JP2008057404A - Catalyst deterioration diagnosis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒劣化診断装置に関する。 The present invention relates to a catalyst deterioration diagnosis apparatus.
環境保全の観点から、自動車に対し、有害物質排出量を規制するエミッション規制が従来より行われている。更に、排気浄化装置の故障や劣化を車両上で自動的に診断するOBDシステム(On-Board Diagnostic System)の搭載を義務付けるOBD規制も行われている。 From the viewpoint of environmental conservation, emission regulations that regulate the amount of harmful substances emitted from automobiles have been conventionally performed. Furthermore, OBD regulations that require the installation of an OBD system (On-Board Diagnostic System) for automatically diagnosing a failure or deterioration of an exhaust purification device on a vehicle are also in place.
周知のように、三元触媒は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンである場合には、NOxを十分に浄化することができない。このため、理論空燃比より希薄な空燃比で運転可能なリーンバーンエンジンに対しては、排気空燃比がリーンである場合にNOxを吸蔵可能なNOx触媒を排気通路に設置することが行われている。 As is well known, the three-way catalyst cannot sufficiently purify NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, for a lean burn engine that can be operated at an air / fuel ratio leaner than the stoichiometric air / fuel ratio, a NOx catalyst that can store NOx when the exhaust air / fuel ratio is lean is installed in the exhaust passage. Yes.
リーンバーンエンジンのOBDシステムとして、特許3316066号公報には、NOx触媒の下流にNOxセンサを設け、このNOxセンサにより検出された実際のNOx濃度に基づくNOx排出量を所定時間積分し、その積分値に基づいてリーンNOx触媒の故障の有無を診断する排気ガス浄化装置の故障診断装置が開示されている。 As a lean burn engine OBD system, Japanese Patent No. 3316066 has a NOx sensor downstream of a NOx catalyst, integrates NOx emissions based on the actual NOx concentration detected by the NOx sensor for a predetermined time, and integrates the integrated value. An exhaust gas purification device failure diagnosis device that diagnoses the presence or absence of a failure of a lean NOx catalyst based on the above is disclosed.
周知のとおり、リーンバーンエンジンにおいては、NOx触媒に溜まったNOxを還元浄化するため、排気空燃比を一時的にリッチまたは理論空燃比とするリッチスパイクが周期的に実行される。このため、リーンバーンエンジンの場合、大気中へ排出されるNOxには、リーンバーン運転時のすり抜けNOxと、リッチスパイク時の吐き出しNOxとがある。リーンバーン運転時のすり抜けNOxとは、エンジンから排出されたNOxのうち、NOx触媒で捕捉されずに、NOx触媒をすり抜けて排出されるNOxである。リッチスパイク時の吐き出しNOxとは、NOx触媒に吸蔵されていたNOxのうち、リッチスパイク時に還元しきれなかった分のNOxがNOx触媒から吐き出される形で排出されるものである。 As is well known, in the lean burn engine, in order to reduce and purify NOx accumulated in the NOx catalyst, a rich spike in which the exhaust air-fuel ratio is temporarily rich or the stoichiometric air-fuel ratio is periodically executed. For this reason, in the case of a lean burn engine, NOx discharged to the atmosphere includes slip-through NOx during lean burn operation and discharge NOx during rich spike operation. The slip-through NOx during lean burn operation is NOx that is not trapped by the NOx catalyst and is exhausted through the NOx catalyst out of NOx discharged from the engine. Exhaust NOx at the time of rich spike is NOx occluded in the NOx catalyst, and NOx that cannot be reduced at the time of rich spike is exhausted in the form of being exhausted from the NOx catalyst.
ところで、現在実用化されている限界電流式のNOxセンサは、原理上、NOxだけでなく、NH3にも感応してしまうという特性を持っている。そして、排気空燃比がリッチなときには、還元剤(未燃燃料)と窒素ガスとが触媒で反応することにより、NH3が生成される。よって、排気空燃比がリッチなとき(リッチスパイク時)には、NOxセンサが排気ガス中のNH3にも感応してしまうため、NOxだけの濃度を検出することができない。このため、NOxセンサでは、リッチスパイク時の吐き出しNOxの排出量を検出することはできない。このようなことから、上記従来の故障診断装置を含め、NOxセンサを備えた従来のOBDシステムでは、排気ガス中にNH3の含まれないリーンバーン運転時にのみ、NOxセンサでNOx濃度を検出するようにしている(特許3316066号公報の段落0018および0019参照)。 By the way, the limit current type NOx sensor currently in practical use has a characteristic that it is sensitive not only to NOx but also to NH 3 in principle. When the exhaust air-fuel ratio is rich, NH 3 is produced by the reaction of the reducing agent (unburned fuel) and nitrogen gas with the catalyst. Therefore, when the exhaust air-fuel ratio is rich (during a rich spike), the NOx sensor is sensitive to NH 3 in the exhaust gas, so that the concentration of NOx alone cannot be detected. For this reason, the NOx sensor cannot detect the amount of NOx discharged during the rich spike. For this reason, in the conventional OBD system having the NOx sensor, including the conventional failure diagnosis apparatus, the NOx concentration is detected by the NOx sensor only during the lean burn operation in which the exhaust gas does not contain NH 3. (See paragraphs 0018 and 0019 of Japanese Patent No. 3316066).
しかしながら、最近の厳しい規制の下では、リーンバーン運転時のすり抜けNOxを検出するだけでは、NOx触媒の劣化検出が困難となる場合がある。この点について、以下に説明する。 However, under recent strict regulations, it may be difficult to detect deterioration of the NOx catalyst only by detecting slip-through NOx during lean burn operation. This point will be described below.
図12および13に、欧州STEPIVと、米国SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle)における、NOxのエミッション規制値およびOBD規制値を示す。図13に示すように、米国SULEVでは、エミッション規制値が厳しいだけでなく、OBD規制値がエミッション規制値の1.75倍と極めて厳しい。つまり、劣化検出巾が極めて小さく、NOx触媒の劣化を極めて高い精度で診断することが求められている。 12 and 13 show the emission restriction values and OBD restriction values for NOx in Europe STEPIV and US SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle). As shown in FIG. 13, in the US SULEV, not only the emission regulation value is strict, but the OBD regulation value is 1.75 times the emission regulation value, which is extremely strict. That is, the deterioration detection range is extremely small, and it is required to diagnose the deterioration of the NOx catalyst with extremely high accuracy.
図14は、リーンバーンエンジンシステムから排出されるNOxの実験データを、横軸に時間、縦軸にNOx排出量をとって示す図であり、(a)が欧州STEPIV用のNOx触媒を用いた場合、(b)が米国SULEV用のNOx触媒を用いた場合である。図14(a)および(b)中、実線のグラフは、エミッション規制値相当の触媒、すなわち劣化していない触媒を用いた場合のデータである。一方、破線のグラフは、OBD規制値相当の触媒、すなわち、OBD規制上、劣化を検出しなければならないレベルまで劣化した触媒を用いた場合のデータである。つまり、欧州STEPIVのOBD規制をクリアするには、NOx排出量が図14(a)中の破線のレベルにまで増加したら、これを検出しなければならない。一方、米国SULEVのOBD規制をクリアするには、NOx排出量が図14(b)中の破線のレベルにまで増加した場合には、これを検出しなければならない。 FIG. 14 is a diagram showing experimental data of NOx discharged from a lean burn engine system, with time on the horizontal axis and NOx emission on the vertical axis. (A) shows the use of a European STEPIV NOx catalyst. In the case, (b) is a case where a NOx catalyst for US SULEV is used. In FIGS. 14A and 14B, the solid line graph is data in the case of using a catalyst corresponding to the emission regulation value, that is, a catalyst that has not deteriorated. On the other hand, the broken line graph is data when using a catalyst corresponding to the OBD regulation value, that is, a catalyst that has deteriorated to a level at which the degradation must be detected in the OBD regulation. In other words, in order to clear the European STEPIV OBD regulations, when the NOx emission amount increases to the level of the broken line in FIG. 14A, this must be detected. On the other hand, in order to clear the US SULEV OBD regulation, when the NOx emission amount increases to the level of the broken line in FIG. 14B, this must be detected.
図14(a)から分かるとおり、欧州STEPIVの場合には、エミッション規制値相当の触媒と、OBD規制値相当の触媒とでは、リーンバーン運転時のすり抜けNOxの排出量に比較的大きな差が認められる。このため、欧州STEPIVのOBD規制の場合には、リーンバーン運転時のすり抜けNOxの排出量をNOxセンサによって検出し、その検出値を所定の判定値と比較することで、劣化判定を行うことが可能である。 As can be seen from FIG. 14 (a), in the case of Europe STEPIV, there is a relatively large difference in the amount of exhausted NOx during lean burn operation between the catalyst equivalent to the emission regulation value and the catalyst equivalent to the OBD regulation value. It is done. For this reason, in the case of the European STEPIV OBD regulations, the NOx sensor detects the exhaust amount of slipping NOx during lean burn operation, and the detection value is compared with a predetermined determination value to perform deterioration determination. Is possible.
