JP2006009698A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に触媒の劣化判定に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly to determination of catalyst deterioration.
内燃機関の排気通路に設けられた触媒は、高温の排気に曝されることにより劣化する。この劣化により触媒の能力が低下すると、排気中の有害成分の浄化率が低下する。そこで、触媒に還元剤添加を行い、このときの該触媒よりも上流および下流に設けられた空燃比センサの出力値から触媒の劣化判定を行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、空燃比センサの出力値に基づく劣化判定では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを全て還元させる必要があるため、還元剤の添加を長期間行う必要がある。そのため、還元剤の消費量が多く、還元剤として内燃機関の燃料を使用した場合には、燃費が悪化してしまう。また、還元剤の添加を長時間行わなければならないとすると、還元剤添加の最中に内燃機関の運転状態が還元剤の添加に適さない状態となる可能性が高くなる。そして、還元剤の添加が中止されることにより劣化判定の機会が少なくなってしまう。 By the way, in the deterioration determination based on the output value of the air-fuel ratio sensor, it is necessary to reduce all NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, and therefore it is necessary to add a reducing agent for a long period of time. For this reason, the consumption of the reducing agent is large, and when the fuel of the internal combustion engine is used as the reducing agent, the fuel consumption deteriorates. Further, if the addition of the reducing agent has to be performed for a long time, there is a high possibility that the operating state of the internal combustion engine becomes unsuitable for the addition of the reducing agent during the addition of the reducing agent. And the opportunity of deterioration determination will decrease because addition of a reducing agent is stopped.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、より速やかに触媒の劣化判定を行うことができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of determining the deterioration of a catalyst more quickly in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
排気中の酸素濃度が高いときにNOxを吸蔵し、酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵していたNOxを還元する吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上であるときに該吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定する触媒劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is,
A NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and reduces the NOx stored when the oxygen concentration decreases and a reducing agent is present;
Catalyst deterioration determination means for determining that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated when the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst is equal to or greater than a predetermined capacity;
It is characterized by comprising.
本発明の最大の特徴は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力が低下する一方で酸化能力が上昇することに基づいて該吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行うことにある。 The most important feature of the present invention is that the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst decreases while the oxidation capacity increases while the deterioration determination of the NOx storage reduction catalyst is performed.
吸蔵還元型NOx触媒は、NOx吸蔵能力および酸化能力を有する。そして、吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力はNOx吸蔵能力により抑制されている。すなわち、NOx吸蔵能力が発揮されることにより、酸化能力は本来の能力を発揮できない。ここで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力は、酸化能力よりも早く低下する。そして、NOx吸蔵能力が低下することにより、酸化能力の抑制度合いが低下し酸化能力が上昇する。この酸化能力の上昇は、吸蔵還元型NOx触媒が劣化する初期段階においては、劣化による酸化能力の低下を上回り、該吸蔵還元型NOx触媒の全体としては酸化能力が上昇する。 The NOx storage reduction catalyst has NOx storage capacity and oxidation capacity. The oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst is suppressed by the NOx storage capacity. That is, when the NOx storage ability is exhibited, the oxidation ability cannot exhibit its original ability. Here, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst decreases faster than the oxidation capacity. Then, the NOx occlusion ability is lowered, so that the degree of suppression of the oxidation ability is lowered and the oxidation ability is raised. This increase in oxidation capacity exceeds the decrease in oxidation capacity due to deterioration at the initial stage where the NOx storage reduction catalyst deteriorates, and the overall oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst increases.
従って、吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が上昇した場合には、該吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力が低下した、すなわち吸蔵還元型NOx触媒が劣化していると判定することが可能となる。この判定は、NOxの還元が完了する前であっても可能であるため、速やかに行うことが可能である。 Therefore, when the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst increases, it can be determined that the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst has decreased, that is, the NOx storage reduction catalyst has deteriorated. . Since this determination can be made even before the reduction of NOx is completed, it can be made promptly.
本発明においては、前記触媒劣化判定手段は、前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が該吸蔵還元型NOx触媒の新品時の酸化能力以上のときに、前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上であると判定することができる。 In the present invention, the catalyst deterioration determining means has a predetermined oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst when the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst is equal to or higher than the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst when it is new. It can be determined that the capacity is exceeded.
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力が低下し始めると、該吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力は新品時よりも高くなる。そのため、吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が新品時よりも高くなった場合に、該吸蔵還元型NOx触媒が劣化していると判定することが可能となる。 That is, when the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst starts to decrease, the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst becomes higher than when it is new. Therefore, when the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst becomes higher than when it is new, it can be determined that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated.
本発明においては、前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流から還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
をさらに備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときに前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度変化から前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上あるか否か判定することにより前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したか否か判定することができる。
In the present invention, reducing agent addition means for adding a reducing agent from the upstream of the NOx storage reduction catalyst,
Catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx storage reduction catalyst;
Further comprising
Whether the catalyst deterioration determining means has an oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst equal to or greater than a predetermined capacity based on a temperature change of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means when the reducing agent is added by the reducing agent adding means. By determining whether or not, it is possible to determine whether or not the NOx storage reduction catalyst has deteriorated.
ここで、吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が上昇すると、還元剤の添加を行ったときの該吸蔵還元型NOx触媒の温度が上昇しやすくなる。そのため、還元剤添加手段により還元剤が添加されてからの吸蔵還元型NOx触媒の温度上昇の度合いは、該吸蔵還元型NOx触媒の劣化の度合いにより変化する。従って、還元剤添加手段により還元剤が添加されたときに前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度変化から吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力を検出することができ、前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行うことが可能となる。なお、「所定能力」は、吸蔵還元型NOx触媒が劣化しているとすることのできる状態のときに、該吸蔵還元型NOx触媒が発揮する酸化能力とすることができる。 Here, when the oxidation ability of the NOx storage reduction catalyst increases, the temperature of the NOx storage reduction catalyst when the reducing agent is added tends to increase. Therefore, the degree of temperature increase of the NOx storage reduction catalyst after the reducing agent is added by the reducing agent addition means varies depending on the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst. Accordingly, the oxidation capability of the NOx storage reduction catalyst can be detected from the temperature change of the catalyst detected by the catalyst temperature detection means when the reducing agent is added by the reducing agent addition means, and the NOx storage reduction catalyst can be detected. It is possible to perform the deterioration determination. Note that the “predetermined capacity” can be an oxidation capacity exhibited by the NOx storage reduction catalyst when it can be assumed that the NOx storage reduction catalyst is deteriorated.
本発明においては、前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加が開始されたときから前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度が上昇を開始するまでの時間が第1所定時間よりも短いときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することができる。 In the present invention, the catalyst deterioration determining means has a time from when the addition of the reducing agent by the reducing agent adding means is started until the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means starts to increase. When it is shorter than one predetermined time, it can be determined that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated.
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒が劣化すると、この劣化に起因した酸化能力の上昇により、還元剤が速やかに酸化されるようになるので、還元剤が添加されてから吸蔵還元型NOx触媒の温度が上昇を開始するまでの時間が短くなる。従って、吸蔵還元型NOx触媒に還元剤が添加されたときから該触媒の温度が上昇するまでの時間が、該触媒が劣化していないとすることのできる時間の最小値(すなわち、第1所定時間)よりも短くなった場合には、該触媒が劣化していると判定することが可能となる。 That is, when the NOx storage reduction catalyst deteriorates, the oxidizing agent resulting from this deterioration increases, so that the reducing agent is quickly oxidized. Therefore, the temperature of the NOx storage reduction catalyst after the addition of the reducing agent is increased. Time to start climbing is shortened. Therefore, the time from when the reducing agent is added to the NOx storage reduction catalyst until the temperature of the catalyst rises is the minimum value of the time during which the catalyst can be regarded as not deteriorated (that is, the first predetermined value). If the time is shorter than (time), it can be determined that the catalyst has deteriorated.
本発明においては、前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加が開始されたときから前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度が最大値に到達するまでの時間が第2所定時間よりも短いときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することができる。 In the present invention, the catalyst deterioration determining means has a time from when the addition of the reducing agent by the reducing agent adding means is started until the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means reaches a maximum value. When the time is shorter than the second predetermined time, it can be determined that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated.
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒が劣化すると、この劣化に起因した酸化能力の上昇に
より、還元剤が速やかに酸化されるようになるので、還元剤が添加されてから吸蔵還元型NOx触媒の温度が最大値に到達するまでの時間が短くなる。従って、吸蔵還元型NOx触媒に還元剤が添加されたときから該触媒の温度が最大値に到達するまでの時間が、該触媒が劣化していないとすることのできる時間の最小値(すなわち、第2所定時間)よりも短くなった場合には、該触媒が劣化していると判定することが可能となる。
That is, when the NOx storage reduction catalyst is deteriorated, the reducing agent is rapidly oxidized due to the increase in oxidation ability due to the deterioration. The time to reach the maximum value is shortened. Therefore, the time from when the reducing agent is added to the NOx storage reduction catalyst until the temperature of the catalyst reaches the maximum value is the minimum value of time that the catalyst can be regarded as not deteriorated (that is, When the time is shorter than the second predetermined time, it can be determined that the catalyst has deteriorated.
本発明においては、前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときの前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度の変化率が第1所定値よりも大きいときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することができる。 In the present invention, the catalyst deterioration determining means is when the rate of change of the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means when the reducing agent is added by the reducing agent adding means is greater than a first predetermined value. In addition, it can be determined that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated.
