JP2008121465A - Catalyst deterioration detection device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the execution of deterioration detection in a state that a rich component adheres to a catalyst and a sensor in a certain period after starting an internal combustion engine. <P>SOLUTION: When the deterioration detection of a catalyst is executed within a predetermined period (S102: YES) after starting an internal combustion engine, the deterioration detection is executed (S104) by using, as a condition, the presence of a predetermined operation state (for instance, fuel cut F/C) where an exhaust air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is set remarkably lean (S103: YES) before its execution. After a remarkably lean gas is supplied to the sensor before executing the deterioration detection to cause a rich component adhering to the sensor to disappear, the deterioration detection can be executed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。   The present invention relates to a catalyst deterioration detection device that detects deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

一般に、内燃機関では排気ガスを浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒、例えば三元触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出するOストレージ機能を有する。従って、内燃機関の通常運転時、理論空燃比を中心として混合気をリッチ側又はリーン側に交互に振らせると、三元触媒のもつOストレージ機能により、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるためにNOxが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるためにHCおよびCOが酸化され、これによりNOx,HCおよびCOを同時に浄化できることになる。 Generally, in an internal combustion engine, a catalyst is disposed in an exhaust passage in order to purify exhaust gas. Such a catalyst, for example, a three-way catalyst, adsorbs and holds excess oxygen present in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio becomes lean. When the air-fuel ratio of the gas becomes smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio becomes rich, it has an O 2 storage function for releasing the adsorbed oxygen. Therefore, during normal operation of the internal combustion engine, if the air-fuel mixture is alternately swung to the rich side or the lean side centering on the stoichiometric air-fuel ratio, when the air-fuel mixture becomes lean due to the O 2 storage function of the three-way catalyst, excess NOx is reduced because oxygen is adsorbed and held by the catalyst, and when the air-fuel mixture becomes rich, oxygen adsorbed and held by the catalyst is released, so that HC and CO are oxidized, whereby NOx, HC and CO can be purified at the same time.

そこで従来より触媒上流側の排気通路に排気空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、排気空燃比がリーンになったときには燃料供給量を増量し、排気空燃比がリッチになったときには燃料供給量を減量させることにより、空燃比を理論空燃比を中心としてリッチ側又はリーン側に交互に振らせ、それによってNOx,HCおよびCOを同時に低減するようにしている。   Therefore, an air-fuel ratio sensor for detecting the exhaust air-fuel ratio is disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst, and when the exhaust air-fuel ratio becomes lean, the fuel supply amount is increased, and when the exhaust air-fuel ratio becomes rich By reducing the fuel supply amount, the air-fuel ratio is alternately shifted to the rich side or the lean side around the theoretical air-fuel ratio, thereby NOx, HC and CO are simultaneously reduced.

ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス浄化率が低下する。三元触媒の劣化度とOストレージ機能の低下度との間には相関関係がある。よって、Oストレージ機能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。 By the way, when the three-way catalyst deteriorates, the exhaust gas purification rate decreases. There is a correlation between the degree of deterioration of the three-way catalyst and the degree of deterioration of the O 2 storage function. Therefore, it is possible to detect that the catalyst has deteriorated by detecting that the O 2 storage function has deteriorated.

かかる原理に基づいて触媒劣化検出を行う装置としては例えば特許文献1に開示されたものがある。この装置は、内燃機関の排気通路に直列に配置された上流触媒と下流触媒のうち下流触媒の異常を判定するものである。上流触媒と下流触媒との間の触媒間空燃比を検出する触媒間センサと、下流触媒の下流の触媒後空燃比を検出する触媒後センサとが設けられる。触媒間センサの出力のリッチからリーンへの又はその逆への切り替えに応じて上流触媒の上流の触媒前空燃比をリーンからリッチへ又はその逆へと切り替えるアクティブ空燃比制御が実行される。そしてこのアクティブ空燃比制御の実行中に触媒後センサから発せられるセンサ出力に基づいて下流触媒の異常が判定される。   As an apparatus for detecting catalyst deterioration based on such a principle, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. This apparatus determines an abnormality of the downstream catalyst among the upstream catalyst and the downstream catalyst arranged in series in the exhaust passage of the internal combustion engine. An inter-catalyst sensor that detects an inter-catalyst air-fuel ratio between the upstream catalyst and the downstream catalyst, and a post-catalyst sensor that detects a post-catalyst air-fuel ratio downstream of the downstream catalyst are provided. Active air-fuel ratio control is performed in which the pre-catalyst air-fuel ratio upstream of the upstream catalyst is switched from lean to rich or vice versa in response to switching of the output of the inter-catalyst sensor from rich to lean or vice versa. An abnormality of the downstream catalyst is determined based on the sensor output emitted from the post-catalyst sensor during the execution of the active air-fuel ratio control.

なお、他の従来技術として、例えば特許文献2には、機関再始動後の触媒の高温劣化を抑制すべく、再始動に際し酸素量を減少させる技術が開示されている。また、特許文献3には、内燃機関の自動停止直前の空燃比制御で触媒の酸素ストレージ量を飽和させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御で触媒に十分な酸素を消費させるため、空燃比の逆数である当量比がリッチ側となるよう燃料噴射する技術が開示されている。また、特許文献4には、検出電極及び基準電極を備える酸素濃度検出装置にあって検出電極に付着した未燃成分が所定量に達したときに、両電極間に、電極処理用電圧を印加することにより、酸素を基準電極から検出電極にポンピングさせて検出電極に付着している未燃成分を燃焼除去する技術が開示されている。また、特許文献5には、排気エミッションを悪化させずに触媒のOストレージ量を算出するため、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えることが開示されている。 As another conventional technique, for example, Patent Document 2 discloses a technique for reducing the amount of oxygen during restart in order to suppress high-temperature deterioration of the catalyst after engine restart. Further, in Patent Document 3, the oxygen storage amount of the catalyst is saturated by the air-fuel ratio control immediately before the internal combustion engine is automatically stopped, and sufficient oxygen is consumed by the catalyst by the air-fuel ratio control at the restart after the automatic stop. A technique for injecting fuel so that the equivalent ratio, which is the reciprocal of the air-fuel ratio, is on the rich side is disclosed. In Patent Document 4, when an unburned component adhering to the detection electrode reaches a predetermined amount in an oxygen concentration detection device having a detection electrode and a reference electrode, an electrode processing voltage is applied between both electrodes. Thus, a technique is disclosed in which oxygen is pumped from a reference electrode to a detection electrode to burn and remove unburned components adhering to the detection electrode. Patent Document 5 discloses that the target air-fuel ratio is switched to rich immediately after the fuel cut ends in order to calculate the O 2 storage amount of the catalyst without deteriorating the exhaust emission.