一方、図14(b)から分かるとおり、更に厳しい米国SULEVの場合には、エミッション規制値相当の触媒と、OBD規制値相当の触媒との何れも、リーンバーン運転時のすり抜けNOx排出量がほぼゼロに近いため、両者には僅かな差しかない。このため、米国SULEVの場合には、リーンバーン運転時のすり抜けNOxの排出量をNOxセンサによって検出しても、劣化判定を行うことが困難である。一方、リッチスパイク時の吐き出しNOx排出量については、エミッション規制値相当の触媒、OBD規制値相当の触媒とで比較的大きな差がある。しかしながら、上述したように、リッチ空燃比のときには、NOxセンサでは、NOx濃度を正確に検出することができない。このため、リッチスパイク時の吐き出しNOxの排出量の差で、触媒劣化を判定することもできない。 On the other hand, as can be seen from FIG. 14 (b), in the case of the more severe US SULEV, both the catalyst equivalent to the emission regulation value and the catalyst equivalent to the OBD regulation value almost pass through the NOx emission during the lean burn operation. Since it is close to zero, there is little difference between them. For this reason, in the case of US SULEV, it is difficult to determine the deterioration even if the NOx sensor detects the exhaust amount of NOx passing through during lean burn operation. On the other hand, there is a relatively large difference between the NOx emission amount at the time of rich spike between the catalyst equivalent to the emission regulation value and the catalyst equivalent to the OBD regulation value. However, as described above, the NOx concentration cannot be accurately detected by the NOx sensor at the rich air-fuel ratio. For this reason, the catalyst deterioration cannot be determined based on the difference in the discharge amount of the discharged NOx during the rich spike.
このように、OBD規制が厳しくなってくると、排気ガス中のNOx濃度をNOxセンサによって検出する手法では、触媒劣化の判定が困難であるという問題がある。 As described above, when the OBD regulation becomes stricter, there is a problem that it is difficult to determine catalyst deterioration by the method of detecting the NOx concentration in the exhaust gas by the NOx sensor.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型のNOx触媒の劣化を高い精度で診断することのできる触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a catalyst deterioration diagnosis device capable of diagnosing deterioration of a NOx storage reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine with high accuracy. The purpose is to provide.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型のNOx触媒の劣化を診断する装置であって、
前記NOx触媒の下流側に配置されたNOxセンサと、
前記内燃機関のリーン空燃比運転中に排気ガスの空燃比を一時的にリッチまたは理論空燃比とするリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
前記NOxセンサの出力を、リッチスパイク終了時付近の期間を含む期間において積算することによりNOxセンサ出力積算値を算出する算出手段と、
前記NOxセンサ出力積算値に基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an apparatus for diagnosing deterioration of an NOx storage reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A NOx sensor disposed downstream of the NOx catalyst;
Rich spike means for performing a rich spike in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily rich or the stoichiometric air-fuel ratio during lean air-fuel ratio operation of the internal combustion engine;
Calculating means for calculating the NOx sensor output integrated value by integrating the output of the NOx sensor in a period including a period near the end of the rich spike;
Diagnosing means for diagnosing deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記NOxセンサは、NH3を検出する機能を併有するものであることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The NOx sensor has a function of detecting NH 3 together.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記NOxセンサは、限界電流式NOxセンサであることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The NOx sensor is a limiting current type NOx sensor.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記リッチスパイク終了時付近の期間は、前記NOxセンサの出力が一時的に急増する期間であることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The period near the end of the rich spike is a period in which the output of the NOx sensor temporarily increases rapidly.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記リッチスパイクにより前記NOx触媒へ流入した還元剤量を算出する還元剤量算出手段を更に備え、
前記リッチスパイク手段は、前記還元剤量が所定量に達したら、リッチスパイクを終了することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
Reducing agent amount calculating means for calculating the reducing agent amount that has flowed into the NOx catalyst due to the rich spike,
The rich spike means ends the rich spike when the amount of the reducing agent reaches a predetermined amount.
また、第6の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記リッチスパイクにより前記NOx触媒に流入した還元剤量を算出する還元剤量算出手段を更に備え、
前記診断手段は、前記NOxセンサ出力積算値と、前記還元剤量とに基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断することを特徴とする。
According to a sixth invention, in any one of the first to fourth inventions,
Reducing agent amount calculating means for calculating the reducing agent amount flowing into the NOx catalyst due to the rich spike,
The diagnosis means diagnoses the deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value and the amount of the reducing agent.
また、第7の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記リッチスパイクによる還元時間を計時する還元時間計時手段を更に備え、
前記診断手段は、前記NOxセンサ出力積算値と、前記還元時間とに基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断することを特徴とする。
According to a seventh invention, in any one of the first to fourth inventions,
A reduction time measuring means for measuring the reduction time due to the rich spike;
The diagnosis means diagnoses the deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value and the reduction time.
第1の発明によれば、NOx触媒の下流側に配置されたNOxセンサの出力を、リッチスパイク終了時付近の期間を含む期間において積算することによりNOxセンサ出力積算値を算出し、そのNOxセンサ出力積算値に基づいて、NOx触媒の劣化を診断することができる。本発明者らの知見によれば、リッチスパイク終了時付近の期間におけるNOxセンサの出力は、その大部分がNOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3に起因するものである。そして、NOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3の量は、リッチスパイク時の吐き出しNOxの量と深い相関を有している。よって、上記NOxセンサ出力積算値は、リッチスパイク時の吐き出しNOxの量と深い相関を有していることになる。ところで、NOx触媒の劣化度合いが小さい場合には、リーンバーン運転時のすり抜けNOxの量にはほとんど差が現れない場合が多い。これに対し、第1の発明によれば、リッチスパイク時の吐き出しNOxの量と深く相関する上記NOxセンサ出力積算値に基づいて劣化を診断することができるため、劣化度合いの小さいNOx触媒であっても、その劣化を確実に検出することができる。このため、第1の発明によれば、NOx触媒の劣化を高い精度で診断することができる。 According to the first invention, the NOx sensor output integrated value is calculated by integrating the output of the NOx sensor disposed downstream of the NOx catalyst in a period including the period near the end of the rich spike, and the NOx sensor Based on the output integrated value, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst. According to the knowledge of the present inventors, the output of the NOx sensor in the period near the end of the rich spike is mostly due to ammonia NH 3 that has slipped downstream of the NOx catalyst. The amount of ammonia NH 3 that has slipped downstream of the NOx catalyst has a deep correlation with the amount of NOx discharged during the rich spike. Therefore, the NOx sensor output integrated value has a deep correlation with the amount of discharged NOx during the rich spike. By the way, when the degree of deterioration of the NOx catalyst is small, there is often no difference in the amount of slipping NOx during the lean burn operation. On the other hand, according to the first aspect of the present invention, the deterioration can be diagnosed based on the integrated NOx sensor output value that is deeply correlated with the amount of NOx discharged during the rich spike. However, the deterioration can be reliably detected. For this reason, according to the first invention, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst with high accuracy.
第2の発明によれば、NOxセンサにより、NOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3を精度良く検出することができる。NOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3の量は、NOx触媒の還元効率と深い相関を有している。このため、第2の発明によれば、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the second aspect of the invention, the ammonia NH 3 slipped downstream of the NOx catalyst can be detected with high accuracy by the NOx sensor. The amount of ammonia NH 3 slipped downstream of the NOx catalyst has a deep correlation with the reduction efficiency of the NOx catalyst. For this reason, according to the second invention, the deterioration of the NOx catalyst can be diagnosed with higher accuracy.
第3の発明によれば、NOxセンサが限界電流式NOxセンサであるので、排気ガス中のアンモニアNH3を精度良く検出することができる。このため、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the third aspect, since the NOx sensor is a limiting current type NOx sensor, ammonia NH 3 in the exhaust gas can be detected with high accuracy. For this reason, deterioration of the NOx catalyst can be diagnosed with higher accuracy.
第4の発明によれば、リッチスパイク終了時付近でNOxセンサ出力が一時的に急増する期間を含む期間のNOxセンサ出力を積算することにより、NOxセンサ出力積算値を算出することができる。リッチスパイク終了時付近でNOxセンサ出力が一時的に急増する期間では、NOxセンサ出力の大部分がアンモニアNH3によるものであると判断できる。よって、そのような期間を含む期間のNOxセンサ出力を積算してNOxセンサ出力積算値を算出することにより、NOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3の量と精度良く相関するNOxセンサ出力積算値を求めることができる。そして、NOx触媒の下流にすり抜けたアンモニアNH3の量は、NOx触媒の還元効率と深い相関を有している。このようなことから、第4の発明によれば、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the NOx sensor output integrated value can be calculated by integrating the NOx sensor output in a period including a period in which the NOx sensor output temporarily increases rapidly near the end of the rich spike. It can be determined that most of the NOx sensor output is due to ammonia NH 3 during the period in which the NOx sensor output temporarily increases near the end of the rich spike. Therefore, the NOx sensor output integrated value that accurately correlates with the amount of ammonia NH 3 that has slipped downstream of the NOx catalyst by calculating the NOx sensor output integrated value by integrating the NOx sensor output of the period including such a period. Can be requested. The amount of ammonia NH 3 slipped downstream of the NOx catalyst has a deep correlation with the reduction efficiency of the NOx catalyst. Thus, according to the fourth aspect of the invention, it is possible to diagnose deterioration of the NOx catalyst with higher accuracy.