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒が劣化すると、この劣化に起因した酸化能力の上昇により、還元剤が速やかに酸化されるようになるので、該吸蔵還元型NOx触媒の温度の上昇率(単位時間あたりの上昇温度)が高くなる。すなわち、温度の変化率が大きくなる。従って、吸蔵還元型NOx触媒に還元剤が添加されたときの該触媒の温度の変化率が、該触媒が劣化していないとすることのできる変化率(すなわち、第1所定値)よりも大きくなった場合には、該触媒が劣化していると判定することが可能となる。 That is, when the NOx storage reduction catalyst is deteriorated, the reducing agent is rapidly oxidized due to the increase in the oxidation ability due to the deterioration, so the rate of increase in the temperature of the NOx storage reduction catalyst (per unit time). Temperature). That is, the rate of change in temperature increases. Therefore, the rate of change of the temperature of the catalyst when the reducing agent is added to the NOx storage reduction catalyst is larger than the rate of change (that is, the first predetermined value) that can be assumed that the catalyst has not deteriorated. When it becomes, it becomes possible to determine that the catalyst has deteriorated.
本発明においては、前記還元剤添加手段により還元剤が開始された後の前記吸蔵還元型NOx触媒の基準となる温度を算出する触媒基準温度算出手段をさらに備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記触媒温度検出手段により検出される温度と前記基準となる温度との差の変化幅を求め、この変化幅が第2所定値よりも大きくなったときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することができる。
In the present invention, further comprising a catalyst reference temperature calculation means for calculating a reference temperature of the NOx storage reduction catalyst after the reducing agent is started by the reducing agent addition means,
The catalyst deterioration determination means obtains a change width of a difference between the temperature detected by the catalyst temperature detection means and the reference temperature, and when the change width becomes larger than a second predetermined value, the occlusion reduction It can be determined that the type NOx catalyst has deteriorated.
なお、変化幅とは、触媒温度検出手段により検出される温度と基準となる温度との差の最大値から最小値を減じた値である。 The change width is a value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the difference between the temperature detected by the catalyst temperature detecting means and the reference temperature.
吸蔵還元型NOx触媒が劣化すると、還元剤を添加したときに該吸蔵還元型NOx触媒の温度が速やかに上昇する。すなわち、還元剤添加直後には、吸蔵還元型NOx触媒の温度の変化率は大きい。一方、還元剤添加から時間が経つに従い酸化される還元剤が急激に減少するので、吸蔵還元型NOx触媒の温度の変化率は小さくなる。 When the storage reduction type NOx catalyst deteriorates, the temperature of the storage reduction type NOx catalyst rapidly rises when a reducing agent is added. That is, immediately after the addition of the reducing agent, the rate of change in the temperature of the NOx storage reduction catalyst is large. On the other hand, since the reducing agent that is oxidized decreases with time after the addition of the reducing agent, the rate of change in temperature of the NOx storage reduction catalyst becomes small.
ここで、劣化していないとすることのできる吸蔵還元型NOx触媒の温度を基準とすると、還元剤添加直後には劣化が生じている触媒の温度のほうが高くなり、時間が経つと劣化が生じていない触媒の温度のほうが高くなる。従って、触媒が劣化していると、還元剤添加時に検出される実際の触媒の温度と基準となる触媒の温度との差が変化する。そして、吸蔵還元型NOx触媒が劣化する初期段階においては、その劣化の度合いが大きくなるほど実際の触媒の温度と基準となる触媒の温度との差の変化幅が大きくなる。そのため、吸蔵還元型NOx触媒に還元剤が添加されたときの実際の触媒の温度と基準となる触媒の温度との差の変化幅が、該触媒が劣化していないとすることのできる変化幅(すなわち、第2所定値)よりも大きくなった場合には、該触媒が劣化していると判定することが可能となる。 Here, based on the temperature of the NOx storage reduction catalyst that can be regarded as not deteriorated, the temperature of the catalyst that has deteriorated is higher immediately after the addition of the reducing agent, and the deterioration occurs over time. The temperature of the catalyst that is not higher is higher. Therefore, when the catalyst is deteriorated, the difference between the actual catalyst temperature detected when the reducing agent is added and the reference catalyst temperature changes. In the initial stage where the NOx storage reduction catalyst deteriorates, the difference between the actual catalyst temperature and the reference catalyst temperature increases as the degree of deterioration increases. Therefore, the change width of the difference between the actual catalyst temperature when the reducing agent is added to the NOx storage reduction catalyst and the temperature of the reference catalyst is the change width that the catalyst is not degraded. When it becomes larger than (that is, the second predetermined value), it can be determined that the catalyst has deteriorated.
本発明においては、前記還元剤添加手段により還元剤が開始された後の前記吸蔵還元型NOx触媒の基準となる温度を算出する触媒基準温度算出手段をさらに備え、
前記還元剤添加手段は、1回あたりの還元剤添加量が異なる少なくとも2種類の還元剤添加を行い、
前記触媒劣化判定手段は、少なくとも2種類の還元剤添加のそれぞれの場合について前記触媒温度検出手段により検出される温度と前記基準となる温度との差の変化幅を求め、この少なくとも2種類の還元剤添加の前記変化幅の差が第3所定値よりも大きいときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することができる。
In the present invention, further comprising a catalyst reference temperature calculation means for calculating a reference temperature of the NOx storage reduction catalyst after the reducing agent is started by the reducing agent addition means,
The reducing agent addition means performs at least two kinds of reducing agent additions with different reducing agent addition amounts per time,
The catalyst deterioration determining means obtains a change width of a difference between the temperature detected by the catalyst temperature detecting means and the reference temperature in each case of at least two kinds of reducing agent addition, and the at least two kinds of reductions It can be determined that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated when the difference in the amount of change in the addition of the agent is greater than a third predetermined value.
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒が劣化していない場合には、還元剤の添加による温度上昇が緩慢となるので、該触媒の温度の変化率の変動が小さくなる。これは、1回あたりの還元剤の添加量が少なくなるに従い、より顕著となる。従って、吸蔵還元型NOx触媒が劣化していない場合には、基準温度と検出温度との差の変化幅は、1回あたりの還元剤の添加量が少ないほど大きくなる。一方、NOx吸蔵剤が劣化している場合には、還元剤が添加されると速やかに触媒の温度が上昇する。この場合、1回あたりの還元剤の添加量の影響が少ない。すなわち、吸蔵還元型NOx触媒が劣化している場合には、基準温度と検出温度との差の変化幅は、1回あたりの還元剤の添加量の多少によらず大きくなる。 That is, when the NOx storage reduction catalyst is not deteriorated, the temperature rise due to the addition of the reducing agent is slowed down, so that the variation in the temperature change rate of the catalyst becomes small. This becomes more prominent as the amount of reducing agent added per time decreases. Therefore, when the NOx storage reduction catalyst is not deteriorated, the change width of the difference between the reference temperature and the detected temperature increases as the amount of reducing agent added per time decreases. On the other hand, when the NOx storage agent is deteriorated, the temperature of the catalyst quickly rises when the reducing agent is added. In this case, there is little influence of the addition amount of the reducing agent per time. That is, when the NOx storage reduction catalyst is deteriorated, the change width of the difference between the reference temperature and the detected temperature becomes large regardless of the amount of reducing agent added per time.
従って、1回あたりの還元剤の添加量が異なる少なくとも2種類の還元剤添加を行う場合に、それぞれの基準温度と検出温度との差の変化幅を求め、還元剤添加量が多いときと少ないときとの変化幅の差が第3所定値よりも大きい場合には、吸蔵還元型NOx触媒が劣化していると判定することが可能となる。なお、第3所定値とは、吸蔵還元型NOx触媒が劣化していないとすることのできる変化幅の差の最小値である。 Therefore, when adding at least two types of reducing agents with different amounts of reducing agent added per time, the change width of the difference between each reference temperature and the detected temperature is obtained, which is small when the amount of reducing agent added is large. When the difference in change from the time is larger than the third predetermined value, it is possible to determine that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated. The third predetermined value is the minimum value of the difference in change width that can be assumed that the NOx storage reduction catalyst is not deteriorated.
ここで、前記2種類の還元剤添加として、NOx還元時に行われる還元剤添加と硫黄被毒回復時に行われる還元剤添加とを例示することができる。すなわち、1回あたりの還元剤の添加量が少ないときの例として、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元する際に行われる還元剤添加を挙げることができる。また、1回あたりの還元剤の添加量が多いときの例として、吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒を回復させる際に行われる還元剤添加を挙げることができる。 Here, examples of the two types of reducing agent addition include reducing agent addition performed during NOx reduction and reducing agent addition performed during sulfur poisoning recovery. That is, as an example when the amount of reducing agent added per time is small, there can be mentioned reducing agent addition performed when NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced. Further, as an example when the amount of the reducing agent added per time is large, there can be mentioned the addition of the reducing agent that is performed when the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst is recovered.
本発明においては、前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加された後の前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度よりも高いときに、前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上であると判定することができる。 In the present invention, the catalyst deterioration determining means is configured to detect the NOx storage reduction catalyst when the temperature of the NOx storage reduction catalyst after the addition of the reducing agent by the reducing agent addition means is higher than a predetermined temperature. It can be determined that the oxidation capacity is greater than or equal to the predetermined capacity.