特開2004−176615号公報JP 2004-176615 A 特開2005−299400号公報JP-A-2005-299400 特開2003−148200号公報JP 2003-148200 A 特開平11−326273号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-326273 特開2001−115879号公報JP 2001-115879 A

ところで、アクティブ空燃比制御の実行に際し、触媒下流側に設けられた触媒後センサの出力値がリッチ側又はリーン側に反転したと同時に目標空燃比を反転させ、これに追従して触媒に供給する排ガスの空燃比を反転させる場合がある。この場合、目標空燃比の反転は触媒後センサの出力値が反転したタイミングで行われる。   By the way, when executing the active air-fuel ratio control, the output value of the post-catalyst sensor provided on the downstream side of the catalyst is reversed to the rich side or the lean side, and at the same time, the target air-fuel ratio is reversed and supplied to the catalyst following this. The air-fuel ratio of exhaust gas may be reversed. In this case, the target air-fuel ratio is reversed at the timing when the output value of the post-catalyst sensor is reversed.

しかしながら、内燃機関始動後の一定期間内では、燃焼される混合気の空燃比がリッチであることや排気ガス温度が低温であることなどに起因して、排気ガス中のHC,COといったリッチ成分(或いは未燃成分)が触媒自体及び触媒の上下流側に設置された空燃比検出用センサに付着する傾向にある。特に、触媒の下流側では、排気ガスの熱が既に上流側の排気管や触媒に奪われてしまっていることから、排気温度が低く、よって触媒下流側のセンサにおいてリッチ成分の付着が著しい。このように触媒の上下流側のセンサ、特に下流側のセンサにリッチ成分が付着すると、そのセンサからの出力が不安定となり、そのセンサから正常な出力を行えなくなる。そして、かかるセンサ出力に基づいて触媒の劣化検出を行うと誤検出に至る可能性もある。   However, within a certain period after the internal combustion engine is started, rich components such as HC and CO in the exhaust gas due to the rich air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned and the exhaust gas temperature being low. (Or unburned components) tend to adhere to the catalyst itself and the air-fuel ratio detection sensor installed on the upstream and downstream sides of the catalyst. In particular, on the downstream side of the catalyst, since the heat of the exhaust gas has already been taken away by the upstream exhaust pipe and the catalyst, the exhaust temperature is low, and therefore the rich component adheres to the sensor downstream of the catalyst. As described above, when a rich component adheres to the upstream and downstream sensors of the catalyst, particularly the downstream sensor, the output from the sensor becomes unstable, and normal output cannot be performed from the sensor. Further, if the deterioration of the catalyst is detected based on the sensor output, there is a possibility of erroneous detection.

そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関始動後の一定期間内において、触媒及びセンサにリッチ成分が付着した状態で劣化検出がなされることを防止することができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to prevent detection of deterioration in a state where rich components adhere to the catalyst and the sensor within a certain period after the internal combustion engine is started. An object of the present invention is to provide a catalyst deterioration detecting device for an internal combustion engine.

上記目的を達成するため、第1の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
内燃機関始動後の所定期間内に触媒の劣化検出を実行するに際し、その実行前に、触媒上流側の排気空燃比をリーンとするような所定運転状態があったことを条件として劣化検出を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
An apparatus for detecting deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
When performing the deterioration detection of the catalyst within a predetermined period after the internal combustion engine is started, the deterioration detection is executed on the condition that there is a predetermined operation state in which the exhaust air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is lean before the execution. It is characterized by doing.

この第1の発明によれば、内燃機関始動後の所定期間内に触媒の劣化検出を実行するに際し、その劣化検出実行前にリーンなガスをセンサに供給し、センサに付着したリッチ成分を消失させることができる。よってセンサにリッチ成分が付着した状態で劣化検出がなされることを防止し、センサの出力を安定化させて誤検出を防止し、触媒劣化検出の精度を高めることができる。   According to the first aspect of the invention, when detecting the deterioration of the catalyst within a predetermined period after the internal combustion engine is started, the lean gas is supplied to the sensor before the detection of the deterioration, and the rich component adhering to the sensor disappears. Can be made. Therefore, it is possible to prevent the deterioration detection from being performed while the rich component is attached to the sensor, stabilize the output of the sensor to prevent erroneous detection, and improve the accuracy of the catalyst deterioration detection.

ここで、「触媒上流側の排気空燃比をリーンとする」ことは、「触媒上流側の排気空燃比を顕著なリーンとする」ことであるのが好ましい。「触媒上流側の排気空燃比を顕著なリーンとする」とは、触媒上流側の排気空燃比を通常の空燃比制御時のリーン空燃比よりもさらにリーン側の空燃比とすることをいう。   Here, “to make the exhaust air / fuel ratio upstream of the catalyst lean” preferably means “to make the exhaust air / fuel ratio upstream of the catalyst significantly lean”. “To make the exhaust air / fuel ratio on the upstream side of the catalyst remarkably lean” means that the exhaust air / fuel ratio on the upstream side of the catalyst is made an air / fuel ratio on the lean side further than the lean air / fuel ratio at the time of normal air / fuel ratio control.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記所定運転状態がフューエルカットであることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The predetermined operation state is fuel cut.

燃料噴射を停止するフューエルカットが実行されると、排気通路には実質無限大の空燃比を有する空気が流される。これによって顕著なリーン状態が実現され、第1の発明と同様の作用効果が発揮される。   When the fuel cut for stopping the fuel injection is executed, air having an infinite air-fuel ratio is caused to flow through the exhaust passage. As a result, a remarkable lean state is realized, and the same effect as the first invention is exhibited.

また、第3の発明は、第1の発明において、
前記所定運転状態がリーンスパイクであることを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein
The predetermined operation state is a lean spike.

触媒上流側の排気空燃比を一時的に顕著なリーンとするリーンスパイクを実行しても、排気通路には顕著にリーンなガスが流される。よって第1の発明と同様の作用効果が発揮される。   Even when a lean spike is executed in which the exhaust air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is temporarily significantly lean, a remarkably lean gas flows in the exhaust passage. Therefore, the same effect as the first invention is exhibited.