第5の発明によれば、リッチスパイク時に供給される還元剤の総量を毎回一定とすることができる。還元剤量が一定であると、アンモニアNH3の生成量も一定にすることができる。アンモニアNH3の生成量が一定であると、NOx触媒の下流に流れたアンモニアNH3の量、すなわちNOxセンサ出力積算値を、吐き出しNOxの量、すなわち還元効率により正確に相関させることができる。このため、第5の発明によれば、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the fifth aspect, the total amount of reducing agent supplied during the rich spike can be made constant each time. If the amount of the reducing agent is constant, the amount of ammonia NH 3 produced can also be made constant. When the amount of ammonia NH 3 produced is constant, the amount of ammonia NH 3 flowing downstream of the NOx catalyst, that is, the NOx sensor output integrated value, can be accurately correlated with the amount of NOx discharged, that is, the reduction efficiency. For this reason, according to the fifth aspect, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst with higher accuracy.
第6の発明によれば、NOxセンサ出力積算値と、リッチスパイクによりNOx触媒に流入した還元剤量とに基づいて、NOx触媒の劣化を診断することができる。NOxセンサ出力積算値をNOx触媒への流入還元剤量で除した値は、NOx触媒の還元効率をより的確に表す値となる。よって、第6の発明によれば、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the sixth invention, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst based on the integrated value of the NOx sensor output and the amount of reducing agent that has flowed into the NOx catalyst due to the rich spike. The value obtained by dividing the NOx sensor output integrated value by the amount of reducing agent flowing into the NOx catalyst is a value that more accurately represents the reduction efficiency of the NOx catalyst. Therefore, according to the sixth aspect, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst with higher accuracy.
第7の発明によれば、NOxセンサ出力積算値と、リッチスパイクによる還元時間とに基づいて、NOx触媒の劣化を診断することができる。NOxセンサ出力積算値を還元時間で除した値は、NOx触媒の還元効率をより的確に表す値となる。よって、第7の発明によれば、NOx触媒の劣化をより高い精度で診断することができる。 According to the seventh aspect, it is possible to diagnose the deterioration of the NOx catalyst based on the integrated value of the NOx sensor output and the reduction time due to the rich spike. A value obtained by dividing the NOx sensor output integrated value by the reduction time is a value that more accurately represents the reduction efficiency of the NOx catalyst. Therefore, according to the seventh aspect, the deterioration of the NOx catalyst can be diagnosed with higher accuracy.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、内燃機関10を備えている。図示の内燃機関10は、#1〜#4の4つの気筒を備えた直列4気筒型のものであるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an
内燃機関10は、理論空燃比より希薄な空燃比(以下「リーン空燃比」という)で燃料を燃焼させて運転することが可能なものである。内燃機関10は、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射式のもの、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のもの、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用するもの、の何れでもよい。
The
また、本実施形態では、内燃機関10は火花点火式であるものとするが、本発明は、圧縮着火式内燃機関の触媒劣化診断装置にも適用可能である。
In the present embodiment, the
内燃機関10の排気通路12の途中には、二つのスタート触媒(上流触媒)14,16と、一つのNOx触媒(NSR)18とが配置されている。スタート触媒14には、#1気筒および#4気筒からの排気ガスが流入し、スタート触媒16には、#2気筒および#3気筒からの排気ガスが流入する。そして、スタート触媒14を通過した排気ガスと、スタート触媒16を通過した排気ガスとが合流して、NOx触媒18に流入する。
Two start catalysts (upstream catalysts) 14 and 16 and one NOx catalyst (NSR) 18 are disposed in the
スタート触媒14,16は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときに酸素の吸蔵・脱離を伴ってHC,COおよびNOxを同時に浄化可能な三元触媒としての機能を有している。
The
NOx触媒18は、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比であるときには吸蔵したNOxをN2に還元浄化して放出する、NOx吸蔵還元型触媒としての機能を有している。また、このNOx触媒18は、酸素を吸蔵する能力も有している。そして、NOx触媒18は、内燃機関10が理論空燃比で運転されているときには、三元触媒として機能することができる。
The
本実施形態のNOx触媒18は、厳しい排出ガス規制に対応可能な高性能のNOx触媒であるものとする。
The
排気通路12には、スタート触媒14の上流側にA/Fセンサ20が、スタート触媒16の上流側にA/Fセンサ22が、NOx触媒18の上流側にA/Fセンサ24が、NOx触媒18の下流側にNOxセンサ25およびO2センサ26が、それぞれ配置されている。
In the
なお、A/Fセンサ20,22,24は、それぞれ、排気ガスの空燃比に応じたリニアな出力を発する空燃比センサである。O2センサ26は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発する酸素センサである。
Each of the A /
NOxセンサ25は、排気ガス中のNOx濃度を検出する機能を有しているとともに、排気ガス中のNH3(アンモニア)の濃度を検出する機能も有している。このNOxセンサ25については、後に詳しく説明する。
The
NOx触媒18には、その温度(床温)TCATを検出する温度センサ28が設置されている。なお、本発明では、NOx触媒18の温度TCATを温度センサ28によって直接検出するのではなく、NOx触媒18の上流または下流に設けた排気温センサで検出された排気温度からNOx触媒18の温度TCATを推定するようにしてもよい。あるいは、内燃機関10の運転状態に基づいてNOx触媒18の温度TCATを推定するようにしてもよい。
The
また、内燃機関10には、空気を吸入し、各気筒に分配する吸気系(図示せず)が接続されている。
The
実施の形態1のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)30を備えている。ECU30には、上述した各センサのほか、機関回転数NE、吸気圧PM、吸入空気量GA、スロットル開度THなどを検出する各種のセンサや、燃料インジェクタ、点火プラグ、スロットル弁などの各種のアクチュエータが電気的に接続されている。
The system according to the first embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 30. In addition to the sensors described above, the
本システムの内燃機関10は、所定の運転領域において、リーン空燃比燃焼による運転(以下「リーンバーン運転」という)を行う。リーンバーン運転中は、スタート触媒14,16ではNOxを浄化できないため、NOxはNOx触媒18に一時吸蔵される。そして、NOx触媒18にNOxが貯まると、ECU30は、NOx触媒18に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチまたは理論空燃比に切り換えるリッチスパイクを実施する。これにより、NOx触媒18に吸蔵されたNOxを離脱させ、還元浄化して放出することができる。
The
NOx触媒18に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチまたは理論空燃比にする方法としては、内燃機関10の燃焼空燃比をリッチまたは理論空燃比にする方法、膨張行程後半または排気行程において筒内インジェクタから追加の燃料を噴射する方法、NOx触媒18の上流側の排気通路12内に燃料を噴射する方法、の何れの方法でもよい。本実施形態では、内燃機関10の燃焼空燃比をリッチまたは理論空燃比にする方法により、リッチスパイクを実施するものとする。
As a method of temporarily making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
図2は、図1に示すシステムが備えるNOxセンサ25のセンサ部の構成を示す断面図である。以下に説明するとおり、本実施形態におけるNOxセンサ25は、限界電流式のNOxセンサである。図2に示すように、NOxセンサ25のセンサ部は互いに積層された6つの酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これらの6つの固体電解質層を以下、上から順に第1層L1、第2層L2、第3層L3、第4層L4、第5層L5、第6層L6と称する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor portion of the
第1層L1と第3層L3との間に例えば多孔質の第1の拡散律速部材50と第2の拡散律速部材51とが配置されており、これら拡散律速部材50と51との間には第1室52が、第2の拡散律速部材51と第2層L2との間には第2室53が形成されている。また、第3層L3と第5層L5との間には外気に連通している大気室54が形成されている。一方、第1の拡散律速部材50の外端面は排気ガスと接触している。従って排気ガスは第1の拡散律速部材50を介して第1室52内に流入し、斯くして第1室52内は排気ガスで満たされている。
First layer L 1 and the first diffusion-controlling