すなわち、酸化能力の上昇により、還元剤添加時において吸蔵還元型NOx触媒の温度がより上昇し易くなり、該吸蔵還元型NOx触媒の最高温度がより高くなる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒が劣化していないとすることのできる温度の最高値を予め所定温度として設定しておけば、吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を添加した後の温度が該所定温度よりも上昇したときに該吸蔵還元型NOx触媒が劣化していると判定することが可能となる。 In other words, the increase in oxidation ability makes it easier for the temperature of the NOx storage reduction catalyst to rise when the reducing agent is added, and the maximum temperature of the NOx storage reduction catalyst becomes higher. Therefore, if the maximum value of the temperature at which the NOx storage reduction catalyst can be regarded as not deteriorated is set in advance as the predetermined temperature, the temperature after adding the reducing agent to the NOx storage reduction catalyst is the predetermined temperature. It is possible to determine that the NOx storage reduction catalyst is deteriorated when the NOx catalyst is deteriorated.
なお、本発明においては、劣化していないとすることのできる吸蔵還元型NOx触媒には、許容できる範囲でNOx吸蔵能力が最大限低下している状態の吸蔵還元型NOx触媒を含む。 In the present invention, the NOx storage reduction catalyst that can be regarded as not deteriorated includes an NOx storage reduction catalyst in which the NOx storage capacity is reduced to the maximum extent within an allowable range.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、還元剤添加時の触媒の温度変化に基づいて、より速やかに触媒の劣化判定を行うことができる。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the deterioration of the catalyst can be determined more quickly based on the temperature change of the catalyst when the reducing agent is added.
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関1とその排気系の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
The
また、内燃機関1には、燃焼室へ通じる排気通路2が接続されている。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。
Further, an
前記排気通路2の途中には、上流から順に上流側触媒3および吸蔵還元型NOx触媒4(以下、NOx触媒4という。)が備えられている。
In the middle of the
上流側触媒3は、酸化能力を有する触媒である。
The
NOx触媒4は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。 The NOx catalyst 4 uses, for example, alumina as a carrier, and on the carrier, an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs), barium (Ba) or calcium ( At least one selected from alkaline earths such as Ca), rare earths such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt) are supported.
このNOx触媒4は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能を有する。 This NOx catalyst 4 stores NOx in the exhaust when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and reduces the stored NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and a reducing agent is present. Have
また、NOx触媒4よりも上流の排気通路2には、該排気通路2を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比センサ5が取り付けられている。また、NOx触媒4よりも下流の排気通路2には、該排気通路2を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ6および該排気通路2を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比センサ7が取り付けられている。
A first air / fuel ratio sensor 5 for detecting the air / fuel ratio of the exhaust gas flowing through the
ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒4に吸蔵されたNOxが飽和する前に該NOx触媒4に吸蔵されたNOxを還元させる必要がある。
By the way, when the
そこで、本実施例では、上流側触媒3より上流の排気通路2を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤添加弁9(還元剤添加手段)を備えている。ここで、還元剤添加弁9は、後述するECU10からの信号により開弁して還元剤を噴射する。還元剤添加弁9から排気通路2内へ噴射された還元剤は、排気通路2の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにする。そして、NOx還元時には、NOx触媒4に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
Therefore, in this embodiment, a reducing agent addition valve 9 (reducing agent adding means) for adding fuel (light oil) as a reducing agent into the exhaust gas flowing through the
一方、NOx触媒4には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SOx)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx触媒4内に蓄積される。そして、SOxが吸蔵されている分、NOxを吸蔵できる量が減少し、NOx触媒4のNOx吸蔵力が低下する。これを硫黄被毒(SOx被毒)といい、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、NOx触媒4を高温(例えば600乃至650℃程度)にしつつ還元剤添加弁9からの燃料添加により酸素濃度を低下させた排気をNOx触媒4に流通させて行われている。 On the other hand, the NOx catalyst 4 also stores sulfur oxide (SOx) generated by combustion of sulfur contained in the fuel by the same mechanism as NOx. The stored SOx is less likely to be released than NOx and is accumulated in the NOx catalyst 4. As the SOx is occluded, the amount of NOx that can be occluded decreases, and the NOx occlusion force of the NOx catalyst 4 decreases. This is called sulfur poisoning (SOx poisoning), and it is necessary to perform a poisoning recovery process for recovering from sulfur poisoning at an appropriate time. This poisoning recovery process is performed by circulating the exhaust gas in which the oxygen concentration is lowered by adding fuel from the reducing agent addition valve 9 while the NOx catalyst 4 is at a high temperature (for example, about 600 to 650 ° C.) to the NOx catalyst 4. Yes.
なお、被毒回復処理も前記リッチスパイク制御によりなされるが、被毒回復処理に行われるリッチスパイクの1回あたりの還元剤添加弁9の開弁時間は、NOxの還元時よりも長い。すなわち、被毒回復処理時のリッチスパイク1回あたりの還元剤の添加量はNOx還元時よりも多い。 Although the poisoning recovery process is also performed by the rich spike control, the opening time of the reducing agent addition valve 9 per rich spike performed in the poisoning recovery process is longer than that during NOx reduction. That is, the amount of reducing agent added per rich spike during the poisoning recovery process is larger than that during NOx reduction.
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10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ユニットである。
The
ECU10には、前記したセンサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。
The above-described sensor or the like is connected to the
一方、ECU10には、還元剤添加弁9が電気配線を介して接続され、ECU10は該還元剤添加弁9を制御する。
On the other hand, the reducing agent addition valve 9 is connected to the
ところで、NOx触媒4は、経年変化や熱により劣化し、NOxの吸蔵能力が低下することがある。そして、NOxの吸蔵能力が低下すると、還元剤添加時のNOx触媒4の温度変化に顕著に現れる。 By the way, the NOx catalyst 4 may deteriorate due to secular change or heat, and the NOx occlusion ability may be lowered. When the NOx storage capacity decreases, the temperature change of the NOx catalyst 4 at the time of addition of the reducing agent remarkably appears.
上述したようにNOx触媒4には、NOx吸蔵剤であるカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、バリウム(Ba)カルシウム(Ca)、ランタン(La)、若しくはイットリウム(Y)等の少なくとも1つが担持されている。これらNOx吸蔵剤は、例えば700℃を超えると劣化が著しく進行しNOx吸蔵能力が低下する。一方、白金(Pt)等の貴金属は酸化機能を有するが、これらは例えば800℃を超えると著しく劣化が進行し酸化能力が低下する。このように、NOx吸蔵剤のほうが白金(Pt)等の貴金属よりも低い温度で劣化するため、NOx吸蔵剤のほうが白金(Pt)等の貴金属よりも劣化の進行が早い。 As described above, the NOx catalyst 4 includes the NOx storage agent potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), barium (Ba) calcium (Ca), lanthanum (La), or At least one such as yttrium (Y) is supported. When these NOx storage agents exceed 700 ° C., for example, the deterioration is remarkably advanced and the NOx storage capacity is lowered. On the other hand, noble metals such as platinum (Pt) have an oxidizing function. However, when the temperature exceeds 800 ° C., for example, the deterioration proceeds remarkably and the oxidizing ability is lowered. Thus, since the NOx storage agent deteriorates at a lower temperature than the noble metal such as platinum (Pt), the NOx storage agent progresses faster than the noble metal such as platinum (Pt).
また、白金(Pt)等の貴金属は、NOx吸蔵剤が存在することによりその酸化機能が抑制されている。そして、NOx吸蔵剤の機能が劣化により低下すると、それに伴い白金(Pt)等の貴金属の酸化機能が高まる。従って、図2に示すように、NOx触媒4の劣化が生じる初期の段階では、NOx吸蔵剤の機能低下による酸化能力の上昇が、白金(Pt)等の貴金属の劣化による酸化能力の低下を上回るため、NOx触媒4としては酸化能力が上昇する。すなわち、NOx触媒の劣化が生じる初期の段階では新品状態よりも酸化能力が高くなる。 Moreover, the oxidation function of noble metals such as platinum (Pt) is suppressed due to the presence of the NOx storage agent. And if the function of NOx storage agent falls by deterioration, the oxidation function of noble metals, such as platinum (Pt), will increase in connection with it. Therefore, as shown in FIG. 2, at the initial stage where the NOx catalyst 4 is deteriorated, the increase in the oxidation ability due to the decrease in the function of the NOx storage agent exceeds the decrease in the oxidation ability due to the deterioration of the noble metal such as platinum (Pt). Therefore, the oxidation capacity of the NOx catalyst 4 increases. That is, in the initial stage where the NOx catalyst is deteriorated, the oxidation ability is higher than that in the new state.
ここで、図2は、NOx触媒のNOx吸蔵能力および酸化能力の推移を示したタイムチャート図である。縦軸はNOx触媒4の全体としての触媒処理能力の高さを表している。 Here, FIG. 2 is a time chart showing the transition of the NOx storage capacity and the oxidation capacity of the NOx catalyst. The vertical axis represents the high catalyst processing capacity of the NOx catalyst 4 as a whole.
このように、NOx触媒4のNOx吸蔵能力が低下する初期段階においては、該NOx触媒4全体としては酸化能力が高まるので、該NOx触媒4において還元剤がより酸化し易くなり、還元剤添加時に該NOx触媒4の温度が速やかに上昇する。 Thus, in the initial stage where the NOx storage capacity of the NOx catalyst 4 decreases, the oxidation capacity of the NOx catalyst 4 as a whole increases, so that the reducing agent is more easily oxidized in the NOx catalyst 4, and when the reducing agent is added. The temperature of the NOx catalyst 4 rises quickly.