また、第4の発明は、第3の発明において、
前記リーンスパイクが、所定のリーンスパイク許可条件が成立したときに実行されるものであることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The lean spike is executed when a predetermined lean spike permission condition is satisfied.

リーンスパイクは燃焼混合気の空燃比を一時的に顕著なリーンとするものなので、その実行によるエミッションやドライバビリティの悪化が懸念される。よって、そのような悪化を防止するような所定のリーンスパイク許可条件が成立したときにリーンスパイクを実行するのが好ましい。   Since the lean spike temporarily makes the air-fuel ratio of the combustion mixture lean significantly, there is a concern about the deterioration of emission and drivability due to its execution. Therefore, it is preferable to execute the lean spike when a predetermined lean spike permission condition that prevents such deterioration is satisfied.

また、第5の発明は、第4の発明において、
前記リーンスパイク許可条件が、以下の条件A〜Cの少なくとも一つが満たされたときに成立することを特徴とする。
A.内燃機関への加速要求が無いこと。
B.内燃機関が、NOx排出量が多くなるような所定の運転領域に無いこと。
C.前記触媒の下流側に位置する下流触媒の温度が所定の活性温度域にあること。
The fifth invention is the fourth invention, wherein
The lean spike permission condition is satisfied when at least one of the following conditions A to C is satisfied.
A. There is no acceleration request for the internal combustion engine.
B. The internal combustion engine is not in a predetermined operating range where the amount of NOx emission increases.
C. The temperature of the downstream catalyst located on the downstream side of the catalyst is in a predetermined activation temperature range.

条件Aが満たされたときにリーンスパイク許可条件成立とすることでドライバビリティの悪化が防止され、条件B,Cが満たされたときにリーンスパイク許可条件成立とすることでエミッションの悪化が防止される。   When the condition A is satisfied, the lean spike permission condition is satisfied to prevent the deterioration of drivability, and when the conditions B and C are satisfied, the lean spike permission condition is satisfied to prevent the emission deterioration. The

また、第6の発明は、第1乃至第5いずれかの発明において、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出するための触媒後センサを備え、前記所定期間は、前記触媒後センサが所定の活性温度域に達する前の期間であることを特徴とする。
Also, a sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
A post-catalyst sensor for detecting an exhaust air / fuel ratio downstream of the catalyst is provided, and the predetermined period is a period before the post-catalyst sensor reaches a predetermined active temperature range.

この第6の発明によれば、内燃機関始動後の、触媒後センサが所定の活性温度域に達する前の期間においても、その触媒後センサに付着したリッチ成分の影響を無くして好適に劣化検出を実行することができる。また、そのような内燃機関始動後の短期間内であっても好適に劣化検出を実行することができ、劣化検出の実行頻度を高め、且つ劣化検出の実行開始タイミングを早めることができる。   According to the sixth aspect of the invention, even after the start of the internal combustion engine and before the post-catalyst sensor reaches the predetermined activation temperature range, the deterioration detection is suitably performed without the influence of the rich component adhering to the post-catalyst sensor. Can be executed. Further, even within such a short period after the start of the internal combustion engine, the deterioration detection can be suitably performed, the execution frequency of the deterioration detection can be increased, and the execution start timing of the deterioration detection can be advanced.

本発明によれば、内燃機関始動後の一定期間内において、触媒及びセンサにリッチ成分が付着した状態で劣化検出がなされることを防止することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, an excellent effect is exhibited that it is possible to prevent deterioration detection from being performed in a state in which rich components adhere to the catalyst and the sensor within a certain period after the internal combustion engine is started.

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関1は車両用多気筒エンジン(1気筒のみ図示)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. To do. The internal combustion engine 1 is a vehicular multi-cylinder engine (only one cylinder is shown), and is a spark ignition type internal combustion engine, more specifically, a gasoline engine.

内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設され、燃焼室3内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン4はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部4aが形成されている。そして内燃機関1では、燃焼室3内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ12からピストン4の凹部4aに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ7の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成(成層化)され、安定した成層燃焼が実行される。   In the cylinder head of the internal combustion engine 1, an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port are provided for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder. Further, an injector (fuel injection valve) 12 is disposed in the cylinder head for each cylinder so that fuel is directly injected into the combustion chamber 3. The piston 4 is configured as a so-called deep dish top surface type, and a concave portion 4a is formed on the upper surface thereof. In the internal combustion engine 1, fuel is directly injected from the injector 12 toward the concave portion 4 a of the piston 4 in a state where air is sucked into the combustion chamber 3. As a result, a layer of a mixture of fuel and air is formed (stratified) in the vicinity of the spark plug 7 and separated from the surrounding air layer, and stable stratified combustion is executed.

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気集合通路をなす吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式スロットルバルブ10とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 serving as an intake air collecting chamber via a branch pipe for each cylinder. An intake pipe 13 that forms an intake manifold passage is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. An air flow meter 5 for detecting the intake air amount and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in the intake pipe 13 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管6に接続されており、排気管6には、Oストレージ機能を有する三元触媒からなる触媒11が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管6により排気通路が形成される。触媒11の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出するための触媒前センサ及び触媒後センサ17,18が設置されている。触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した電流信号を出力する。他方、触媒後センサ18は所謂Oセンサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。 On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust pipe 6 forming an exhaust collecting passage through a branch pipe for each cylinder, and a catalyst 11 made of a three-way catalyst having an O 2 storage function is connected to the exhaust pipe 6. It is attached. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the branch pipe, and the exhaust pipe 6. Pre-catalyst sensors and post-catalyst sensors 17 and 18 for detecting the exhaust air-fuel ratio are installed on the upstream side and the downstream side of the catalyst 11, respectively. The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-area air-fuel ratio sensor, can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide area, and outputs a current signal proportional to the air-fuel ratio. On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic that the output voltage changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ14、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、スロットルバルブ10の開度を検出するスロットル開度センサ19、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。   The spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, and the like described above are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1 and an accelerator that detects the accelerator opening, as shown in the figure. An opening sensor 15, a throttle opening sensor 19 for detecting the opening of the throttle valve 10, and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown). The ECU 20 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, throttle opening. Control the degree etc. The throttle opening is normally controlled to an opening corresponding to the accelerator opening.