一方、第1室52に面する第1層L1の内周面上には陰極側第1ポンプ電極55が形成されており、第1層L1の外周面上には陽極側第1ポンプ電極56が形成されており、これら第1ポンプ電極55,56間には第1ポンプ電圧源57により電圧が印加される。第1ポンプ電極55,56間に電圧が印加されると第1室52内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第1ポンプ電極55と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第1層L1内を陽極側第1ポンプ電極56に向けて流れる。従って第1室52内の排気ガス中に含まれる酸素は第1層L1内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第1ポンプ電圧源57の電圧が高くなるほど多くなる。
On the other hand, on the inner surface of the first layer L 1 that faces the
一方、大気室54に面する第3層L3の内周面上には基準電極58が形成されている。ところで酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図2に示す例では大気室54内の酸素濃度の方が第1室52内の酸素濃度よりも高いので大気室54内の酸素は基準電極58と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第3層L3、第2層L2および第1層L1内を移動し、陰極側第1ポンプ電極55において電荷を放出する。その結果、基準電極58と陰極側第1ポンプ電極55間に符号59で示す電圧V0が発生する。この電圧V0は大気圧室54内と第1室52内の酸素濃度差に比例する。
On the other hand, a
図2に示される例ではこの電圧V0が、第1室52内の酸素濃度が1p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように第1ポンプ電圧源57の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第1室52内の酸素は第1室52内の酸素濃度が1p.p.m.となるように第1層L1を通って汲み出され、それによって第1室52内の酸素濃度が1p.p.m.に維持される。
In the example shown in FIG. 2, the voltage of the first
なお、陰極側第1ポンプ電極55はNOxに対しては還元性の低い材料、例えば金Auと白金Ptとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるNOxは第1室52内ではほとんど還元されない。従ってこのNOxは第2の拡散律速部材51を通って第2室53内に流入する。一方、第2室53に面する第1層L1の内周面上には陰極側第2ポンプ電極60が形成されており、この陰極側第2ポンプ電極60と陽極側第1ポンプ電極56との間には第2ポンプ電圧源61により電圧が印加される。これらポンプ電極60,56間に電圧が印加されると第2室53内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第2ポンプ電極60と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第1層L1内を陽極側第1ポンプ電極56に向けて流れる。従って第2室53内の排気ガス中に含まれる酸素は第1層L1内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第2ポンプ電圧源61の電圧が高くなるほど多くなる。
The cathode-side
一方、前述したように酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図2に示す例では大気室54内の酸素濃度の方が第2室53内の酸素濃度よりも高いので大気室54内の酸素は基準電極58と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第3層L3、第2層L2および第1層L1内を移動し、陰極側第2ポンプ電極60において電荷を放出する。その結果、基準電極58と陰極側第2ポンプ電極60間に符号62で示す電圧V1が発生する。この電圧V1は大気圧室54内と第2室53内の酸素濃度差に比例する。
On the other hand, as described above, in an oxygen ion conductive solid electrolyte, if there is a difference in oxygen concentration on both sides of the solid electrolyte layer, oxygen ions move in the solid electrolyte layer from the high oxygen concentration side to the low oxygen concentration side. . In the example shown in FIG. 2, the oxygen concentration in the
図2に示される例ではこの電圧V1が、第2室53内の酸素濃度が0.01p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように第2ポンプ電圧源61の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第2室53内の酸素は第2室53内の酸素濃度が1.01p.p.m.となるように第1層L1を通って汲み出され、それによって第2室53内の酸素濃度が0.01p.p.m.に維持される。
In the example shown in FIG. 2, the voltage of the second
なお、陰極側第2ポンプ電極60もNOxに対しては還元性の低い材料、例えば金Auと白金Ptとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるNOxは陰極側第2ポンプ電極60と接触してもほとんど還元されない。一方、第2室53に面する第3層L3の内周面上にはNOx検出用の陰極側ポンプ電極63が形成されている。この陰極側ポンプ電極63はNOxに対して強い還元性を有する材料、例えばロジウムRhや白金Ptから形成されている。従って第2室53内のNOx、実際には大部分を占めるNOが陰極側ポンプ電極63上においてN2とO2に分解される。この陰極側ポンプ電極63と基準電極58間には一定電圧64が印加されており、従って陰極側ポンプ電極63上において分解生成されたO2は酸素イオンとなって第3層L3内を基準電極58に向けて移動する。このとき陰極側ポンプ電極63と基準電極58間にはこの酸素イオン量に比例した符号65で示す電流I1が流れる。
The cathode-side
前述したように第1室52内ではNOxはほとんど還元されず、また第2室53内には酸素はほとんど存在しない。従って電流I1は排気ガス中に含まれるNOx濃度に比例することになり、斯くして電流I1から排気ガス中のNOx濃度を検出することになる。
As described above, NOx is hardly reduced in the
一方、排気ガス中に含まれるアンモニアNH3は、第1室52内においてNOとH2Oに分解され(4NH3+5O2→4NO+6H2O)、この分解されたNOは第2の拡散律速部材51を通って第2室53内に流入する。このNOは陰極側ポンプ電極63上においてN2とO2に分解され、分解組成されたO2は酸素イオンとなって第3層L3内を基準電極58に向けて移動する。このときにも電流I1は排気ガス中に含まれるNH3濃度に比例し、斯くして電流I1から排気ガス中のNH3濃度を検出できることになる。
On the other hand, ammonia NH 3 contained in the exhaust gas is decomposed into NO and H 2 O in the first chamber 52 (4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O), and the decomposed NO is the second diffusion rate-limiting member. It flows into the
このように、本実施形態におけるNOxセンサ25は、その原理上、排気ガス中のNOxを検出するだけでなく、NH3をも同時に検出することとなる。このため、排気ガス中にNH3が存在する場合には、NOxセンサ25の電流I1(以下単に「NOxセンサ25の出力」と称する)は、NOxによる出力と、NH3による出力とが合わさった値となる。
Thus, in principle, the
一方、排気ガス中の酸素濃度が高いほど、すなわち空燃比がリーンであるほど第1室52から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号66で示す電流I2が増大する。従ってこの電流I2から排気ガスの空燃比を検出することができる。
On the other hand, the higher the oxygen concentration in the exhaust gas, i.e., air-fuel ratio becomes large amount of oxygen pumped from the
なお、第5層L5と第6層L6との間にはNOxセンサ25のセンサ部を加熱するための電気ヒータ67が配置されており、この電気ヒータ67によってNOxセンサ25のセンサ部は700℃から800℃に加熱される。
An
次に、排気ガス中のアンモニアの濃度について、図3を参照して説明する。図3は、タイミングチャートであり、(a)がA/Fセンサ24の出力、(b)がNOx触媒18の下流のNOx濃度、(c)がNOxセンサ25の出力、をそれぞれ示す。
Next, the concentration of ammonia in the exhaust gas will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a timing chart, where (a) shows the output of the A /
図3中、時刻t1以前は、内燃機関10のリーンバーン運転中である。空燃比がリーンのとき、すなわち酸化雰囲気のときにはアンモニアNH3はほとんど発生しない。また、前述したように、リーンバーン運転中にNOx触媒18の下流にすり抜けるNOxは極めて少ない(図3(b)参照)。このため、リーンバーン運転中は、NOx触媒18の下流に、NOxおよびアンモニアNH3のいずれもがほとんど流通しないので、NOxセンサ25の出力はほぼゼロとなる。
In FIG. 3, before the time t1, the lean burn operation of the
ところが、リッチスパイクの実行により、排気空燃比がリッチになると、すなわち還元雰囲気になると、排気ガス中の窒素N2がスタート触媒14,16において炭化水素HCにより還元され、アンモニアNH3が生成される。しかしながら、排気空燃比がリッチになると、NOx触媒18からNOxが放出され、生成されたアンモニアNH3はこのNOxを還元するために使用される。このため、NOx触媒18からNOxが放出されている間は、より正確にはアンモニアNH3がNOxの放出および還元のために使用されている間は、NOx触媒18からアンモニアNH3はほとんど排出されない。よって、図3(c)に示すように、リッチスパイク開始時以降(時刻t1以降)も、しばらく、NOxセンサ25の出力は、ほぼゼロを維持する。
However, when the exhaust air-fuel ratio becomes rich due to execution of the rich spike, that is, when the reducing atmosphere is reached, nitrogen N 2 in the exhaust gas is reduced by the hydrocarbons HC in the
これに対してNOx触媒18からのNOxの放出が完了した後も空燃比がリッチにされていると、アンモニアNH3はもはやNOxの還元のために消費されることがなくなり、斯くしてこのときにはNOx触媒18からアンモニアNH3が排出されることになる。
On the other hand, if the air-fuel ratio is made rich even after the release of NOx from the
なお、上記の現象は、NOx触媒18の上流にスタート触媒14,16が設けられていない場合でも同様である。すなわち、NOx触媒18も還元機能を有する白金Pt等の触媒を具えているので、空燃比がリッチになるとNOx触媒18においてアンモニアNH3が生成される可能性がある。しかしながら、たとえアンモニアNH3が生成されたとしても、このアンモニアNH3はNOx触媒18から放出されたNOxを還元するために使用されるために、NOx触媒18からはアンモニアNH3がほとんど排出されない。ところがNOx触媒18からのNOxの放出が完了した後も空燃比がリッチにされていると、アンモニアNH3はもはやNOxの還元のために消費されることがなくなり、斯くしてこのときにもNOx触媒18からアンモニアNH3が排出されることになる。