ここで、図3は、NOx還元のためのリッチスパイク制御時におけるNOx触媒4の温度の時間推移を示したタイムチャート図である。上段はNOx触媒4に流入する排気の空燃比の変化を示し、下段はNOx触媒4が新品と劣化したとき(劣化品)との該NOx触媒4の床温を夫々示している。 Here, FIG. 3 is a time chart showing the time transition of the temperature of the NOx catalyst 4 during the rich spike control for NOx reduction. The upper part shows the change in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 4, and the lower part shows the bed temperature of the NOx catalyst 4 when the NOx catalyst 4 is new and deteriorated (deteriorated product).
NOx触媒4が劣化していると、該NOx触媒4の酸化能力が高まることにより還元剤が速やかに酸化されるので、該NOx触媒4の温度が急激に上昇する。そして、次に還元剤が添加までの間に還元剤は殆ど酸化されるので、次の還元剤点の直前ではNOx触媒4の温度はほとんど上昇しない。すなわち、NOx触媒4の温度上昇は緩慢となっている。 If the NOx catalyst 4 is deteriorated, the oxidizing agent of the NOx catalyst 4 is increased, so that the reducing agent is rapidly oxidized. Therefore, the temperature of the NOx catalyst 4 is rapidly increased. Since the reducing agent is almost oxidized before the next addition of the reducing agent, the temperature of the NOx catalyst 4 hardly increases immediately before the next reducing agent point. That is, the temperature rise of the NOx catalyst 4 is slow.
一方、NOx触媒4の新品時すなわち劣化が生じていない場合には、該NOx触媒4の酸
化能力が抑制されるので還元剤の酸化が緩慢となる。その結果、温度の上昇も緩慢となり、且つ次に還元剤が添加されるまでの間上昇し続ける。
On the other hand, when the NOx catalyst 4 is new, that is, when no deterioration has occurred, the oxidation ability of the NOx catalyst 4 is suppressed, so that the oxidation of the reducing agent becomes slow. As a result, the temperature rise also slows and continues to rise until the next time the reducing agent is added.
以上のことから、NOx還元のためのリッチスパイク制御時におけるNOx触媒4の温度推移によりNOx触媒4の劣化判定を行うことができる。すなわち、リッチスパイク制御開始時に還元剤を添加してからNOx触媒4の温度が上昇を開始するまでの時間は、NOx触媒4の劣化の度合いが大きいほど早くなる。そして、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる温度上昇開始までの最小時間を閾値として予め実験等により求めておき、NOx触媒4のNOx還元時に還元剤を添加してから温度上昇開始までの実際の時間がこの閾値よりも短くなったときにNOx触媒4が劣化したと判定することができる。また、NOx触媒4のNOx還元時に還元剤を添加してから温度上昇開始までの時間が、新品のNOx触媒4に還元剤を添加してから温度上昇開始までの時間よりも短いときに該NOx触媒4が劣化していると判定してもよい。 From the above, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed based on the temperature transition of the NOx catalyst 4 during the rich spike control for NOx reduction. That is, the time from when the reducing agent is added at the start of rich spike control until the temperature of the NOx catalyst 4 starts to rise increases as the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases. Then, the minimum time until the start of the temperature rise that can be assumed that the NOx catalyst 4 has not deteriorated is obtained in advance by an experiment or the like as a threshold, and the temperature rise starts after the reducing agent is added during the NOx reduction of the NOx catalyst 4 It can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated when the actual time until becomes shorter than this threshold. Further, when the time from when the reducing agent is added during NOx reduction of the NOx catalyst 4 to when the temperature rise starts is shorter than the time from when the reducing agent is added to the new NOx catalyst 4 to when the temperature rise starts, the NOx is reduced. It may be determined that the catalyst 4 has deteriorated.
次に、本実施例によるNOx触媒4の劣化判定のフローについて説明する。 Next, a flow for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 according to this embodiment will be described.
図4および図5は、本実施例によるNOx触媒4の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。このフローは、リッチスパイク開始からNOx触媒4の温度の上昇開始までの時間に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うものである。なお、本ルーチンで行われるリッチスパイクは、NOx触媒4に吸蔵されたNOxを還元させるためのリッチスパイクである。 FIG. 4 and FIG. 5 are flowcharts showing a flow for determining deterioration of the NOx catalyst 4 according to this embodiment. This flow is for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the time from the start of the rich spike to the start of the temperature rise of the NOx catalyst 4. The rich spike performed in this routine is a rich spike for reducing the NOx stored in the NOx catalyst 4.
ステップS101では、ECU10は、触媒劣化判定要求フラグがONとなっているか否か判定する。この触媒劣化判定要求フラグは、NOx触媒4の劣化判定を行う必要があるときにONとされるフラグであり、所定の期間毎にONとされる。
In step S101, the
ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS103へ進む。 If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S103.
ステップS102では、ECU10は、床温安定フラグがONとなっているか否か判定する。この床温安定フラグは、排気温度センサ6により得られるNOx触媒4の温度が予め定められた一定としてもよい範囲内であれば、該NOx触媒4の温度が安定しているとしてONとされるフラグである。
In step S102, the
ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS108へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS104へ進む。 If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S108, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S104.
ステップS103では、ECU10は、床温安定フラグをOFFとする。ステップS103の処理が完了した後、ECU10は、本ルーチンを一旦終了させる。
In step S103, the
ステップS104では、ECU10は、一定期間リッチスパイクを禁止する。すなわち、リッチスパイクを一定期間禁止することによりNOx触媒4の床温を安定させる。
In step S104, the
ステップS105では、ECU10は、NOx触媒4の床温が安定しているか否か判定する。排気温度センサ6により得られるNOx触媒4の温度が予め定められた一定としてもよい範囲内であればNOx触媒4の床温は安定しているとされる。
In step S105, the
ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。 If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is temporarily terminated.
ステップS106では、ECU10は、床温安定フラグをONとする。
In step S106, the
ステップS107では、ECU10は、リッチスパイク開始からの経過時間を示すカウンタを0にリセットする。
In step S107, the
ステップS108では、ECU10は、リッチスパイク制御を開始する。このときのリッチスパイク制御は、前述のようにNOx触媒4に吸蔵されているNOxの還元を行うためのリッチスパイク制御である。
In step S108, the
ステップS109では、ECU10は、カウンタの値を進める。
In step S109, the
ステップS110では、ECU10は、NOx触媒4の劣化判定における基準となる状態の触媒(以下、基準品とする。)に還元剤を添加したときの排気温度センサ6により得られる排気の温度を推定する。この基準品は、劣化していないとすることのできる状態のNOx触媒としてもよい。また、推定値は、内燃機関1の吸入空気量及び内燃機関1から排出される排気の温度(出ガス温度)をパラメータとして予め実験等によりマップ化しておく。例えば、排気温度に伴いNOx触媒4の温度が変化するので、排気の温度が高いほど基準品の温度は高く推定される。また、排気の量が多いほど、NOx触媒4から排気により奪われる熱量が多くなるため、基準品の温度は低く推定される。このようにして得られた排気温度の推定値を以下、推定排気温度という。
In step S110, the
ステップS111では、ECU10は、排気温度センサ6により得られる実際の排気温度(以下、実排気温度という。)と推定排気温度との差を算出する。この実排気温度は、NOx触媒4の床温と略等しい。
In step S111, the
ステップS112では、ECU10は、ステップS111で算出した温度差が劣化判定温度差よりも大きくなったか否か判定する。この劣化判定温度差は、リッチスパイクによりNOx触媒4の温度が推定排気温度よりも上昇したとすることのできる温度差である。
In step S112, the
ステップS112で肯定判定がなされた場合にはステップS113へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS115へ進む。 If an affirmative determination is made in step S112, the process proceeds to step S113, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S115.
ステップS113では、ECU10は、カウンタの値が第1判定時間よりも小さいか否か判定する。この第1判定時間は、NOx触媒4が劣化していないとすることのできるときのカウンタの最小値であり、予め実験等により求めておく。カウンタの値が第1判定時間よりも小さい場合には、NOx触媒4は劣化していると判定される。
In step S113, the
ステップS113で肯定判定がなされた場合にはステップS116へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS114へ進む。 If an affirmative determination is made in step S113, the process proceeds to step S116, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S114.
ステップS114では、ECU10は、触媒劣化判定フラグをOFFとする。この触媒劣化判定フラグは、NOx触媒4が劣化していると判定されたときにONとされるフラグである。ステップS114の処理が完了した後、ECU10は、本ルーチンを一旦終了させる。
In step S114, the
ステップS115では、ECU10は、カウンタの値が第2判定時間よりも大きいか否か判定する。ここで、NOx触媒4の劣化が進行すると、NOx触媒4の酸化能力の低下が大きくなることにより、還元剤が反応しにくくなる。そのため、還元剤の添加によるNOx触媒4の温度の上昇が困難となる。従って、長時間リッチスパイク制御を行ってもNOx触媒4の温度が劣化判定温度差よりも上昇しない場合には、NOx触媒4の劣化が進行し
ていると判定する。ここで、第2判定時間は、NOx触媒4が劣化していないとすることのできるカウンタの値の最大値であり、予め実験等により求めておく。
In step S115, the
ステップS115で肯定判定がなされた場合にはステップS116へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。 If an affirmative determination is made in step S115, the process proceeds to step S116. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is temporarily terminated.