触媒11は、これに流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ)A/Fs(例えば14.6)のときにNOx ,HCおよびCOを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ECU20は、内燃機関の通常運転時、触媒上流側の排気空燃比即ち触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比A/Fsになるように空燃比を制御する。具体的にはECU20は、理論空燃比A/Fsに等しい目標空燃比A/Ftを設定すると共に、触媒前センサ17により検出された触媒前空燃比A/Ffrが目標空燃比A/Ftに一致するように、インジェクタ12から噴射される燃料噴射量を制御する。これにより触媒11に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒11において最大の浄化性能が発揮されるようになる。   The catalyst 11 simultaneously purifies NOx, HC and CO when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 is a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) A / Fs (for example, 14.6). Correspondingly, during normal operation of the internal combustion engine, the ECU 20 controls the air / fuel ratio so that the exhaust air / fuel ratio upstream of the catalyst, that is, the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr becomes the stoichiometric air / fuel ratio A / Fs. Specifically, the ECU 20 sets a target air-fuel ratio A / Ft equal to the theoretical air-fuel ratio A / Fs, and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr detected by the pre-catalyst sensor 17 matches the target air-fuel ratio A / Ft. Thus, the fuel injection amount injected from the injector 12 is controlled. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 is kept in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, and the maximum purification performance is exhibited in the catalyst 11.

ここで、触媒11についてより詳細に説明する。図2に示すように、触媒11においては、図示しない担体基材の表面上にコート材31が被覆され、このコート材31に微粒子状の触媒成分32が多数分散配置された状態で保持され、触媒11内部で露出されている。触媒成分32は主にPt,Pd等の貴金属からなり、NOx ,HCおよびCOといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材31は、排気ガスと触媒成分32との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムCeOからなる。例えば、触媒成分32及びコート材31の雰囲気ガスが理論空燃比A/Fsよりリッチであると、触媒成分32の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりHCおよびCOといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分32及びコート材31の雰囲気ガスが理論空燃比A/Fsよりリーンであると、触媒成分32の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果NOxが還元浄化される。 Here, the catalyst 11 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, in the catalyst 11, a coating material 31 is coated on the surface of a carrier base material (not shown), and the coating material 31 is held in a state in which a large number of particulate catalyst components 32 are dispersedly arranged. The catalyst 11 is exposed inside. The catalyst component 32 is mainly composed of a noble metal such as Pt or Pd, and serves as an active point for reacting exhaust gas components such as NOx, HC and CO. On the other hand, the coating material 31 plays the role of a promoter that promotes the reaction at the interface between the exhaust gas and the catalyst component 32 and includes an oxygen storage component capable of absorbing and releasing oxygen according to the air-fuel ratio of the atmospheric gas. Oxygen storage component, for example made of cerium dioxide CeO 2. For example, when the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is richer than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, oxygen stored in the oxygen storage component existing around the catalyst component 32 is released, and as a result, release Unburned components such as HC and CO are oxidized and purified by the released oxygen. Conversely, if the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is leaner than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, the oxygen storage component present around the catalyst component 32 absorbs oxygen from the atmosphere gas, and as a result, NOx is reduced. Reduced and purified.

このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比A/Fsに対し多少ばらついたとしても、NOx、HCおよびCOといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比A/Ffrを敢えて理論空燃比A/Fsを中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。   Even if the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr slightly varies from the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs during the normal air-fuel ratio control, the three exhaust gas components such as NOx, HC, and CO can be obtained. Can be purified simultaneously. Therefore, in normal air-fuel ratio control, it is also possible to purify exhaust gas by causing the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr to oscillate slightly around the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs and to repeatedly absorb and release oxygen.

ところで、新品状態の触媒11では前述したように細かい粒子状の触媒成分32が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分32との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒11が劣化してくると、一部の触媒成分32に消失が見られるほか、触媒成分32同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある(図の破線参照)。こうなると排気ガスと触媒成分32との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分32の周囲に存在するコート材31の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。   By the way, in the catalyst 11 in the new state, as described above, a large number of fine particulate catalyst components 32 are uniformly distributed, and the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is kept high. However, when the catalyst 11 deteriorates, some of the catalyst components 32 are lost, and some of the catalyst components 32 are baked and solidified by exhaust heat (see broken lines in the figure). In this case, the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is lowered, and the purification rate is lowered. In addition to this, the amount of the coating material 31 existing around the catalyst component 32, that is, the amount of the oxygen storage component decreases, and the oxygen storage capacity itself decreases.

このように、触媒11の劣化度と触媒11の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒11の酸素吸蔵能を検出することにより触媒11の劣化度を検出ないし判定することとしている。ここで、触媒11の酸素吸蔵能は、触媒11が吸蔵し得る酸素量である酸素吸蔵容量(OSC;O Storage Capacity、単位はg)の大きさによって表される。 Thus, the degree of deterioration of the catalyst 11 and the degree of decrease in the oxygen storage capacity of the catalyst 11 are in a correlation. Therefore, in this embodiment, the degree of deterioration of the catalyst 11 is detected or determined by detecting the oxygen storage capacity of the catalyst 11. Here, the oxygen storage capacity of the catalyst 11 is represented by the size of an oxygen storage capacity (OSC; O 2 Storage Capacity, unit: g), which is the amount of oxygen that the catalyst 11 can store.

以下、本実施形態における触媒の劣化検出について説明する。
本実施形態では、触媒11の劣化検出の際にECU20によるアクティブ空燃比制御が実行される。ここでアクティブ空燃比制御とは、触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比A/Ffrを、所定のリッチ空燃比A/Frとリーン空燃比A/Flとの一方から他方に所定のタイミングで強制的に切り替える(或いは反転させる)制御である。
Hereinafter, detection of deterioration of the catalyst in the present embodiment will be described.
In the present embodiment, active air-fuel ratio control by the ECU 20 is executed when the deterioration of the catalyst 11 is detected. Here, the active air-fuel ratio control means that the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr that is the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst is changed from one of the predetermined rich air-fuel ratio A / Fr and lean air-fuel ratio A / Fl to a predetermined value. This control is forcibly switched (or reversed) at the timing.