The above phenomenon is the same even when the
上記のような事情から、リッチスパイク終了時(時刻t2)の付近では、NOx触媒18の下流にアンモニアNH3が流れる。このアンモニアNH3が、排気ガスの移送遅れにより、やや遅れて、NOxセンサ25に検出される。このため、図3(c)に示すように、リッチスパイク終了時の付近で、NOxセンサ25の出力が一時的に急に大きくなる。図3(b)に示すように、リッチスパイク終了時の付近では、前述した吐き出しNOxの影響で、NOx濃度も上昇する。しかしながら、このときのNOx濃度の上昇の仕方は、NOxセンサ25の出力の上昇の仕方に比して、小さい。つまり、リッチスパイク終了時の付近におけるNOxセンサ25の出力のうち、NOx(吐き出しNOx)による出力が占める割合は小さく、その大部分はアンモニアNH3による出力であると言える。
Due to the above circumstances, ammonia NH 3 flows downstream of the
前述したように、厳しいOBD規制の下では、未劣化のNOx触媒18と、OBD規制値相当に劣化したNOx触媒18(以下単に「劣化したNOx触媒18」と称する)とで、リーンバーン運転時のすり抜けNOxの量の差が極めて少ない。このため、すり抜けNOxをNOxセンサ18で検出しても、NOx触媒18の劣化を検出することが困難である。よって、リッチスパイク時の吐き出しNOxの量の差から、NOx触媒18の劣化を検出することが必要となる。しかしながら、上述したとおり、リッチスパイクに伴ってNOx触媒18の下流にアンモニアNH3が流れるため、NOxセンサ25の出力からは、吐き出しNOxの排出量を求めることができない。
As described above, under strict OBD regulations, an
本発明者らは、このような問題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、リッチスパイク終了時の付近のNOxセンサ25の出力を積算した値(以下「NOxセンサ出力積算値」という)に基づいて、NOx触媒18の劣化を精度良く診断することができることを見出した。
As a result of intensive studies to solve such a problem, the present inventors are based on a value obtained by integrating the outputs of the
NOx触媒18が劣化するほど、吐き出しNOxが多くなるが、これは、還元効率の低下によるものである。前述したように、排気ガス中に生成したアンモニアNH3は、NOx触媒18から放出されたNOxの還元のために消費されている限りは、NOx触媒18の下流に流れることはない。逆に言えば、還元効率の低下により、アンモニアNH3がNOxの還元に消費されにくくなるほど、より多くのアンモニアNH3がNOx触媒18の下流に流れることになる。よって、NOx触媒18の下流に流れるアンモニアNH3の量が多いほど、吐き出しNOxの量も多いと言える。前述したように、リッチスパイク終了時付近におけるNOxセンサ25の出力は、その大部分がアンモニアNH3によるものであるから、NOx触媒18の下流に流れるアンモニアNH3の量は、リッチスパイク終了時付近におけるNOxセンサ出力積算値と相関している。よって、リッチスパイク終了時付近におけるNOxセンサ出力積算値が大きいほど、吐き出しNOx量が多いと推定することができる。
As the
このように、本実施形態によれば、リッチスパイク時の吐き出しNOxの量と深く相関するNOxセンサ出力積算値に基づいてNOx触媒18の劣化を診断することができるため、より高い精度での劣化診断が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the deterioration of the
[実施の形態1における具体的処理] [Specific Processing in Embodiment 1]
図4は、上述した思想に基づいてNOx触媒18の劣化を診断するために本実施形態においてECU30が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図5は、実施の形態1の動作を説明するためのタイミングチャートである。図5中には、3回のリッチスパイクを含む動作が示されている。
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
図4に示すルーチンによれば、まず、NOx触媒18に流入するNOxの量を積算するカウンタNOxINの値が読み込まれる(ステップ100)。図5(a)は、このNOxINを示す。本実施形態では、内燃機関10の負荷および回転数と、時間当たりのNOx発生量との関係が実験により予め調査されており、その関係がECU30に予め記憶されているものとする。そして、ECU30は、その関係に基づいて、内燃機関10の現在の負荷および回転数における時間当たりのNOx発生量を算出し、その時間当たりNOx発生量の積算値をNOxINとして算出している。
According to the routine shown in FIG. 4, first, the value of the counter NOxIN that integrates the amount of NOx flowing into the
図5(b)は、リッチスパイク実行フラグFRを示す。リッチスパイクの実行中はFR=1とされ、リッチスパイクの非実行中はFR=0とされる。NOxINは、リッチスパイクの実行により、NOx触媒18に吸蔵されたNOxが放出された場合には、その後リセットされる。つまり、NOxINは、前回のリッチスパイクの終了後から現在までにNOx触媒18に流入したNOxの量(の推定値)を表している。
FIG. 5B shows the rich spike execution flag FR. FR = 1 is set during execution of the rich spike, and FR = 0 is set during non-execution of the rich spike. NOxIN is reset after the NOx occluded in the
なお、本発明では、NOxINを算出する方法は、内燃機関10の運転状態から推定する方法に限定されるものではない。すなわち、NOx触媒18の上流に、NOx濃度を検出可能なNOxセンサを配置し、そのNOxセンサの出力に基づいてNOxINを算出するようにしてもよい。
In the present invention, the method of calculating NOxIN is not limited to the method of estimating from the operating state of the
本実施形態では、NOx触媒18に流入したNOxの量NOxINが所定値Aに達した時点から、リッチスパイクを開始することとしている。そこで、上記ステップ100でNOxINを読み込んだら、そのNOxINが所定値A以上になったか否かが判別される(ステップ102)。ステップ102で、NOxINが所定値Aに未だ達していない場合には、次に、今回の処理サイクルで検出されたNOxセンサ25の出力NOxSが積算され、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTが更新される(ステップ104)。その後、今回の処理サイクルが終了される。
In the present embodiment, the rich spike is started when the NOx amount NOxIN flowing into the
図5(f)はNOxセンサ25の出力NOxSを、図5(g)はNOxセンサ出力積算値NOxSCNTを、それぞれ示す。図5(g)に示すように、本実施形態では、リッチスパイクの開始時から次回のリッチスパイクの開始時までの間、NOxセンサ出力NOxSを積算して、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTを算出するようにしている。そこで、上記ステップ102で、NOxINが所定値Aに達したと判別された場合には、まず、先回のNOxSの積算が終了される(ステップ106)。
FIG. 5 (f) shows the output NOxS of the
また、図5(g)に示すように、本実施形態では、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTが、NOxSCNTRとNOxSCNTLとに分離される。NOxSCNTRは、NOxセンサ出力NOxSの大部分が、リッチスパイク時に生成されたアンモニアNH3に起因するものであるような期間のNOxセンサ出力NOxSを積算した値である。一方、NOxSCNTLは、NOxセンサ出力NOxSの大部分が、リーン運転時のすり抜けNOxに起因するものであるような期間のNOxセンサ出力NOxSを積算した値である。上記ステップ106では、このNOxSCNTRを算出する処理も実行される。具体的には、図5(g)に示すように、NOxセンサ出力NOxSが一時的に急増している期間は、NOxセンサ出力NOxSの大部分がアンモニアNH3に起因するものであると判断できる。そこで、そのような期間内におけるNOxセンサ出力NOxSの積算値がNOxSCNTRとされ、それ以外の期間内におけるNOxセンサ出力NOxSの積算値がNOxSCNTLとされる。
In addition, as shown in FIG. 5G, in this embodiment, the NOx sensor output integrated value NOxSCNT is separated into NOxSCNT R and NOxSCNT L. NOxSCNT R is a value obtained by integrating the NOx sensor output NOxS during a period in which most of the NOx sensor output NOxS is caused by the ammonia NH 3 generated during the rich spike. On the other hand, NOxSCNT L is a value obtained by integrating the NOx sensor output NOxS during a period in which most of the NOx sensor output NOxS is caused by slipping NOx during lean operation. In
NOxINが所定値Aに達した場合には、上記ステップ106の処理に続いて、今回のリッチスパイクが開始され(ステップ108)、更に、今回のNOxセンサ出力NOxSの積算が開始される(ステップ110)。
When NOxIN reaches the predetermined value A, following the process of
図5(c)は、NOx触媒18の下流のO2センサ26の出力O2Sを示す。本実施形態では、O2センサ26の出力O2Sがリッチ出力となった時点で、リッチスパイクを終了することとしている。そこで、リッチスパイクの実行中は、O2センサ26の出力O2Sがリッチ出力になったか否かが判別され(ステップ112)、O2センサ26の出力O2Sがリッチ出力になったことが認められると、今回のリッチスパイクが終了される(ステップ114)。
FIG. 5C shows the output O 2 S of the O 2 sensor 26 downstream of the
リッチスパイクが終了されると、次に、NOx触媒18の劣化判定を実行すべき条件の成否が判別される(ステップ116)。この劣化判定実行条件は、具体的には以下の二つの条件である。
(1)リッチスパイク実行時の運転条件(機関回転数NE、スロットル開度TH、吸入空気量GA等)が所定の範囲内にあること。
(2)リッチスパイク実行時のNOx触媒18の温度TCATが所定の範囲内にあること。
When the rich spike is completed, next, it is determined whether or not a condition for performing the deterioration determination of the
(1) The operating conditions (engine speed NE, throttle opening TH, intake air amount GA, etc.) during execution of the rich spike are within a predetermined range.
