order to further improve the detection accuracy, the output of the oxygen sensor 26 is inverted when the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated. The air-fuel ratio to be performed is stored in the ECU 18 in advance, and based on this information and the output of the oxygen sensor 26 when the air-fuel ratio is actually vibrated, it is detected whether or not the exhaust purification catalyst 19 has deteriorated. Hereinafter, this will be described in detail.
[0024]
First, when the air-fuel ratio is forcibly oscillated in a rich-lean manner (the air-fuel ratio oscillation mode is executed) in a state where the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated, the air-fuel ratio at which the output voltage of the oxygen sensor 26 is inverted is determined. The degraded reversal air-fuel ratio is stored in advance in a ROM or the like in the ECU 18. The degraded inversion air-fuel ratio will be described with reference to FIG.
[0025]
As shown in FIG. 2A, the air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst 19 is initially made sufficiently lean (until the oxygen sensor 26 reverses lean), then made rich through stoichiometry, and again made stoichiometric. It is made rich and repeats this. This is the air-fuel ratio oscillation mode. It is also conceivable that the initial air-fuel ratio is made rich and oscillated in a stoichiometric-lean-stoichiometric-rich manner. This case will be described later with reference to FIG. The amplitude of the vibration mode, particularly the air-fuel ratio when the exhaust gas is made richest, is a value at which the output (voltage) of the oxygen sensor 26 on the downstream side of the exhaust gas purification catalyst 19 is inverted when the exhaust gas purification catalyst 19 is deteriorated. Is set.
[0026]
This value is stored in the ECU 18 as the degraded inversion air-fuel ratio. The degraded inversion air-fuel ratio is obtained in advance through experiments or the like by actually using the deteriorated exhaust gas purification catalyst, and this is stored in the ECU 18. Here, the air-fuel ratio located on the opposite side of the degraded reversal air-fuel ratio located on the rich side with respect to the stoichiometric ratio is defined as the lean-side vibration peak. The cycle of the vibration is also determined in advance. When the predetermined air-fuel ratio oscillation mode is executed, when the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated, the output voltage of the oxygen sensor 26 changes as shown by the solid line in FIG.
[0027]
That is, when the air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst 19 reaches the above-described degraded reversal air-fuel ratio, the output of the oxygen sensor 26 is inverted because the oxygen storage effect of the exhaust purification catalyst 19 is no longer exhibited. This reversal causes a sudden change in the characteristics of the oxygen sensor 26, and a change in the value of the oxygen sensor 26 can be detected with a favorable S / N ratio. Therefore, by detecting whether or not this sudden change has occurred, it is possible to detect with high detection accuracy whether or not the exhaust purification catalyst 19 is deteriorated. If the threshold value for determination is set to an arbitrary value (for example, a substantially intermediate value) between the output voltage at the time of lean and the output voltage at the time of rich, deterioration can be detected well.
[0028]
If the exhaust purification catalyst 19 has not deteriorated and is new, the oxygen storage function of the exhaust purification catalyst 19 works effectively even if the air-fuel ratio oscillation mode is executed. In particular, in this case, in the air-fuel ratio vibration mode, the vibration is performed after the air-fuel ratio is sufficiently lean, so that the exhaust purification catalyst 19 shifts from the state where oxygen is sufficiently stored to the air-fuel ratio vibration. Therefore, the vibration of the air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst 19 is canceled out by the oxygen storage action of the exhaust purification catalyst 19, and the output voltage of the oxygen sensor 26 downstream of the exhaust purification catalyst 19 is a voltage indicating stoichiometry and lean. Vibrates only between Alternatively, if the exhaust gas purifying catalyst 19 does not reach a state where the exhaust gas purifying catalyst 19 is fully charged, the output voltage of the oxygen sensor 26 on the downstream side of the exhaust gas purifying catalyst 19 is indicated by a dotted line in FIG. As shown, a voltage substantially equivalent to stoichiometry is maintained.
[0029]
If the exhaust gas purifying catalyst 19 is not new and has not reached the state where it has been deteriorated, the air-fuel ratio oscillation mode is executed. The oxygen storage function of the purification catalyst 19 works. Therefore, the output voltage of the oxygen sensor 26 on the downstream side of the exhaust purification catalyst 19 is inverted after the oxygen storage function has been activated, as shown by the one-dot chain line in FIG. The waveform has a time delay with respect to the waveform at the time of deterioration, and the air-fuel ratio flowing into the exhaust gas purification catalyst 19 does not reverse immediately after reaching the deterioration-time inverted air-fuel ratio. Therefore, in such a situation, it is not determined that the exhaust purification catalyst 19 has deteriorated.