ここで触媒11の劣化検出は、内燃機関1の定常運転時で且つ触媒11が所定の活性温度域にあるときに実行される。触媒11の温度は、直接検出してもよいが、本実施形態の場合それをエンジン運転状態に基づき所定のマップ又は関数を用いて推定するようにしている。触媒11の劣化検出はエンジンの1運転毎に1回実行され、少なくとも続けて2回、触媒11が劣化状態にあると判定されたときに触媒11の最終的な劣化が検出され、警告装置が作動させられる。   Here, the deterioration detection of the catalyst 11 is executed when the internal combustion engine 1 is in a steady operation and when the catalyst 11 is in a predetermined activation temperature range. The temperature of the catalyst 11 may be detected directly, but in the present embodiment, it is estimated using a predetermined map or function based on the engine operating state. The detection of the deterioration of the catalyst 11 is executed once for every operation of the engine, and at least twice in succession, when it is determined that the catalyst 11 is in a deteriorated state, the final deterioration of the catalyst 11 is detected, and the warning device Operated.

図3(A),(B)にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前センサ17及び触媒後センサ18の出力が実線で示されている。また、図3(A)には、ECU20の内部値である目標空燃比A/Ftが破線で示されている。触媒前センサ17及び触媒後センサ18の出力はそれぞれ触媒前空燃比A/Ffr及び触媒後空燃比A/Frrを表す。   3A and 3B, the outputs of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 when the active air-fuel ratio control is executed are indicated by solid lines, respectively. Further, in FIG. 3A, the target air-fuel ratio A / Ft that is an internal value of the ECU 20 is indicated by a broken line. The outputs of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 represent the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr and the post-catalyst air / fuel ratio A / Frr, respectively.

図3(A)に示されるように、目標空燃比A/Ftは、中心空燃比としての理論空燃比A/Fsを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅(リッチ振幅Ar、Ar>0)だけ離れた空燃比(リッチ空燃比A/Fr)と、そこからリーン側に所定の振幅(リーン振幅Al、Al>0)だけ離れた空燃比(リーン空燃比A/Fl)とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比A/Ftの切り替えないし振動に追従するようにして、実際値としての触媒前空燃比A/Ffrも、目標空燃比A/Ftに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。よって触媒前空燃比A/Ffrも目標空燃比A/Ftと同様にリッチ空燃比A/Frとリーン空燃比A/Flとに強制的に且つ交互に切り替えられる。このことから目標空燃比A/Ftと触媒前空燃比A/Ffrとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。   As shown in FIG. 3A, the target air-fuel ratio A / Ft is centered on the theoretical air-fuel ratio A / Fs as the center air-fuel ratio, and then has a predetermined amplitude (rich amplitude Ar, Ar> 0) on the rich side. ) Separated by an air-fuel ratio (rich air-fuel ratio A / Fr) and an air-fuel ratio (lean air-fuel ratio A / Fl) separated from the air-fuel ratio by a predetermined amplitude (lean amplitude Al, Al> 0) on the lean side. And alternately. Then, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr as an actual value is switched with a slight time delay with respect to the target air-fuel ratio A / Ft so as to follow the switching or vibration of the target air-fuel ratio A / Ft. Accordingly, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr is also forcibly and alternately switched between the rich air-fuel ratio A / Fr and the lean air-fuel ratio A / Fl in the same manner as the target air-fuel ratio A / Ft. From this, it will be understood that the target air-fuel ratio A / Ft and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr are equivalent except that there is a time delay.

図示例においてリッチ振幅Arとリーン振幅Alとは等しい。例えば理論空燃比A/Fs=14.6、リッチ空燃比A/Fr=14.1、リーン空燃比A/Fl=15.1、リッチ振幅Ar=リーン振幅Al=0.5である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Arとリーン振幅Alとの値は大きい。   In the illustrated example, the rich amplitude Ar and the lean amplitude Al are equal. For example, theoretical air fuel ratio A / Fs = 14.6, rich air fuel ratio A / Fr = 14.1, lean air fuel ratio A / Fl = 15.1, rich amplitude Ar = lean amplitude Al = 0.5. Compared with the normal air-fuel ratio control, the active air-fuel ratio control has a larger amplitude of the air-fuel ratio, that is, the values of the rich amplitude Ar and the lean amplitude Al are larger.

ところで、目標空燃比A/Ftが切り替えられるタイミングは、触媒後センサ18の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後センサ18の出力電圧は理論空燃比A/Fsを境に急変し、触媒後空燃比A/Frrが理論空燃比A/Fsより小さいリッチ側の空燃比であるときその出力電圧がリッチ判定値VR以上となり、触媒後空燃比A/Frrが理論空燃比A/Fsより大きいリーン側の空燃比であるときその出力電圧がリーン判定値VL以下となる。ここでVR>VLであり、例えばVR=0.59(V)、VL=0.21(V)である。   By the way, the timing at which the target air-fuel ratio A / Ft is switched is the timing at which the output of the post-catalyst sensor 18 is switched from rich to lean, or from lean to rich. As shown in the figure, the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio A / Fs, and the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr is the rich air-fuel ratio smaller than the theoretical air-fuel ratio A / Fs. When the output voltage becomes equal to or higher than the rich determination value VR, and when the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr is the lean air-fuel ratio greater than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, the output voltage becomes lower than the lean determination value VL. Here, VR> VL, for example, VR = 0.59 (V) and VL = 0.21 (V).

図3(A),(B)に示されるように、触媒後センサ18の出力電圧がリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値VLに等しくなった時(時刻t1)、目標空燃比A/Ftはリーン空燃比A/Flからリッチ空燃比A/Frに切り替えられる。その後、触媒後センサ18の出力電圧がリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値VRに等しくなった時(時刻t2)、目標空燃比A/Ftはリッチ空燃比A/Frからリーン空燃比A/Flに切り替えられる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes from the rich value to the lean value and becomes equal to the lean determination value VL (time t1), the target sky The fuel ratio A / Ft is switched from the lean air-fuel ratio A / Fl to the rich air-fuel ratio A / Fr. Thereafter, when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes from the lean value to the rich side and becomes equal to the rich determination value VR (time t2), the target air-fuel ratio A / Ft becomes lean from the rich air-fuel ratio A / Fr. The air-fuel ratio is switched to A / Fl.

このように、触媒後センサ18の出力値が反転してリッチ判定値VR又はリーン判定値VLに達したと同時に目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Fl又はリッチ空燃比A/Frに強制的に切り替えられる。   In this way, the output value of the post-catalyst sensor 18 is inverted and reaches the rich determination value VR or the lean determination value VL. At the same time, the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / Fl or the rich air-fuel ratio A / Fr. It is forcibly switched.

このアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒11の酸素吸蔵容量OSCが算出され、触媒11の劣化が判定される。   While performing this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst 11 is calculated as follows, and the deterioration of the catalyst 11 is determined.

図3を参照して、時刻t1より前では目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Flとされ、触媒11にはリーンガスが流入されている。このとき触媒11では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比A/Frrがリーン側に変化し、触媒後センサ18の出力電圧がリーン判定値VLに達した時点(t1)で、目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Frに切り替えられ、或いは反転される。このように目標空燃比A/Ftは触媒後センサ18の出力をトリガにして反転される。   Referring to FIG. 3, the target air-fuel ratio A / Ft is set to the lean air-fuel ratio A / Fl before time t1, and the lean gas flows into the catalyst 11. At this time, the catalyst 11 continues to absorb oxygen, but when it fully absorbs oxygen, it can no longer absorb oxygen, and the lean gas flows through the catalyst 11 and flows downstream of the catalyst 11. When this happens, the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr changes to the lean side, and when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 reaches the lean determination value VL (t1), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the rich air-fuel ratio A / Fr. Or reversed. In this way, the target air-fuel ratio A / Ft is reversed using the output of the post-catalyst sensor 18 as a trigger.

そして今度は触媒11にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒11では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒11の下流側にはほぼ理論空燃比A/Fsの排気ガスが流出し、触媒後空燃比A/Frrがリッチにならないことから、触媒後センサ18の出力は反転しない。触媒11から酸素が放出され続けるとやがて触媒11からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比A/Frrがリッチ側に変化し、触媒後センサ18の出力電圧がリッチ判定値VRに達した時点(t2)で、目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Flに切り替えられる。   This time, rich gas flows into the catalyst 11. At this time, the oxygen stored in the catalyst 11 continues to be released from the catalyst 11. Therefore, the exhaust gas of the theoretical air-fuel ratio A / Fs flows out to the downstream side of the catalyst 11 and the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr does not become rich, so the output of the post-catalyst sensor 18 is not reversed. When oxygen is continuously released from the catalyst 11, all of the stored oxygen is eventually released from the catalyst 11, and at that time, no more oxygen can be released, and the rich gas flows through the catalyst 11 and flows downstream of the catalyst 11. When this happens, the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr changes to the rich side, and when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 reaches the rich determination value VR (t2), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / Fl. Can be switched to.

酸素吸蔵容量OSCが大きいほど、酸素を吸収或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は目標空燃比A/Ftの反転周期(例えばt1からt2までの時間)が長くなり、触媒の劣化が進むほど目標空燃比A/Ftの反転周期は短くなる。   The larger the oxygen storage capacity OSC, the longer the time during which oxygen can be absorbed or released. That is, when the catalyst is not deteriorated, the inversion cycle of the target air-fuel ratio A / Ft (for example, the time from t1 to t2) becomes longer, and the inversion cycle of the target air-fuel ratio A / Ft becomes shorter as the deterioration of the catalyst proceeds. .

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量OSCが以下のようにして算出される。図4に示すように、時刻t1で目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Frに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比A/Ffrがリッチ空燃比A/Frに切り替わる。そして触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比A/Fsに達した時点t11から、次に目標空燃比A/Ftが反転する時点t2まで、次式(1)により微小時間毎の酸素吸蔵容量dCが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量dCが時刻t11から時刻t2まで積分される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量OSC1即ち放出酸素量が算出される。   Therefore, using this fact, the oxygen storage capacity OSC is calculated as follows. As shown in FIG. 4, immediately after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t1, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr as the actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Fr. Switch to Fr. Then, from the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr reaches the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs to the time t2 when the target air-fuel ratio A / Ft next reverses, the oxygen storage capacity for every minute time is given by the following equation (1). dC is calculated, and the oxygen storage capacity dC for each minute time is integrated from time t11 to time t2. In this way, the oxygen storage capacity OSC1, that is, the amount of released oxygen in this oxygen release cycle is calculated.

Figure 2008121465
Figure 2008121465

ここで、Qは燃料噴射量であり、空燃比差ΔA/Fに燃料噴射量Qを乗じると過剰分の空気量を算出できる。Kは空気に含まれる酸素割合(約0.23)である。   Here, Q is the fuel injection amount, and the excess air amount can be calculated by multiplying the air-fuel ratio difference ΔA / F by the fuel injection amount Q. K is the proportion of oxygen contained in the air (about 0.23).

基本的には、この1回で算出された酸素吸蔵容量OSC1を用い、これを所定のしきい値(触媒劣化判定しきい値)と比較し、酸素吸蔵容量OSC1がしきい値を超えていれば正常、酸素吸蔵容量OSC1がしきい値以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、リーン側でも同様に酸素吸蔵容量(この場合酸素吸収量)を算出し、必要に応じてリッチ側とリーン側とで複数回算出を繰り返し、その平均値をしきい値と比較して最終的な劣化判定を行っている。   Basically, the oxygen storage capacity OSC1 calculated once is used and compared with a predetermined threshold value (catalyst deterioration determination threshold value). If the oxygen storage capacity OSC1 exceeds the threshold value, For example, the deterioration of the catalyst can be determined such that the deterioration is normal and the oxygen storage capacity OSC1 is lower than the threshold value. However, in this embodiment, in order to improve the accuracy, the oxygen storage capacity (oxygen absorption amount in this case) is calculated on the lean side as well, and the calculation is repeated a plurality of times on the rich side and the lean side as necessary. The final deterioration judgment is performed by comparing the value with a threshold value.