(2) The temperature TCAT of the
上記(1)の条件は、NOxIN等の演算誤差による誤判定を防止するため、急加減速等のない所定の運転条件下でリッチスパイクが実施された場合のデータのみを触媒劣化判定の基礎とするために設けられた条件である。上記(2)の条件は、NOx触媒18の温度の影響による誤判定を防止するための条件である。すなわち、NOx触媒18の能力は、その温度によって変化する。そこで、NOx触媒18の能力が一定であるとみなせるような温度域でリッチスパイクが実施された場合のデータのみを触媒劣化判定の基礎とするため、上記(2)の条件を設けたものである。
The above condition (1) is based on only the data when the rich spike is performed under the predetermined operating conditions without sudden acceleration / deceleration, etc., to prevent erroneous determination due to calculation errors such as NOxIN. This is a condition provided for this purpose. The condition (2) is a condition for preventing erroneous determination due to the influence of the temperature of the
上記ステップ116で、劣化判定実行条件が成立していないと判別された場合には、触媒劣化判定を実施するべきでないと判断できる。このため、この場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。一方、上記ステップ116で、劣化判定実行条件が成立していると判別された場合には、次のようにして、触媒劣化判定が実行される。まず、上記ステップ106で算出されたNOxSCNTRと、所定の基準判定値Bとが比較される(ステップ118)。前述したように、リッチスパイクの終了時付近においてNOxセンサ出力NOxSを積算したNOxSCNTRが大きいほど、NOx触媒18の下流に流れたアンモニアNH3が多いと判断でき、また、NOx触媒18の下流に流れたアンモニアNH3が多いほど、リッチスパイク時の吐き出しNOx量が多いと判断できる。よって、上記ステップ106において、NOxSCNTRが基準判定値Bを超えている場合には、NOx触媒18が劣化していると判定される(ステップ120)。一方、NOxSCNTRが基準判定値B以下である場合には、NOx触媒18は正常である(劣化していない)と判定される(ステップ122)。
If it is determined in
次に、上記基準判定値Bについて説明する。図6は、横軸にNOx触媒18の温度TCAT、縦軸にNOxSCNTRをとった座標上に、複数回の実験データをプロットした図である。図6中、黒い正方形の点は、NOx排出量レベルがエミッション規制値相当であるようなNOx触媒18(以下、「正常な触媒(1)」という)を用いた場合の実験データである。これに対し、菱形(◆)の点は、NOx排出量レベルがOBD規制値相当であるようなNOx触媒18(以下、「劣化した触媒(2)」という)を用いた場合の実験データである。図6から分かるように、基準判定値Bを同図中の直線で示すような値に設定することにより、正常な触媒(1)と劣化した触媒(2)とを確実に判別することができる。
Next, the reference determination value B will be described. FIG. 6 is a diagram in which experimental data of a plurality of times are plotted on the coordinates where the horizontal axis represents the temperature TCAT of the
このように、本実施形態によれば、リッチスパイク時の吐き出しNOx量と相関するNOxセンサ出力積算値NOxSCNTRに基づいてNOx触媒18の劣化を診断することにより、極めて高い診断精度が得られる。
Thus, according to the present embodiment, extremely high diagnostic accuracy can be obtained by diagnosing the deterioration of the
なお、図6に示す例では、基準判定値BがNOx触媒18の温度TCATにかかわらず一定となっているが、基準判定値BをTCATに応じて変化させるべき傾向が認められる場合には、基準判定値BをTCATに応じて変化させるようにしてもよい。また、基準判定値Bを内燃機関10の他の運転条件に応じて変化させるようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 6, the reference determination value B is constant regardless of the temperature TCAT of the
また、図4に示すルーチンでNOxセンサ出力積算値NOxSCNTをNOxSCNTRとNOxSCNTLとに分離して、NOxSCNTRを基礎として触媒劣化判定を行っているが、このような判定手法に限定されるものではない。すなわち、NOxSCNTLは、NOxSCNTRに比して値が小さく、その影響は少ないため、分離前のNOxセンサ出力積算値NOxSCNTを基礎として触媒劣化判定を行ってもよい。また、初めからNOxSCNTRのみを算出するようにしてもよい。すなわち、本発明では、触媒劣化判定の基礎とするNOxセンサ出力NOxSの積算期間に、リッチスパイク終了時付近でNOxセンサ25の出力がアンモニアNH3の影響によって一時的に急増する期間が含まれていればよい。
Further, the NOx sensor output integrated value NOxSCNT is separated into NOxSCNT R and NOxSCNT L in the routine shown in FIG. 4 and the catalyst deterioration is determined based on NOxSCNT R. However, the determination method is limited to this method. is not. That is, since NOxSCNT L has a smaller value than NOxSCNT R and has less influence, NOxSCNT L may be subjected to catalyst deterioration determination based on the NOx sensor output integrated value NOxSCNT before separation. Further, only NOxSCNT R may be calculated from the beginning. In other words, in the present invention, the NOx sensor output NOxS integration period, which is the basis for determining catalyst deterioration, includes a period in which the output of the
また、上述した実施の形態1では、NOxセンサ出力NOxSをそのまま積算してNOxセンサ出力積算値NOxSCNTを算出するようにしているが、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTの算出方法はこれに限定されるものではない。例えば、NOxセンサ出力NOxSに、NOx触媒18への流入空気量(流入ガス量)に相当する重みを乗じた値を積算してNOxセンサ出力積算値NOxSCNTを算出するようにしてもよい。なお、NOx触媒18への流入空気量は、例えば、エアフロメータにより検出される吸入空気量GA、燃料噴射量、A/Fセンサ24の出力などに基づいて算出することができる。
In the first embodiment described above, the NOx sensor output NOxS is integrated as it is to calculate the NOx sensor output integrated value NOxSCNT. However, the method for calculating the NOx sensor output integrated value NOxSCNT is limited to this. is not. For example, the NOx sensor output integrated value NOxSCNT may be calculated by integrating a value obtained by multiplying the NOx sensor output NOxS by a weight corresponding to the amount of air flowing into the NOx catalyst 18 (inflowing gas amount). The amount of air flowing into the
また、上述した実施の形態1では、NOx触媒18の下流のO2センサ26の出力がリッチ出力になった時点で、リッチスパイクを終了することとしている。これに対し、NOxセンサ25のO2センサ機能あるいはA/Fセンサ機能を利用して、リッチスパイクの終了を判定するようにしてもよい。例えば、本実施形態のNOxセンサ25の場合には、図2を参照して説明したように、NOxセンサ25の電流I2から、排気ガスの空燃比を検出することができる。よって、この電流I2がリッチ出力になった時点で、リッチスパイクを終了するようにしてもよい。この場合には、NOx触媒18の下流のO2センサ26を設置する必要がなくなるので、コストの低減が図れる。
In the first embodiment described above, the rich spike is terminated when the output of the O 2 sensor 26 downstream of the
次に、実施の形態1の更に他の変形例について説明する。上述した図4に示すルーチンの処理では、NOx触媒18の下流のO2センサ26の出力がリッチ出力になった時点で、リッチスパイクを終了することとしている。これに対し、本変形例では、リッチスパイク開始時からNOx触媒18へ流入した還元剤の量が所定値Cに達した時点で、リッチスパイクを終了する。
Next, still another modification of the first embodiment will be described. In the processing of the routine shown in FIG. 4 described above, the rich spike is ended when the output of the O 2 sensor 26 downstream of the
NOx触媒18へ流入した還元剤の量を算出する方法は、特に限定されないが、例えば次のようにして算出することができる。図7は、還元剤量積算値RFCNTの算出方法を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図7(a)は、還元剤量積算値RFCNTの変化を示し、図7(b)は、A/Fセンサ24の出力AFS_2、すなわちNOx触媒18へ流入する排気ガスの空燃比AFS_2を示している。
The method for calculating the amount of the reducing agent that has flowed into the
還元剤量積算値RFCNTは、リッチスパイクによってNOx触媒18に流入した還元剤の量を示す値であり、次式により算出される。