ステップS116では、ECU10は、触媒劣化判定フラグをONとする。ステップS116の処理が完了した後、ECU10は、本ルーチンを一旦終了させる。
In step S116, the
このようにして、リッチスパイク開始からNOx触媒4の温度が上昇するまでの時間に基づいて該NOx触媒4の劣化判定を行うことができる。 In this way, it is possible to determine the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the time from the start of the rich spike until the temperature of the NOx catalyst 4 rises.
なお、上述したように実排気温度と推定排気温度との差を用いるのではなく、実排気温度と還元剤添加開始時のNOx触媒4の温度との差を用いることにより、NOx触媒4の温度が上昇を開始したか否か判定することも可能である。しかし、内燃機関1の運転状態の変化による排気温度の変動を考慮することができる本実施例によれば、より精度良く還元剤添加によるNOx触媒4の温度上昇を検出することが可能となる。
As described above, the temperature of the NOx catalyst 4 is not calculated by using the difference between the actual exhaust temperature and the estimated exhaust temperature but using the difference between the actual exhaust temperature and the temperature of the NOx catalyst 4 at the start of reducing agent addition. It is also possible to determine whether or not has started to rise. However, according to the present embodiment, which can take into account fluctuations in the exhaust temperature due to changes in the operating state of the
以上説明したように、本実施例によれば、NOx触媒4に吸蔵されているNOxを還元するための還元剤添加開始から、該NOx触媒4の温度が上昇するまでの時間が第1判定時間よりも短ければ、該NOx触媒4が劣化していると判定することができる。また、NOx触媒4に吸蔵されているNOxが全て還元される前に該NOx触媒4の劣化判定を行うことができるので、速やかな劣化判定が可能である。さらに、NOx触媒4の劣化判定のためだけに還元剤の添加を行う必要がないため、燃費の悪化を抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, the time from the start of addition of the reducing agent for reducing the NOx stored in the NOx catalyst 4 until the temperature of the NOx catalyst 4 rises is the first determination time. Shorter than that, it can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated. In addition, since the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed before all the NOx stored in the NOx catalyst 4 is reduced, it is possible to quickly determine the deterioration. Furthermore, since it is not necessary to add a reducing agent only for determining the deterioration of the NOx catalyst 4, deterioration of fuel consumption can be suppressed.
次に、内燃機関の排気浄化装置の他の実施態様について説明する。なお、ハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。なお、本実施例におけるリッチスパイクはNOx還元ためのリッチスパイクである。 Next, another embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described. Since the hardware is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. The rich spike in the present embodiment is a rich spike for NOx reduction.
ここで、NOx触媒4が劣化していると、該NOx触媒4の温度の変化率、すなわち単位時間あたりの温度の変化量が変動する。すなわち、還元剤添加直後には還元剤の酸化量が多くNOx触媒4の温度が急激に上昇するため温度の変化率が大きいが、未反応の還元剤の量が急激に減少するため、その後温度の上昇が緩慢となり温度の変化率が小さくなる。このように、還元剤添加直後にはNOx触媒4の温度の変化率は大きいが、その後すぐに小さくなる。一方、NOx触媒4が劣化していないと、劣化しているときと比較して還元剤添加直後の温度の上昇率は小さい。そして、未反応の還元剤の量も徐々に減少するため、温度変化率の変化も小さくなる。 Here, when the NOx catalyst 4 is deteriorated, the temperature change rate of the NOx catalyst 4, that is, the temperature change amount per unit time varies. That is, immediately after the addition of the reducing agent, the amount of oxidation of the reducing agent is large and the temperature of the NOx catalyst 4 rapidly rises, so that the rate of change in temperature is large. The rise in temperature becomes slow and the rate of change in temperature becomes small. Thus, the rate of change of the temperature of the NOx catalyst 4 is large immediately after the addition of the reducing agent, but decreases immediately thereafter. On the other hand, if the NOx catalyst 4 is not deteriorated, the rate of temperature increase immediately after addition of the reducing agent is small as compared to when it is deteriorated. And since the quantity of unreacted reducing agent also reduces gradually, the change of a temperature change rate also becomes small.
従って、NOx触媒4の温度の変化率の変動が大きいほど該NOx触媒4の劣化の度合いが大きいといえる。つまり、NOx触媒4の温度の変化率の最大値と最小値との差が大きいほどNOx触媒4の劣化の度合いが大きいといえる。例えば、変化率の最大値と最小値との差であって、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる値を閾値として予め実験等により求めておき、リッチスパイク制御時のNOx触媒4の温度の変化率の最大値と最小値との差がこの閾値よりも大きくなった場合にNOx触媒4が劣化しているとすることができる。 Therefore, it can be said that the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases as the change in the temperature change rate of the NOx catalyst 4 increases. That is, it can be said that the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases as the difference between the maximum value and the minimum value of the temperature change rate of the NOx catalyst 4 increases. For example, the difference between the maximum value and the minimum value of the rate of change, which can be determined as a threshold value that can be regarded as not deteriorating the NOx catalyst 4, is obtained in advance through experiments or the like, and the NOx catalyst 4 during rich spike control. It can be assumed that the NOx catalyst 4 is deteriorated when the difference between the maximum value and the minimum value of the change rate of the temperature becomes larger than this threshold value.
また、NOx触媒4の劣化の度合いが大きいほど、NOx触媒4の温度の変化率の最大値は大きくなる。そこで、NOx触媒4の温度の変化率の最大値が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも大きければ、NOxs触媒4が劣化していると判定
することができる。
Further, the maximum value of the rate of change of the temperature of the NOx catalyst 4 increases as the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases. Therefore, if the maximum value of the temperature change rate of the NOx catalyst 4 is larger than a threshold value that can be regarded as indicating that the NOx catalyst 4 has not deteriorated, it can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
さらに、還元剤添加直後のNOx触媒4の温度変化率が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも大きいときにNOx触媒4が劣化していると判定してもよい。 Further, it may be determined that the NOx catalyst 4 is deteriorated when the temperature change rate of the NOx catalyst 4 immediately after the addition of the reducing agent is larger than a threshold value that can be regarded as the NOx catalyst 4 is not deteriorated.
また、還元剤添加後に到達するNOx触媒4の最高温度が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも高いときにNOx触媒4が劣化していると判定してもよい。還元剤添加後にNOx触媒4の温度が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも高い温度に達した場合に該NOx触媒4が劣化していると判定してもよい。 Further, it may be determined that the NOx catalyst 4 is deteriorated when the maximum temperature of the NOx catalyst 4 that is reached after the addition of the reducing agent is higher than a threshold value that the NOx catalyst 4 can be assumed not to be deteriorated. When the temperature of the NOx catalyst 4 reaches a temperature higher than a threshold that can be regarded as indicating that the NOx catalyst 4 has not deteriorated after addition of the reducing agent, it may be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
以上説明したように、本実施例によれば、NOx触媒4に吸蔵されているNOxが全て還元される前に該NOx触媒4の劣化判定を行うことができるので、速やかな劣化判定が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed before all of the NOx stored in the NOx catalyst 4 is reduced. is there.
次に、内燃機関の排気浄化装置の他の実施態様について説明する。なお、ハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。 Next, another embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described. Since the hardware is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施例においては、NOx触媒4が劣化していないときの該NOx触媒4の還元剤添加時の温度を基準温度として設定し、実際に検出される温度と、基準温度と、の差の変化幅が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる値よりも大きい場合にはNOx触媒4が劣化していると判定する。 In this embodiment, the temperature when the NOx catalyst 4 is not deteriorated when the reducing agent is added to the NOx catalyst 4 is set as the reference temperature, and the difference between the actually detected temperature and the reference temperature is changed. When the width is larger than a value that can be assumed that the NOx catalyst 4 has not deteriorated, it is determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
ここで、図6は、劣化しているNOx触媒におけるNOx還元時の触媒床温(実排気温度)の時間推移を示したタイムチャート図である。図6中の基準温度は、劣化していないとすることのできる状態のNOx触媒に還元剤を添加したときの、還元剤添加量、内燃機関1の吸入空気量および内燃機関1から排出される排気の温度(出ガス温度)をパラメータとして求められる。この基準温度は、予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。なお、排気温度に伴いNOx触媒4の温度が変化するので、排気の温度が高いほど基準温度は高くされる。また、排気の量が多いほど、NOx触媒4から排気により奪われる熱量が多くなるため、基準温度は低くされる。なお、基準温度は、前記実施例と同様、基準品に還元剤を添加したときの該NOx触媒の温度とする。
Here, FIG. 6 is a time chart showing the time transition of the catalyst bed temperature (actual exhaust temperature) during NOx reduction in the deteriorated NOx catalyst. The reference temperature in FIG. 6 is discharged from the reducing agent addition amount, the intake air amount of the
劣化しているNOx触媒4に還元剤を添加すると、還元剤添加直後にまず基準温度よりも実排気温度が高くなり、最大でΔt1の温度差が生じる。一方、時間が経過すると実排気温度は基準温度よりも低くなり最大でΔt2の温度差が生じる。ここで、Δt1およびΔt2は夫々実排気温度から基準温度を減じた値である。すなわち、図6の場合には、Δt2は負の値となる。なお、本実施例においては、実排気温度と基準温度との差の最大値と最小値との差、すなわちΔt1−Δt2を「温度変化幅」と称する。 When the reducing agent is added to the deteriorated NOx catalyst 4, immediately after the reducing agent is added, the actual exhaust temperature first becomes higher than the reference temperature, and a maximum temperature difference of Δt1 occurs. On the other hand, as time elapses, the actual exhaust temperature becomes lower than the reference temperature, and a maximum temperature difference of Δt2 occurs. Here, Δt1 and Δt2 are values obtained by subtracting the reference temperature from the actual exhaust temperature. That is, in the case of FIG. 6, Δt2 is a negative value. In this embodiment, the difference between the maximum value and the minimum value of the difference between the actual exhaust temperature and the reference temperature, that is, Δt1−Δt2 is referred to as “temperature change width”.