具体的には、図4に示すように、時刻t2で目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Flに切り替えられた後、前式(1)により微小時間毎の酸素吸蔵容量dCが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量dCが、触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比A/Fsに達した時点t21から、次に目標空燃比A/Ftがリッチ側に反転する時点t3まで積分される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量OSC2即ち吸収酸素量が算出される。前回サイクルの酸素吸蔵容量OSC1と今回サイクルの酸素吸蔵容量OSC2とはほぼ等しい値となるはずである。こうして複数の酸素吸蔵容量OSC1,OSC2,・・・OSCn(例えばnは5以上)が繰り返し算出され、その平均値OCSavが所定のしきい値OSCsと比較される。そして、平均値OCSavがしきい値OSCsを超えていれば触媒11は正常、平均値OCSavがしきい値OSCs以下ならば触媒11は劣化と判定される。   Specifically, as shown in FIG. 4, after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the lean air-fuel ratio A / Fl at time t2, the oxygen storage capacity dC for every minute time is calculated by the previous equation (1). And the oxygen storage capacity dC for each minute time from the time t21 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr reaches the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs, and then when the target air-fuel ratio A / Ft reverses to the rich side Integration is performed until t3. Thus, the oxygen storage capacity OSC2, that is, the amount of absorbed oxygen in this oxygen absorption cycle is calculated. The oxygen storage capacity OSC1 of the previous cycle and the oxygen storage capacity OSC2 of the current cycle should be approximately equal. Thus, a plurality of oxygen storage capacities OSC1, OSC2,... OSCn (for example, n is 5 or more) are repeatedly calculated, and the average value OCCSav is compared with a predetermined threshold value OSCs. If the average value OCCSav exceeds the threshold value OSCs, the catalyst 11 is determined to be normal, and if the average value OCCSav is equal to or less than the threshold value OSCs, the catalyst 11 is determined to be deteriorated.

なお、車両の走行距離等、触媒劣化度に相関する値に応じて酸素吸蔵容量OSCの算出回数nを変化させてもよい。例えば走行距離が比較的少なく明らかに劣化が相当程度進んでいないと想定できる場合はnを少ない値とし、走行距離が比較的多く劣化が相当程度進んでいる可能性のある場合はnを多い値とする。   Note that the calculation number n of the oxygen storage capacity OSC may be changed in accordance with a value that correlates with the degree of catalyst deterioration, such as the travel distance of the vehicle. For example, if it is assumed that the travel distance is relatively small and the deterioration is not significantly advanced, the value of n is set to a small value. If the travel distance is relatively large and the deterioration may be advanced to a considerable degree, the value of n is increased. And

さて、上述のアクティブ空燃比制御においては、触媒後センサ18の出力電圧がリーン側に反転してリーン判定値VLに達したと同時に(図3のt1)目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Frに切り替えられ、触媒後センサ18の出力電圧がリッチ側に反転してリッチ判定値VRに達したと同時に(図3のt2)目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Flに切り替えられる。つまり、目標空燃比A/Ftの反転は触媒後センサ18の出力が反転するタイミングで行われる。   In the active air-fuel ratio control described above, the output voltage of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the lean side and reaches the lean determination value VL (t1 in FIG. 3). At the same time, the target air-fuel ratio A / Ft is rich. At the same time that the output voltage of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the rich side and reaches the rich determination value VR (t2 in FIG. 3), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / Fl. Can be switched. That is, the target air-fuel ratio A / Ft is reversed at the timing when the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed.

一方、内燃機関始動後の一定期間内では、燃焼される混合気の空燃比がリッチであることや排気ガス温度が低温であることなどに起因して、排気ガス中のHC,COといったリッチ成分(或いは未燃成分)が触媒11自体及び触媒前後のセンサ17,18に付着する傾向にある。特に、触媒11の下流側では、排気ガスの熱が既に上流側の排気管や触媒11に奪われてしまっていることから、排気温度が低く、触媒前センサ17よりもむしろ触媒後センサ18の方が活性が遅れる傾向にあり、リッチ成分の付着が著しい。このように触媒前後のセンサ17,18、特に触媒後センサ18にリッチ成分が付着すると、センサ出力が不安定となり、当該センサから正常な出力を行えなくなる。そして、かかるセンサ出力に基づいて触媒の劣化検出を行うと誤検出に至る可能性もある。例えば、触媒後センサ18に付着したリッチ成分の影響で目標空燃比A/Ftの反転タイミングにぶれが生じ、算出される酸素吸蔵容量の値が不正確な値となる可能性がある。   On the other hand, within a certain period after the internal combustion engine is started, rich components such as HC and CO in the exhaust gas due to the rich air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned and the low exhaust gas temperature. (Or unburned components) tend to adhere to the catalyst 11 itself and the sensors 17 and 18 before and after the catalyst. In particular, on the downstream side of the catalyst 11, since the heat of the exhaust gas has already been taken away by the upstream exhaust pipe and the catalyst 11, the exhaust temperature is low and the post-catalyst sensor 18 rather than the pre-catalyst sensor 17. However, the activity tends to be delayed, and adhesion of rich components is remarkable. Thus, if rich components adhere to the sensors 17 and 18 before and after the catalyst, particularly the post-catalyst sensor 18, the sensor output becomes unstable and normal output from the sensor cannot be performed. Further, if the deterioration of the catalyst is detected based on the sensor output, there is a possibility of erroneous detection. For example, the reversal timing of the target air-fuel ratio A / Ft may be affected by the rich component adhering to the post-catalyst sensor 18, and the calculated oxygen storage capacity value may become an incorrect value.

そこで、このような問題を回避するため、本実施形態では、内燃機関始動後の所定期間内に触媒の劣化検出を実行するときには、その実行前に、触媒上流側の排気空燃比(触媒前空燃比A/Ffr)を顕著なリーンとするような所定運転状態があったことを条件として劣化検出を実行することとしている。即ち、本実施形態は、内燃機関始動後の所定期間内に触媒の劣化検出を実行する際の前提条件に関するものである。   Therefore, in order to avoid such a problem, in the present embodiment, when detecting the deterioration of the catalyst within a predetermined period after the start of the internal combustion engine, the exhaust air-fuel ratio (the pre-catalyst air before the catalyst) is detected before the detection. Deterioration detection is executed on the condition that there is a predetermined operation state in which the fuel ratio (A / Ffr) is markedly lean. In other words, the present embodiment relates to a precondition when performing catalyst deterioration detection within a predetermined period after the internal combustion engine is started.

以下、本実施形態の触媒劣化検出制御の第1の形態を図5に基づいて説明する。同図に示される触媒劣化検出制御の実行ルーチンはECU20により所定の微小時間(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。   Hereinafter, a first embodiment of the catalyst deterioration detection control of the present embodiment will be described with reference to FIG. The execution routine of the catalyst deterioration detection control shown in the figure is repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined minute time (for example, 16 msec).