RFCNT=Σ(単位時間当たりの還元剤量×ECU30の演算周期) ・・・(1)
The reducing agent amount integrated value RFCNT is a value indicating the amount of reducing agent that has flowed into the
RFCNT = Σ (reducing agent amount per unit time × operation period of ECU 30) (1)
リッチスパイク時にNOx触媒18に流入した燃料のうち、理論空燃比(ここでは14.6とする)とするのに必要な量を超える分の燃料(余剰燃料)が、還元剤として作用する。このため、単位時間当たりの還元剤量は次式により算出することができる。
還元剤量=(NOx触媒18への流入燃料量
−NOx触媒18への流入空気量/14.6)
=(1/AFS_2−1/14.6)×NOx触媒18への流入空気量
・・・(2)
Of the fuel that has flowed into the
Amount of reducing agent = (amount of fuel flowing into the NOx catalyst 18)
-Inflow air amount to
= (1 /
... (2)
ECU30は、リッチスパイクの実行中、上記(1)および(2)式に基づいて、還元剤量積算値RFCNTを逐次算出することができる。そして、本変形例では、上記のようにして算出される還元剤量積算値RFCNTが所定値Cに達した時点で、リッチスパイクを終了するものとする。これにより、リッチスパイク時に供給される還元剤の総量を毎回一定とすることができる。
The
一方、NOx触媒18の下流のO2センサ26がリッチ出力になった時点でリッチスパイクを終了するようにした場合は、NOx触媒18の劣化レベルによって、還元剤量が変化する場合がある。例えば、NOx触媒18の劣化レベルが極めて大きく、NOx吸蔵量が極めて少ないような場合には、吸蔵されたNOxの還元がすぐに完了してO2センサ26がすぐにリッチ出力となるので、リッチスパイクがすぐに終了してしまい、還元剤量が極めて少なくなる。還元剤量が少ないと、アンモニアNH3の生成量も少ないので、上記のような場合には、NOx触媒18の劣化レベルが極めて大きいにもかかわらず、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTが小さく算出されてしまい、NOx触媒18が正常であると誤判定される可能性がある。
On the other hand, when the rich spike is terminated when the O 2 sensor 26 downstream of the
これに対し、本変形例によれば、リッチスパイク時の還元剤量を一定にすることができるので、アンモニアNH3の生成量も一定にすることができる。アンモニアNH3の生成量が一定であると、NOx触媒18の下流に流れたアンモニアNH3の量、すなわちNOxセンサ出力積算値NOxSCNTを、吐き出しNOxの量、すなわち還元効率により正確に相関させることができる。このため、本変形例によれば、上述したような誤判定をより確実に防止することができるので、NOx触媒18の劣化をより高い精度で診断することができる。
On the other hand, according to this modification, the amount of reducing agent at the time of rich spike can be made constant, so that the amount of ammonia NH 3 produced can also be made constant. If the amount of ammonia NH 3 produced is constant, the amount of ammonia NH 3 flowing downstream of the
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ108および114の処理を実行することにより前記第1の発明における「リッチスパイク手段」が、上記ステップ104,106および110の処理を実行することにより前記第1の発明における「算出手段」が、上記ステップ118,120および122の処理を実行することにより前記第1の発明における「診断手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1の変形例においては、還元剤量積算値RFCNTが前記第5の発明における「還元剤量」に相当している。また、ECU50が、上記(1)および(2)式に基づいて還元剤量積算値RFCNTを算出することにより前記第5の発明における「還元剤量算出手段」が、還元剤量積算値RFCNTが所定値Cに達した時点でリッチスパイクを終了することにより前記第5の発明における「リッチスパイク手段」が、それぞれ実現されている。
In the modification of the first embodiment described above, the reducing agent amount integrated value RFCNT corresponds to the “reducing agent amount” in the fifth aspect of the invention. Further, the
実施の形態2.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. The description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be simplified or omitted. To do.
前述した実施の形態1では、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRを基準判定値Bとを比較することにより、NOx触媒18の劣化を判定している(図4のルーチンのステップ118)。これに対し、本実施形態では、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRを、NOx触媒18への流入還元剤量(還元剤量積算値RFCNT)で除した値NOxSCNTR/RFCNTを基準判定値と比較することにより、NOx触媒18の劣化を判定することとした。
In the first embodiment described above, by comparing the reference judgment value B of the NOx sensor output integrated value NOxSCNT R, it is determined the deterioration of the NOx catalyst 18 (routine of
図8は、横軸にNOx触媒18の温度TCAT、縦軸にNOxSCNTR/RFCNTをとった座標上に、図6と同じ触媒を用いた実験データをプロットした図である。すなわち、図8中、黒い正方形の点は、正常な触媒(1)の実験データであり、菱形(◆)の点は、劣化した触媒(2)の実験データである。なお、リッチスパイクの終了条件は、NOx触媒18の下流のO2センサ26がリッチ出力になった時点とした。図8から分かるように、本実施形態では、基準判定値を同図中の傾斜した直線のように設定することにより、正常な触媒(1)と劣化した触媒(2)とを確実に判別することができる。
FIG. 8 is a diagram in which experimental data using the same catalyst as in FIG. 6 is plotted on the coordinates where the horizontal axis represents the temperature TCAT of the
NOxSCNTR/RFCNTは、NOx触媒18に流入した還元剤のうち、NOx触媒18から放出されたNOxの還元に消費されずにNOx触媒18をすり抜けた還元剤の割合を示す値となっている。このため、NOxSCNTR/RFCNTは、NOx触媒18の還元効率をより的確に表す値となっていると言える。よって、本実施形態によれば、NOxSCNTR/RFCNTの値を基準判定値と比較してNOx触媒18の劣化を診断することにより、より高い診断精度が得られる。
NOxSCNT R / RFCNT is a value indicating the ratio of the reducing agent that has flowed into the
なお、図8では、リッチスパイク時のNOx触媒18の温度TCATが高いほど、基準判定値が低くなっている。これは、次のような理由によるものであると考えられる。NOx触媒18の温度TCATが高い状況は、高負荷運転時であると考えられる。高負荷運転時は吸入空気量GAが多いので、NOx触媒18をすり抜けたアンモニアNH3の量が同じであっても、その濃度は低くなる。よって、NOxセンサ出力NOxSが小さくなるので、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRも小さくなる。このため、NOx触媒18の温度TCATが高いほど、基準判定値が低くなるものと考えられる。
In FIG. 8, the higher the temperature TCAT of the
ただし、上述したような傾向が実験結果に認められない場合には、NOx触媒18の温度TCATにかかわらず、基準判定値を一定の値としてもよい。
However, when the above-described tendency is not recognized in the experimental results, the reference determination value may be a constant value regardless of the temperature TCAT of the
本実施形態における具体的処理は、次のとおりである。ECU30は、上述した実施の形態1の変形例と同様の手法により、リッチスパイクの実行中、還元剤量積算値RFCNTを逐次算出するものとする。そして、前述した図4のルーチンのステップ118においては、まず、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRをリッチスパイク終了時の還元剤量積算値RFCNTで除することにより、NOxSCNTR/RFCNTを算出する。次いで、NOx触媒18の温度TCATに基づき、図8に示す関係に従って、基準判定値を取得する。そして、その基準判定値と、NOxSCNTR/RFCNTとが比較される。その結果、NOxSCNTR/RFCNTが基準判定値を超えていれば、NOx触媒18が劣化していると判定され(ステップ120)、NOxSCNTR/RFCNTが基準判定値以下であれば、NOx触媒18は正常であると判定される(ステップ122)。
Specific processing in the present embodiment is as follows. The
本実施形態は、上記の点以外は、実施の形態1と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態2においては、還元剤量積算値RFCNTが前記第6の発明における「還元剤量」に相当している。また、ECU50が、還元剤量積算値RFCNTを算出することにより前記第6の発明における「還元剤量算出手段」が、NOxSCNTR/RFCNTを基準判定値と比較してNOx触媒18の劣化を診断することにより前記第6の発明における「診断手段」が、それぞれ実現されている。
Since this embodiment is the same as
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The description will focus on the differences from the above-described embodiments, and the description of the same matters will be simplified or omitted. To do.