なお、本実施例においては、還元剤添加開始から所定時間経過するまでの間の温度変化幅を求める。この所定時間は、1回ないし2回のリッチスパイクが行われたことにより上昇した温度を検出するために要する時間であり、2回ないし3回目のリッチスパイクによる温度上昇が始まる前までの時間とすることができる。 In this embodiment, the temperature change range from the start of addition of the reducing agent until a predetermined time has elapsed is obtained. This predetermined time is the time required to detect the temperature that has risen due to one or two rich spikes, and the time until the temperature rise due to the second or third rich spike begins. can do.
ここで、前記温度変化幅が大きいほど、NOx触媒4の温度変化率の変動が大きく、NOx触媒4の劣化の度合いが大きい。そこで、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる温度変化幅の最大値を閾値として予め実験等により求めておき、実際に得られる温
度変化幅が閾値よりも大きくなった場合にNOx触媒4に劣化が生じていると判定することができる。
Here, the greater the temperature change width, the greater the variation in the temperature change rate of the NOx catalyst 4, and the greater the degree of deterioration of the NOx catalyst 4. Therefore, the maximum value of the temperature change width that can be assumed that the NOx catalyst 4 is not deteriorated is obtained in advance by experiments or the like as a threshold value, and the NOx catalyst is obtained when the actually obtained temperature change width becomes larger than the threshold value. 4 can be determined to have deteriorated.
次に、NOx触媒4の劣化判定の他の態様について説明する。 Next, another aspect of determining the deterioration of the NOx catalyst 4 will be described.
図4および図7は、本実施例によるNOx触媒4の他の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。このフローは、リッチスパイク時のNOx触媒4の温度変化幅に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うものである。なお、本ルーチンで行われるリッチスパイクは、NOx触媒4に吸蔵されたNOxを還元させるためのリッチスパイクである。 FIGS. 4 and 7 are flowcharts showing another deterioration determination flow of the NOx catalyst 4 according to this embodiment. This flow is for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the temperature change width of the NOx catalyst 4 during the rich spike. The rich spike performed in this routine is a rich spike for reducing the NOx stored in the NOx catalyst 4.
ここで、図4については既に説明したので説明を省略する。また、図7において前記フローと同様の処理が行われるステップについては、同じ番号を付し説明を省略する。 Here, since FIG. 4 was already demonstrated, description is abbreviate | omitted. Further, in FIG. 7, steps in which processing similar to that in the above-described flow is performed are denoted by the same numbers and description thereof is omitted.
ステップS201では、ECU10は、温度変化幅を算出する。この温度変化幅は、ステップS111で算出された温度差の最大値から最小値を減じた値であり、前記Δt1−Δt2に相当する。
In step S201, the
ステップS202では、ECU10は、温度変化幅が判定値よりも大きいか否か判定する。この判定値は、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる温度変化幅の最大値であり、予め実験等により求めておく。
In step S202, the
ステップS202で肯定判定がなされた場合にはステップS116へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS114へ進む。 If an affirmative determination is made in step S202, the process proceeds to step S116, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S114.
このようにして、リッチスパイク時のNOx触媒4の温度変化幅に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うことができる。 In this way, it is possible to determine the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the temperature change width of the NOx catalyst 4 during the rich spike.
次に、内燃機関の排気浄化装置の他の実施態様について説明する。なお、ハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。 Next, another embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described. Since the hardware is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
ここで、本実施例においては、NOx触媒4の硫黄被毒回復を行うための還元剤添加時の該NOx触媒4の温度変化に基づいて、該NOx触媒4の劣化判定を行う。 Here, in this embodiment, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 is performed based on the temperature change of the NOx catalyst 4 when the reducing agent is added to recover the sulfur poisoning of the NOx catalyst 4.
図8は、硫黄被毒を回復させるためのリッチスパイク制御時におけるNOx触媒4の温度の時間推移を示したタイムチャート図である。上段はNOx触媒4に流入する排気の空燃比の変化を示し、下段はNOx触媒4が新品と劣化したとき(劣化品)との該NOx触媒4の床温を夫々示している。硫黄被毒回復時には、1回のリッチスパイクあたりに添加される還元剤量がNOx還元時のそれよりも多い。そのため、1回のリッチスパイクあたりのNOx触媒4の温度上昇が大きい。 FIG. 8 is a time chart showing the time transition of the temperature of the NOx catalyst 4 during rich spike control for recovering sulfur poisoning. The upper part shows the change in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 4, and the lower part shows the bed temperature of the NOx catalyst 4 when the NOx catalyst 4 is new and deteriorated (deteriorated product). At the time of sulfur poisoning recovery, the amount of reducing agent added per rich spike is larger than that during NOx reduction. Therefore, the temperature rise of the NOx catalyst 4 per rich spike is large.
ここで、NOx触媒4が劣化していると、該NOx触媒4の酸化能力が高いことにより還元剤が速やかに酸化されるので、該NOx触媒4の温度が急激に上昇する。そして、1回のリッチスパイクあたりのNOx触媒4の温度上昇が大きいので、最初の1回のリッチスパイクで該NOx触媒4の温度は最高温度に達し、その後温度が低下する。そして、次のリッチスパイクによりまた温度が上昇される。これが繰り返されることにより、NOx触媒4の温度は変動する。 Here, if the NOx catalyst 4 is deteriorated, the reducing agent is rapidly oxidized due to the high oxidizing ability of the NOx catalyst 4, so that the temperature of the NOx catalyst 4 rapidly increases. Since the temperature rise of the NOx catalyst 4 per rich spike is large, the temperature of the NOx catalyst 4 reaches the maximum temperature in the first rich spike, and then the temperature decreases. Then, the temperature is raised again by the next rich spike. By repeating this, the temperature of the NOx catalyst 4 varies.
一方、NOx触媒4が劣化していないと、該NOx触媒4の酸化能力が抑制されるので還元剤の酸化が緩慢となる。その結果、温度の上昇も緩慢となるが1回のリッチスパイクあ
たりのNOx触媒4の温度上昇が大きいので、1回のリッチスパイクで該NOx触媒4の温度は最高温度に達する。そして、次のリッチスパイクによりまた温度が上昇される。これが繰り返されることにより、NOx触媒4の温度は変動する。
On the other hand, if the NOx catalyst 4 is not deteriorated, the oxidation ability of the NOx catalyst 4 is suppressed, so that the oxidation of the reducing agent becomes slow. As a result, the temperature rise is slow, but the temperature rise of the NOx catalyst 4 per rich spike is large, so the temperature of the NOx catalyst 4 reaches the maximum temperature in one rich spike. Then, the temperature is raised again by the next rich spike. By repeating this, the temperature of the NOx catalyst 4 varies.
以上のことから、硫黄被毒回復のためのリッチスパイク制御時におけるNOx触媒4の温度推移によりNOx触媒4の劣化判定を行うことができる。すなわち、リッチスパイク制御開始時に還元剤を添加してからNOx触媒4の温度が最高温度に到達するまでの時間は、NOx触媒4の劣化の度合いが大きいほど早くなる。そして、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる最高温度到達までの最小時間を閾値として予め実験等により求めておき、NOx触媒4の被毒回復処理時における最高温度到達までの時間がこの閾値よりも小さくなったときにNOx触媒4が劣化したと判定することができる。 From the above, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed based on the temperature transition of the NOx catalyst 4 during the rich spike control for sulfur poisoning recovery. That is, the time from the addition of the reducing agent at the start of the rich spike control until the temperature of the NOx catalyst 4 reaches the maximum temperature becomes faster as the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases. Then, the minimum time to reach the maximum temperature at which the NOx catalyst 4 can be assumed not to have deteriorated is obtained in advance by experiments or the like as a threshold, and the time to reach the maximum temperature during the poisoning recovery processing of the NOx catalyst 4 When it becomes smaller than this threshold, it can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
ここで、「最高温度」はNOx触媒4の温度が極大値となったときの温度としてもよく、NOx触媒4の温度が下降を開始する直前の温度としてもよい。 Here, the “maximum temperature” may be a temperature when the temperature of the NOx catalyst 4 reaches a maximum value, or may be a temperature immediately before the temperature of the NOx catalyst 4 starts to decrease.
次に、本実施例によるNOx触媒4の劣化判定のフローについて説明する。 Next, a flow for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 according to this embodiment will be described.