[0030]
By doing so, it is possible not only to detect deterioration with high accuracy, but also to suppress deterioration of emission when detecting deterioration. This is because if the exhaust purification catalyst 19 is not deteriorated, the exhaust gas is purified by the oxygen storage function even when the air-fuel ratio oscillation mode is performed. FIG. 3 shows a flowchart of the above-described deterioration detection control. First, the air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio (input A / F) of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 becomes lean (step 300). At this time, feedback control is performed using the air-fuel ratio sensor 25.
[0031]
Next, the above-described deterioration determination mode (air-fuel ratio vibration mode) is executed (step 310). Also at this time, feedback control is performed using the air-fuel ratio sensor 25. The output of the oxygen sensor 26 at the time of rich inversion of the A / F input to the exhaust gas purification catalyst 19 during the mode, that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 19 becomes the deteriorated inversion air-fuel ratio. It is determined whether the value is less than the above-described threshold (step 320). If step 320 is affirmative and the output of the oxygen sensor 26 is less than the threshold value, it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has not deteriorated as described above, and the control of the flowchart of FIG. 3 ends without performing the deterioration determination. .
[0032]
On the other hand, when step 320 is denied and the output of the oxygen sensor 26 is equal to or greater than the threshold value, the output of the oxygen sensor 26 suddenly changes and indicates rich, so it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has deteriorated, Deterioration determination is performed (step 330), and the control of the flowchart in FIG. 3 ends. Here, the detection accuracy is further improved by performing the detection at the reversal air-fuel ratio at the time of deterioration several times during the air-fuel ratio oscillation mode.
[0033]
Further, in the control of the flowchart of FIG. 3, the air-fuel ratio oscillation mode is started from a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 is lean, but may be started from a state where the air-fuel ratio is rich. FIG. 4 shows a diagram corresponding to FIG. 2 in this case. In the case of FIG. 2, since the air-fuel ratio oscillation starts from the lean side, the deteriorated inversion air-fuel ratio is set in the rich-side inversion portion of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19. In the case of FIG. 4, the air-fuel ratio oscillation starts from the rich side, and the deteriorated inversion air-fuel ratio is set in the lean-side inversion portion of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19. Thus, the same control as in FIG. 3 may be performed. Note that FIG. 4B does not show an output corresponding to that during the deterioration in FIG. 2B.
[0034]
Alternatively, when shifting to the air-fuel ratio oscillation mode, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 is detected by the air-fuel ratio sensor 25, and the pattern of FIG. 2 or FIG. 4 is selected based on the detection result. You may make it control. FIG. 5 shows a flowchart of the control in this case. In this case, at the start of the air-fuel ratio vibration mode, the input A / F may not be sufficiently rich or lean. There is no problem because it does.
[0035]
As shown in the flowchart of FIG. 5, first, before executing the deterioration determination mode (air-fuel ratio oscillation mode), the air-fuel ratio on the downstream side of the exhaust purification catalyst 19 is rich or lean by the oxygen sensor 26. Is determined (step 500). When the air-fuel ratio on the downstream side of the exhaust purification catalyst 19 is lean, the pattern shown in FIG. 2 is used, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 is reversed on the rich side, deterioration determination is performed. A threshold for this (deterioration determination threshold: Lean) is adopted (step 510), and the air-fuel ratio oscillation mode is started.
[0036]
In this case, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 19 becomes the degraded inverted air-fuel ratio when the A / F entering the exhaust gas purification catalyst 19 is richly inverted during the mode, It is determined whether or not the output value of the sensor 26 is less than the above-described threshold (Step 520). If step 520 is affirmed and the output of the oxygen sensor 26 is less than the threshold value, it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has not deteriorated as described above, and the control of the flowchart of FIG. .
[0037]
On the other hand, if step 520 is denied and the output of the oxygen sensor 26 is equal to or greater than the threshold value, the output of the oxygen sensor 26 suddenly changes and indicates rich, so it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has deteriorated, After the deterioration is determined (step 530), the control of the flowchart in FIG. 5 ends. In this case as well, the detection accuracy is further improved by performing detection at the reversal air-fuel ratio at the time of deterioration several times during the air-fuel ratio oscillation mode.
[0038]
When it is determined in step 500 that the air-fuel ratio on the downstream side of the exhaust purification catalyst 19 is rich, the pattern shown in FIG. 4 is used, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 is reversed on the lean side. Deterioration determination is performed, and a threshold for this (deterioration determination threshold: Rich) is adopted (step 540), and the air-fuel ratio vibration mode is started. Here, different thresholds (deterioration determination threshold: Lean and degradation determination threshold: Rich) are employed depending on whether the output of the oxygen sensor 26 before the air-fuel ratio oscillation mode indicates rich or lean, but the same value is used. If it is possible to make a highly accurate determination using the threshold value, the control can be performed with one threshold value.