本実施形態では、実施の形態2とほぼ同様の考え方に基づき、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRを、リッチスパイクによる還元時間TRSで除した値NOxSCNTR/TRSを基準判定値と比較することにより、NOx触媒18の劣化を判定することとした。
In this embodiment, based on the same concept as in the second embodiment, the value NOxSCNT R / T RS obtained by dividing the NOx sensor output integrated value NOxSCNT R by the reduction time T RS by the rich spike is compared with the reference determination value. Thus, the deterioration of the
還元時間TRSは、本実施形態では、図5(b)に示すように、リッチスパイクの継続時間であるものとするが、これに限定されるものではない。例えば、NOx触媒18の上流のA/Fセンサ24の出力がリッチ出力を維持した時間を還元時間TRSとしてもよい。
In this embodiment, the reduction time T RS is the duration of the rich spike as shown in FIG. 5B, but is not limited to this. For example, the reduction time T RS may be a time during which the output of the A /
図9は、横軸にNOx触媒18の温度TCAT、縦軸にNOxSCNTR/TRSをとった座標上に、図6と同じ触媒を用いた実験データをプロットした図である。すなわち、図9中、黒い正方形の点は、正常な触媒(1)の実験データであり、菱形(◆)の点は、劣化した触媒(2)の実験データである。なお、リッチスパイクの終了条件は、NOx触媒18の下流のO2センサ26がリッチ出力になった時点とした。図9から分かるように、本実施形態では、基準判定値を同図中の傾斜した直線のように設定することにより、正常な触媒(1)と劣化した触媒(2)とを確実に判別することができる。
FIG. 9 is a diagram in which experimental data using the same catalyst as in FIG. 6 is plotted on the coordinates where the horizontal axis represents the temperature TCAT of the
通常、還元時間TRSが長いほど、NOx触媒18へ流入する還元剤量(還元剤量積算値RFCNT)も多くなると言える。よって、NOxSCNTR/TRSは、実施の形態2のNOxSCNTR/RFCNTと同様の指標として用いることができる。このため、本実施形態によれば、実施の形態2と同様に、より高い診断精度を得ることができる。 Usually, it can be said that the longer the reduction time T RS is, the more the amount of reducing agent flowing into the NOx catalyst 18 (reducing agent amount integrated value RFCNT) increases. Therefore, NOxSCNT R / T RS can be used as an index similar to NOxSCNT R / RFCNT of the second embodiment. For this reason, according to the present embodiment, higher diagnostic accuracy can be obtained as in the second embodiment.
本実施形態における具体的処理は、次のとおりである。ECU30は、リッチスパイクの実行時、還元時間TRSを計時するものとする。そして、前述した図4のルーチンのステップ118においては、まず、NOxセンサ出力積算値NOxSCNTRを還元時間TRSで除することにより、NOxSCNTR/TRSを算出する。次いで、NOx触媒18の温度TCATに基づき、図9に示す関係に従って、基準判定値を取得する。そして、その基準判定値と、NOxSCNTR/TRSとが比較される。その結果、NOxSCNTR/TRSが基準判定値を超えていれば、NOx触媒18が劣化していると判定され(ステップ120)、NOxSCNTR/TRSが基準判定値以下であれば、NOx触媒18は正常であると判定される(ステップ122)。
Specific processing in the present embodiment is as follows. ECU30, at the time of the rich spike execution, it is assumed that the timing of the reduction time T RS. In
本実施形態は、上記の点以外は、実施の形態1と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態3においては、ECU50が、還元時間TRSを計時することにより前記第7の発明における「還元時間計時手段」が、NOxSCNTR/TRSを基準判定値と比較してNOx触媒18の劣化を診断することにより前記第7の発明における「診断手段」が、それぞれ実現されている。
Since this embodiment is the same as
(変形例)
上述した各実施の形態においては、NOx触媒18の上流にA/Fセンサ24が設置され、NOx触媒18の下流にO2センサ26が設置されたシステムを例に説明したが、本発明におけるシステム構成はこれに限定されるものではない。例えば、以下に説明するように変形することも可能である。
(Modification)
In each of the above-described embodiments, the system in which the A /
図10は、本変形例のシステム構成を説明するための図である。図10に示すシステムでは、NOx触媒18の上流側に、A/Fセンサ24に代えて、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発するO2センサ27が配置されている。図10に示すシステムは、上記の点以外は、図1のシステムと同様である。以下、説明の便宜上、NOx触媒18の上流のO2センサ27を上流O2センサ27と呼び、NOx触媒18の下流のO2センサ26を下流O2センサ26と呼ぶ。
FIG. 10 is a diagram for explaining the system configuration of the present modification. In the system shown in FIG. 10, instead of the A /
図11は、本変形例において還元剤量積算値RFCNTおよび還元時間TRSを求める方法を説明するためのタイミングチャートである。図11中、(a)は下流O2センサ26の出力(以下「下流O2センサ出力」という)を示し、(b)は上流O2センサ27の出力(以下「上流O2センサ出力」という)を示す。また、図11中の(c)は、スタート触媒14,16の上流に配置されたA/Fセンサ20,22の何れか一方の出力、または両方の出力を平均化した出力を示す(以下「A/Fセンサ出力」という)。
Figure 11 is a timing chart for explaining the method of obtaining the reducing agent amount integrated value RFCNT and reduction time T RS in the present modification. 11A shows the output of the downstream O 2 sensor 26 (hereinafter referred to as “downstream O 2 sensor output”), and FIG. 11B shows the output of the upstream O 2 sensor 27 (hereinafter referred to as “upstream O 2 sensor output”). ). Further, (c) in FIG. 11 shows an output obtained by averaging the output of either one or both of the A /
図11に示すように、リッチスパイクが開始され、内燃機関10からリッチ空燃比の排気ガスが排出され始めると、まず、A/Fセンサ出力がリーンからリッチに切り換わる(時刻t1)。そして、スタート触媒14,16に流入する還元剤によって、スタート触媒14,16に吸蔵されていた酸素が使い尽くされると、リッチ空燃比の排気ガスがスタート触媒14,16の下流側へ吹き抜け始める。これにより、上流O2センサ出力はリーンからリッチへと切り換わる(時刻t2)。
As shown in FIG. 11, when a rich spike is started and exhaust gas with a rich air-fuel ratio starts to be discharged from the
時刻t2からは、NOx触媒18に還元剤が流入し始める。そして、NOx触媒18に吸蔵されていた酸素およびNOxが還元剤によって使い尽くされると、リッチ空燃比の排気ガスがNOx触媒18の下流に吹き抜け始める。これにより、下流O2センサ26の出力がリーンからリッチへ切り換わる(時刻t3)。
From time t2, the reducing agent starts to flow into the
本変形例では、時刻t2からt3までのA/Fセンサ出力に基づいて、NOx触媒18に流入した還元剤の量(還元剤量積算値RFCNT)を算出することができる(図11(c)中のハッチング部分)。また、時刻t2からt3までを計時することにより、還元時間TRSを求めることができる。 In this modification, the amount of reducing agent that has flowed into the NOx catalyst 18 (reducing agent amount integrated value RFCNT) can be calculated based on the A / F sensor output from time t2 to t3 (FIG. 11 (c)). The hatched part inside). Further, by counting the time t2 to t3, it is possible to obtain the reduction time T RS.
本発明では、更に他の変形例として、次のようにしてもよい。還元剤量積算値RFCNTからは、NOx触媒18の酸素やNOxの吸蔵量を算出することができる。本発明では、その吸蔵量の値に基づいて行ったNOx触媒18の劣化判定結果を、上述したNOxセンサ25を利用した劣化判定結果と組み合わせて、より精度の高い劣化判定を行うようにしてもよい。
In the present invention, as another modified example, the following may be adopted. From the reducing agent amount integrated value RFCNT, the amount of oxygen and NOx stored in the
10 内燃機関
12 排気通路
14,16 スタート触媒
18 NOx触媒
20,22,24 A/Fセンサ
25 NOxセンサ
26 O2センサ
27 上流O2センサ
28 温度センサ
30 ECU(Electronic Control Unit)
10
Claims (7)
前記NOx触媒の下流側に配置されたNOxセンサと、
前記内燃機関のリーン空燃比運転中に排気ガスの空燃比を一時的にリッチまたは理論空燃比とするリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
前記NOxセンサの出力を、リッチスパイク終了時付近の期間を含む期間において積算することによりNOxセンサ出力積算値を算出する算出手段と、
前記NOxセンサ出力積算値に基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする触媒劣化診断装置。 An apparatus for diagnosing deterioration of an NOx storage reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A NOx sensor disposed downstream of the NOx catalyst;
Rich spike means for performing a rich spike in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily rich or the stoichiometric air-fuel ratio during lean air-fuel ratio operation of the internal combustion engine;
Calculating means for calculating the NOx sensor output integrated value by integrating the output of the NOx sensor in a period including a period near the end of the rich spike;
Diagnosing means for diagnosing deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value;
A catalyst deterioration diagnosis device comprising:
前記リッチスパイク手段は、前記還元剤量が所定量に達したら、リッチスパイクを終了することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の触媒劣化診断装置。 Reducing agent amount calculating means for calculating the reducing agent amount that has flowed into the NOx catalyst due to the rich spike,
5. The catalyst deterioration diagnosis device according to claim 1, wherein the rich spike means ends the rich spike when the amount of the reducing agent reaches a predetermined amount.
前記診断手段は、前記NOxセンサ出力積算値と、前記還元剤量とに基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の触媒劣化診断装置。 Reducing agent amount calculating means for calculating the reducing agent amount flowing into the NOx catalyst due to the rich spike,
5. The catalyst deterioration diagnosis according to claim 1, wherein the diagnosis unit diagnoses deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value and the amount of the reducing agent. apparatus.
前記診断手段は、前記NOxセンサ出力積算値と、前記還元時間とに基づいて、前記NOx触媒の劣化を診断することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の触媒劣化診断装置。
A reduction time measuring means for measuring the reduction time due to the rich spike;
5. The catalyst deterioration diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the diagnosis unit diagnoses deterioration of the NOx catalyst based on the NOx sensor output integrated value and the reduction time. .
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