図4および図9は、本実施例によるNOx触媒4の他の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。このフローは、リッチスパイク開始からNOx触媒4の温度が最高温度に到達するまでの時間に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うものである。なお、本ルーチンで行われるリッチスパイクは、NOx触媒4の硫黄被毒を回復させるためのリッチスパイクである。 FIGS. 4 and 9 are flowcharts showing another deterioration determination flow of the NOx catalyst 4 according to this embodiment. This flow is for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the time from the start of the rich spike until the temperature of the NOx catalyst 4 reaches the maximum temperature. The rich spike performed in this routine is a rich spike for recovering the sulfur poisoning of the NOx catalyst 4.
ここで、図4については既に説明したので説明を省略する。また、図9において図5に示したフローと同様の処理が行われるステップについては、同じ番号を付し説明を省略する。 Here, since FIG. 4 was already demonstrated, description is abbreviate | omitted. Also, in FIG. 9, steps in which processing similar to that in the flow shown in FIG. 5 is performed are assigned the same numbers and description thereof is omitted.
ステップS301では、ECU10は、リッチスパイク制御を開始する。このときのリッチスパイク制御はNOx触媒4の硫黄被毒回復を行うためのリッチスパイク制御である。
In step S301, the
ステップS302では、ECU10は、ステップS111で算出した温度差がピーク閾値以上となっているか否か判定する。ピーク閾値とは、還元剤の添加によりNOx触媒4の温度が最大値近傍となっているとすることのできる温度差であり、予め実験等により求めておく。
In step S302, the
ステップS302で肯定判定がなされた場合にはステップS303へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS304へ進む。 If an affirmative determination is made in step S302, the process proceeds to step S303, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S304.
ステップS303では、ECU10は、カウンタの値が第3判定時間よりも小さいか否か判定する。この第3判定時間は、NOx触媒4が劣化していないとすることのできるときのカウンタの最小値であり、予め実験等により求めておく。カウンタの値が第3判定時間よりも小さい場合には、NOx触媒4は劣化していると判定される。
In step S303, the
ステップS303で肯定判定がなされた場合にはステップS116へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS114へ進む。 If an affirmative determination is made in step S303, the process proceeds to step S116, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S114.
ステップS304では、ECU10は、カウンタの値が第4判定時間よりも大きいか否か判定する。ここで、NOx触媒4の劣化が進行すると、NOx触媒4の酸化能力の低下により、還元剤が反応しなくなる。そのため、還元剤の添加によってもNOx触媒4の温度
が上昇しないか、上昇しても緩慢なものとなる。従って、長時間リッチスパイク制御を行ってもNOx触媒4の温度が上昇しない、若しくは緩慢に上昇し続けている場合には、NOx触媒4の劣化が進行していると判定する。ここで、第4判定時間は、NOx触媒4が劣化していないとすることのできるカウンタの値の最大値であり、予め実験等により求めておく。
In step S304, the
ステップS304で肯定判定がなされた場合にはステップS116へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。 If an affirmative determination is made in step S304, the process proceeds to step S116. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is temporarily terminated.
このようにして、NOx触媒4の硫黄被毒回復のためのリッチスパイクが開始されてからNOx触媒4の温度が最大値に到達するまでにかかった時間に基づいて該NOx触媒4の劣化判定を行うことができる。 In this way, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 is performed based on the time taken from the start of the rich spike for recovery of sulfur poisoning of the NOx catalyst 4 until the temperature of the NOx catalyst 4 reaches the maximum value. It can be carried out.
なお、本フローにおいては、還元剤の添加開始から温度差がピーク閾値以上となるまでの時間に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行ったが、これに代えて、還元剤添加開始から排気温度センサ6により得られる排気温度が極大値となるまでの時間に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うようにしてもよい。
In this flow, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 is performed based on the time from the start of addition of the reducing agent until the temperature difference becomes equal to or greater than the peak threshold value. The deterioration determination of the NOx catalyst 4 may be performed based on the time until the exhaust gas temperature obtained by the
ところで、硫黄被毒回復時においてもNOx還元時と同様に、還元剤添加開始からNOx触媒4の温度が上昇を始めるまでの時間は、該NOx触媒4の劣化の度合いが大きいほど早い。従って、NOx還元時の同様にして硫黄被毒回復時においても還元剤添加開始からNOx触媒4の温度が上昇を始めるまでの時間に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うことができる。 By the way, also at the time of sulfur poisoning recovery, the time from the start of addition of the reducing agent until the temperature of the NOx catalyst 4 starts to rise increases as the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases as in the case of NOx reduction. Therefore, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed based on the time from the start of addition of the reducing agent until the temperature of the NOx catalyst 4 starts to rise in the same way as during NOx reduction and during the recovery of sulfur poisoning.
また、NOx触媒4の劣化の度合いが大きいほど、NOx触媒4の温度の変化率の最大値は大きくなる。そこで、NOx触媒4の温度の変化率の最大値が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも大きければ、NOxs触媒4が劣化していると判定することができる。 Further, the maximum value of the rate of change of the temperature of the NOx catalyst 4 increases as the degree of deterioration of the NOx catalyst 4 increases. Therefore, if the maximum value of the temperature change rate of the NOx catalyst 4 is larger than a threshold value that can be regarded as indicating that the NOx catalyst 4 has not deteriorated, it can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
さらに、還元剤添加直後のNOx触媒4の温度変化率が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも大きいときにNOx触媒4が劣化していると判定してもよい。 Further, it may be determined that the NOx catalyst 4 is deteriorated when the temperature change rate of the NOx catalyst 4 immediately after the addition of the reducing agent is larger than a threshold value that can be regarded as the NOx catalyst 4 is not deteriorated.
また、還元剤添加後に到達するNOx触媒4の最高温度が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも高いときにNOx触媒4が劣化していると判定してもよい。還元剤添加後にNOx触媒4の温度が、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる閾値よりも高い温度に達した場合に該NOx触媒4が劣化していると判定してもよい。 Further, it may be determined that the NOx catalyst 4 is deteriorated when the maximum temperature of the NOx catalyst 4 that is reached after the addition of the reducing agent is higher than a threshold value that the NOx catalyst 4 can be assumed not to be deteriorated. When the temperature of the NOx catalyst 4 reaches a temperature higher than a threshold that can be regarded as indicating that the NOx catalyst 4 has not deteriorated after addition of the reducing agent, it may be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated.
以上説明したように、本実施例によれば、硫黄被毒回復時の1回のリッチスパイクで該NOx触媒4の劣化判定を行うことができるので、速やかな劣化判定が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the deterioration determination of the NOx catalyst 4 can be performed with one rich spike at the time of sulfur poisoning recovery, and therefore, it is possible to quickly determine the deterioration.
次に、内燃機関の排気浄化装置の他の実施態様について説明する。なお、ハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。 Next, another embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described. Since the hardware is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施例においては、NOx触媒4のNOx還元時の温度推移と硫黄被毒回復時の温度推移とを比較して該NOx触媒4の劣化判定を行う。ここで、NOx触媒4が劣化している場合には、NOx還元時および硫黄被毒回復時においてNOx触媒4の温度変化率の変動が大きい。一方、NOx触媒4が劣化していない場合には、NOx還元時のNOx触媒4の温度
変化率の変動は小さいが、硫黄被毒回復時の変化率の変動は大きい。以上のことから、NOx還元時と硫黄被毒回復時とでNOx触媒4の温度変化率の変動が大きく変わらなければNOx触媒4は劣化しているといえる。
In this embodiment, the NOx catalyst 4 is judged for deterioration by comparing the temperature transition during NOx reduction of the NOx catalyst 4 with the temperature transition during recovery from sulfur poisoning. Here, when the NOx catalyst 4 is deteriorated, the temperature change rate of the NOx catalyst 4 varies greatly during NOx reduction and during sulfur poisoning recovery. On the other hand, when the NOx catalyst 4 is not deteriorated, the change in the temperature change rate of the NOx catalyst 4 during NOx reduction is small, but the change in the change rate during recovery from sulfur poisoning is large. From the above, it can be said that the NOx catalyst 4 has deteriorated if the change in the temperature change rate of the NOx catalyst 4 does not change greatly between NOx reduction and sulfur poisoning recovery.
本実施例においては、NOx還元時および硫黄被毒回復時にそれぞれ温度変化幅を求める。ここで、NOx還元時の温度変化幅は前記実施例で説明したものを用いる。また、硫黄被毒回復時の温度変化幅は以下のようにして求める。 In this embodiment, the temperature change widths are obtained during NOx reduction and during sulfur poisoning recovery. Here, the temperature change width at the time of NOx reduction is the same as that described in the above embodiment. Moreover, the temperature change width at the time of sulfur poisoning recovery is obtained as follows.