[0039]
Then, in this case, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 19 becomes the degraded reversal air-fuel ratio at the time of lean reversal of the input A / F to the exhaust purification catalyst 19 during the mode. It is determined whether or not the output value of the sensor 26 exceeds the above-described threshold (Step 550). If step 550 is affirmed and the output of the oxygen sensor 26 exceeds the threshold value, it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has not deteriorated, and the control of the flowchart in FIG. 5 ends without performing the deterioration determination.
[0040]
On the other hand, if step 550 is denied and the output of the oxygen sensor 26 is equal to or less than the threshold value, the output of the oxygen sensor 26 suddenly changes to indicate lean, so it can be determined that the exhaust purification catalyst 19 has deteriorated. After the deterioration is determined (step 530), the control of the flowchart in FIG. 5 ends. Also in this case, the detection accuracy is further improved by performing the detection at the deterioration-inverted air-fuel ratio several times during the air-fuel ratio oscillation mode.
[0041]
Note that the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the embodiment described above, the reversal air-fuel ratio at the time of deterioration is set to the rich or lean reversal portion. This is preferable because deterioration can be detected without making the air-fuel ratio unnecessarily rich or lean. However, even if the degraded reversal air-fuel ratio is not necessarily set in the air-fuel ratio reversal unit as described above. good.
[0042]
【The invention's effect】
A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to the present invention has an upstream air-fuel ratio sensor upstream of an exhaust purification catalyst and a downstream oxygen sensor downstream, and has a pattern determined in advance by air-fuel ratio control means. While the air-fuel ratio oscillation mode is being executed at the time, the deterioration determination means determines the deterioration of the exhaust purification catalyst based on a change in the detection value of the downstream oxygen sensor when the detection value of the upstream air-fuel ratio sensor indicates the inverted air-fuel ratio at the time of deterioration. Is determined. The oxygen sensor changes its output voltage in an on-off manner depending on whether the detected air-fuel ratio is rich or lean, so when the air-fuel ratio indicates the degraded inversion air-fuel ratio during execution of the air-fuel ratio oscillation mode. By detecting whether or not the output of the downstream oxygen sensor changes suddenly, the S / N ratio can be increased and the deterioration of the exhaust gas purification catalyst can be accurately detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine having one embodiment of a catalyst deterioration detection device of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing (a) an air-fuel ratio change in an air-fuel ratio oscillation mode and (b) a change in an oxygen sensor output value in one embodiment of the catalyst deterioration detection device of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart of catalyst deterioration detection control in one embodiment of the catalyst deterioration detection device of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing (a) a change in an air-fuel ratio in an air-fuel ratio oscillation mode and (b) a change in an oxygen sensor output value in one embodiment of the catalyst deterioration detection device of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of catalyst deterioration detection control in one embodiment of the catalyst deterioration detection device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Spark plug, 3 ... Cylinder, 4 ... Intake passage, 5 ... Injector, 6 ... Intake valve, 7 ... Exhaust passage, 8 ... Exhaust valve, 9 ... Throttle valve, 10 ... Throttle positioning sensor, 11 ... Throttle motor, 12: accelerator positioning sensor, 13: air flow meter, 14: crank positioning sensor, 15: piston, 16: knock sensor, 17: water temperature sensor, 18: ECU (deterioration determination means, air-fuel ratio control means), 19 ... Exhaust gas purifying catalyst, 21: temperature sensor, 25: (upstream side) air-fuel ratio sensor, 26: (downstream side) oxygen sensor.

Claims

An upstream air-fuel ratio sensor disposed upstream of the exhaust purification catalyst on the exhaust passage of the internal combustion engine; a downstream oxygen sensor disposed downstream of the exhaust purification catalyst; and an upstream air-fuel ratio sensor. An air-fuel ratio control unit that controls an air-fuel ratio using a detection result, and a deterioration determination unit that determines a deterioration state of the exhaust gas purification catalyst based on a detection result of the downstream oxygen sensor,
The air-fuel ratio control means can execute an air-fuel ratio oscillation mode in which the air-fuel ratio oscillates on a rich side and a lean side in a predetermined pattern,
The deterioration determination means stores in advance the air-fuel ratio at which the output voltage of the downstream oxygen sensor is inverted when the air-fuel ratio oscillation mode is executed under the deteriorated state of the exhaust gas purification catalyst as the inversion air-fuel ratio at the time of deterioration, Determining the deterioration of the exhaust gas purification catalyst based on a change in the detection value of the downstream oxygen sensor when the detection value of the upstream air-fuel ratio sensor indicates the inversion air-fuel ratio at the time of deterioration during execution of the vibration mode. For detecting deterioration of a catalyst of an internal combustion engine.