図10は、硫黄被毒回復時のNOx触媒4の温度推移およびその基準温度を示した図である。硫黄被毒回復時における基準温度は、基準品の温度変動の中心を示す線であって、基準品に還元剤を添加したときの、還元剤量、内燃機関1の吸入空気量および内燃機関1から排出される排気の温度(出ガス温度)をパラメータとして求められる。この基準温度は、予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。なお、排気温度の変化に伴いNOx触媒4の温度が変化するので、排気の温度が高いほど基準温度は高くされる。また、排気の量が多いほど、NOx触媒4から排気により奪われる熱量が多くなるため、基準温度は低くされる。
FIG. 10 is a graph showing the temperature transition of the NOx catalyst 4 and the reference temperature during the recovery from sulfur poisoning. The reference temperature at the time of sulfur poisoning recovery is a line indicating the center of the temperature fluctuation of the reference product, and the amount of reducing agent, the intake air amount of the
そして、還元剤添加後にまず基準温度よりも実排気温度が高くなり、最大でΔt1の温度差が生じる。一方、時間が経過すると実排気温度は基準温度よりも低くなり最大でΔt2の温度差が生じる。ここで、Δt1およびΔt2は夫々実排気温度から基準温度を減じた値である。すなわち、図10の場合には、Δt2は負の値となる。なお、本実施例においても、実排気温度と基準温度との差の最大値と最小値との差、すなわちΔt1−Δt2を「温度変化幅」と称する。なお、温度変化幅は、NOx触媒4に還元剤を添加した後の最高温度とその後の最低温度との差として求めてもよい。 After the reducing agent is added, first, the actual exhaust temperature becomes higher than the reference temperature, and a maximum temperature difference of Δt1 occurs. On the other hand, as time elapses, the actual exhaust temperature becomes lower than the reference temperature, and a maximum temperature difference of Δt2 occurs. Here, Δt1 and Δt2 are values obtained by subtracting the reference temperature from the actual exhaust temperature. That is, in the case of FIG. 10, Δt2 is a negative value. Also in this embodiment, the difference between the maximum value and the minimum value of the difference between the actual exhaust temperature and the reference temperature, that is, Δt1−Δt2 is referred to as “temperature change width”. The temperature change width may be obtained as a difference between the maximum temperature after adding the reducing agent to the NOx catalyst 4 and the minimum temperature thereafter.
そして、硫黄被毒回復時の温度変化幅とNOx還元時の温度変化幅との差が、閾値よりも小さい場合にNOx触媒4が劣化していると判定することができる。ここでいう閾値とは、NOx触媒4が劣化していないとすることのできる値の最小値であり予め実験等により求めておく。 Then, when the difference between the temperature change width at the time of sulfur poisoning recovery and the temperature change width at the time of NOx reduction is smaller than the threshold value, it can be determined that the NOx catalyst 4 has deteriorated. The threshold here is a minimum value that can be assumed that the NOx catalyst 4 is not deteriorated, and is obtained in advance by experiments or the like.
次に、NOx触媒4の劣化判定の他の態様について説明する。 Next, another aspect of determining the deterioration of the NOx catalyst 4 will be described.
図11、図12および図13は、本実施例によるNOx触媒4の他の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。このフローは、硫黄被毒回復時の温度変化幅とNOx還元時の温度変化幅との差に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うものである。 FIGS. 11, 12 and 13 are flowcharts showing another deterioration determination flow of the NOx catalyst 4 according to this embodiment. This flow is for determining the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the difference between the temperature change width at the time of sulfur poisoning recovery and the temperature change width at the time of NOx reduction.
ここで、図11、図12および図13において前記フローと同様の処理が行われるステップについては、同じ番号を付し説明を省略する。 Here, in FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, the steps in which the same processing as that of the above-described flow is performed are assigned the same numbers and the description thereof is omitted.
ステップS401では、ECU10は、短時間リッチスパイクがONとなっているか否か判定する。短時間リッチスパイクとは、NOx触媒4に吸蔵されているNOxを還元するために行われるリッチスパイクを指す。また、短時間リッチスパイク終了フラグとは、短時間リッチスパイクが終了したときにONとされるフラグである。
In step S401, the
ステップS401で肯定判定がなされた場合にはステップS402へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS403へ進む。 If an affirmative determination is made in step S401, the process proceeds to step S402. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S403.
ステップS402では、ECU10は、長時間リッチスパイク制御を実施する。この長時間リッチスパイク制御とは、NOx触媒4の硫黄被毒を回復させるために行われるリッチスパイクを指す。また、このとき同時に、長時間リッチスパイクが終了したときにON
とされる長時間リッチスパイク終了フラグがONとされる。
In step S402, the
The long-time rich spike end flag is turned ON.
ステップS403では、ECU10は、短時間リッチスパイク制御を実施する。短時間リッチスパイク制御が行われたことにより、短時間リッチスパイク終了フラグがONとされる。
In step S403, the
ステップS404では、ECU10は、短時間リッチスパイク終了フラグがONとなっているか否か判定する。
In step S404, the
ステップS404で肯定判定がなされた場合にはステップS405へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。 If an affirmative determination is made in step S404, the process proceeds to step S405. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is temporarily terminated.
ステップS405では、ECU10は、長時間リッチスパイク終了フラグがONとなっているか否か判定する。
In step S405, the
ステップS405で肯定判定がなされた場合にはステップS406へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS408へ進む。 If an affirmative determination is made in step S405, the process proceeds to step S406. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S408.
ステップS406では、ECU10は、ステップS201で算出した温度変化幅と後述する短時間温度変化幅との差である温度変化幅差を算出する。ここでいうステップS201で算出した温度変化幅とは、長時間リッチスパイクによるものである。そして、本ステップでは、長時間リッチスパイクによる温度変化幅から短時間リッチスパイクによる温度変化幅を減じて温度変化幅差が算出される。
In step S406, the
ステップS407では、ECU10は、ステップS406で算出した温度変化幅差が閾値よりも大きいか否か判定する。この閾値は、NOx触媒4が劣化しているとすることのできる温度変化幅差の上限値である。この閾値よりも温度変化幅差が大きければ、NOx触媒4は劣化していないと判定される。
In step S407, the
ステップS407で肯定判定がなされた場合にはステップS114へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS116へ進む。 If an affirmative determination is made in step S407, the process proceeds to step S114. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S116.
ステップS408では、ECU10は、短時間リッチスパイク制御時の温度変化幅を短時間温度変化幅として入力する。
In step S408, the
ステップS409では、ECU10は、短時間リッチスパイクフラグをOFFとし、且つ長時間時間リッチスパイクフラグをOFFとする。ステップS409の処理が完了した後、ECU10は、本ルーチンを一旦終了させる。
In step S409, the
このようにして、長時間リッチスパイク時と短時間リッチスパイク時との温度変化幅の差に基づいてNOx触媒4の劣化判定を行うことができる。 In this way, it is possible to determine the deterioration of the NOx catalyst 4 based on the difference in temperature change width between the long time rich spike and the short time rich spike.
1 内燃機関
2 排気通路
3 上流側触媒
4 吸蔵還元型NOx触媒
5 第1空燃比センサ
6 排気温度センサ
7 第2空燃比センサ
9 還元剤添加弁
10 ECU
Claims (10)
前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上であるときに該吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定する触媒劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high and reduces NOx that is stored when the oxygen concentration is low and a reducing agent is present;
Catalyst deterioration determination means for determining that the NOx storage reduction catalyst has deteriorated when the oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst is equal to or greater than a predetermined capacity;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
をさらに備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときに前記触媒温度検出手段により検出される触媒の温度変化から前記吸蔵還元型NOx触媒の酸化能力が所定能力以上あるか否か判定することにより前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したか否か判定することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Reducing agent addition means for adding a reducing agent from upstream of the NOx storage reduction catalyst;
Catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx storage reduction catalyst;
Further comprising
Whether the catalyst deterioration determining means has an oxidation capacity of the NOx storage reduction catalyst equal to or greater than a predetermined capacity based on a temperature change of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means when the reducing agent is added by the reducing agent adding means. 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein it is determined whether or not the NOx storage reduction catalyst is deteriorated by determining whether or not the NOx storage reduction catalyst is deteriorated.
前記触媒劣化判定手段は、前記触媒温度検出手段により検出される温度と前記基準となる温度との差の変化幅を求め、この変化幅が第2所定値よりも大きくなったときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Further comprising a catalyst reference temperature calculation means for calculating a reference temperature of the NOx storage reduction catalyst after the addition of the reducing agent by the reducing agent addition means,
The catalyst deterioration determination means obtains a change width of a difference between the temperature detected by the catalyst temperature detection means and the reference temperature, and when the change width becomes larger than a second predetermined value, the occlusion reduction 4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein it is determined that the type NOx catalyst has deteriorated.
前記還元剤添加手段は、1回あたりの還元剤添加量が異なる少なくとも2種類の還元剤添加を行い、
前記触媒劣化判定手段は、少なくとも2種類の還元剤添加のそれぞれの場合について前記触媒温度検出手段により検出される温度と前記基準となる温度との差の変化幅を求め、この少なくとも2種類の還元剤添加の前記変化幅の差が第3所定値よりも大きいときに前記吸蔵還元型NOx触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機
関の排気浄化装置。 Further comprising a catalyst reference temperature calculation means for calculating a reference temperature of the NOx storage reduction catalyst after the addition of the reducing agent by the reducing agent addition means,
The reducing agent addition means performs at least two kinds of reducing agent additions with different reducing agent addition amounts per time,
The catalyst deterioration determining means obtains a change width of a difference between the temperature detected by the catalyst temperature detecting means and the reference temperature in each case of at least two kinds of reducing agent addition, and the at least two kinds of reductions 4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the storage reduction type NOx catalyst is determined to have deteriorated when the difference in the change width of the additive addition is larger than a third predetermined value.
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JP (1) | JP2006009698A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013036345A (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Honda Motor Co Ltd | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
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2004
- 2004-06-25 JP JP2004188502A patent/JP2006009698A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013036345A (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Honda Motor Co Ltd | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
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