まずステップS101において、触媒劣化検出制御の基本実行条件が成立しているか否かが判断される。この基本実行条件とは例えば、1)内燃機関1が定常運転状態にあること、2)触媒11の温度が所定の活性温度域にあること、のいずれをも満たすことである。基本実行条件が成立していない場合には本ルーチンが終了され、他方、基本実行条件が成立している場合にはステップS102に進む。   First, in step S101, it is determined whether or not basic execution conditions for catalyst deterioration detection control are satisfied. The basic execution conditions are, for example, 1) that the internal combustion engine 1 is in a steady operation state, and 2) that the temperature of the catalyst 11 is in a predetermined activation temperature range. If the basic execution condition is not satisfied, this routine is terminated. If the basic execution condition is satisfied, the process proceeds to step S102.

ステップS102においては、内燃機関始動時から現時点までの期間である始動後期間が所定期間と比較される。ここで始動後期間はECU20に装備されたタイマ等により計測され、他方、所定期間は、触媒後センサ18が所定の活性温度域に達するような期間(例えば数分程度の値)として予め設定され、ECU20に入力されている。   In step S102, a post-start period, which is a period from the start of the internal combustion engine to the present time, is compared with a predetermined period. Here, the post-start period is measured by a timer or the like equipped in the ECU 20, while the predetermined period is set in advance as a period (for example, a value of several minutes) such that the post-catalyst sensor 18 reaches a predetermined active temperature range. Are input to the ECU 20.

始動後期間が所定期間未満でないとき、即ち所定期間以上であるときは、触媒後センサ18が所定の活性温度域に達しているとみなされ、ステップS104に進んで前述の如き触媒劣化検出が実行される。即ち、アクティブ空燃比制御の実行、触媒の酸素吸蔵容量OSCの算出、算出された酸素吸蔵容量OSCと触媒劣化判定しきい値との比較という行程を順次経て、触媒の正常・劣化が判断される。ステップS104の実行後、本ルーチンが終了される。   When the post-start period is not less than the predetermined period, that is, when the post-start period is greater than or equal to the predetermined period, it is considered that the post-catalyst sensor 18 has reached the predetermined active temperature range, and the process proceeds to step S104 and the catalyst deterioration detection as described above is executed. Is done. That is, normal / deterioration of the catalyst is determined through the steps of executing active air-fuel ratio control, calculating the oxygen storage capacity OSC of the catalyst, and comparing the calculated oxygen storage capacity OSC with the catalyst deterioration determination threshold value. . After execution of step S104, this routine is terminated.

他方、始動後期間が所定期間未満であるときは、触媒後センサ18が所定の活性温度域に達していないとみなされ、ステップS103に進んで、内燃機関の始動時から現時点までの間に、燃料噴射を停止するフューエルカット(F/C)が実行された履歴があるか否かを判断する。フューエルカットにより触媒前空燃比A/Ffrが実質的に無限大の値となるので、このフューエルカットが前述したような、触媒前空燃比A/Ffrを顕著なリーンとするような所定運転状態に相当する。なおここで「触媒前空燃比A/Ffrを顕著なリーンにする」とは、触媒前空燃比A/Ffrを、通常の空燃比制御時のリーン空燃比(即ち、理論空燃比より僅かにリーン側にずれた空燃比)よりもさらにリーン側の空燃比とすることをいう。フューエルカットは例えば、1)アクセル開度センサ15によって検出されたアクセル開度が略全閉であること、2)クランク角センサ14の出力に基づいて計算されるエンジン回転速度がアイドル速度より若干高い所定速度以上であること、の二条件を満たしたときに実行される。   On the other hand, when the post-start period is less than the predetermined period, it is considered that the post-catalyst sensor 18 has not reached the predetermined active temperature range, the process proceeds to step S103, and during the period from the start of the internal combustion engine to the present time, It is determined whether or not there is a history of fuel cut (F / C) that stops fuel injection. Since the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr becomes a substantially infinite value due to the fuel cut, the fuel cut is brought into a predetermined operation state that makes the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr remarkably lean as described above. Equivalent to. Here, “to make the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr remarkably lean” means that the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr is slightly leaner than the stoichiometric air / fuel ratio during normal air / fuel ratio control. The air-fuel ratio on the lean side further than the air-fuel ratio shifted to the side). For example, in the fuel cut, 1) the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 15 is substantially fully closed, and 2) the engine speed calculated based on the output of the crank angle sensor 14 is slightly higher than the idle speed. It is executed when the two conditions of exceeding a predetermined speed are satisfied.

フューエルカット履歴がある場合はステップS104に進んで前記同様に触媒劣化検出が実行される。他方、フューエルカット履歴がない場合はステップS105に進んで触媒劣化検出が実行されずに本ルーチンが終了される。   If there is a fuel cut history, the process proceeds to step S104, and the catalyst deterioration detection is executed as described above. On the other hand, when there is no fuel cut history, the routine proceeds to step S105, where the routine is terminated without detecting the catalyst deterioration.

この触媒劣化検出制御の第1の形態によれば、始動後期間が所定期間未満の場合、即ち触媒後センサ18が所定の活性温度域に達していないような機関始動後から短期間の場合(ステップS102:YES)であっても、以前のフューエルカット履歴がある場合(ステップS103:YES)には、触媒劣化検出が実行される。   According to the first form of the catalyst deterioration detection control, when the post-start period is less than the predetermined period, that is, when the post-catalyst sensor 18 does not reach the predetermined active temperature range and after a short period after engine start ( Even if it is (step S102: YES), if there is a previous fuel cut history (step S103: YES), catalyst deterioration detection is executed.

触媒後センサ18が所定の活性温度域に達していないような機関始動後から短期間の間は触媒劣化検出を実行しないのが一般的であるが、本実施形態では、触媒劣化検出の実行の機会を可能な限り確保するため、触媒温度が活性温度域に入って基本実行条件が成立すれば(ステップS101:YES)、触媒劣化検出を基本的に実行可としている。但し、このような短期間の間では燃焼の安定化のため空燃比がリッチとなっていることが多く、排気ガス温度も低温なので、排気ガス中にリッチ成分(HC,CO)が多く含まれ、且つこのリッチ成分が触媒後センサ18に付着して触媒後センサ18の出力を不安定にさせる。   In general, the catalyst deterioration detection is not performed for a short period after the engine is started so that the post-catalyst sensor 18 does not reach the predetermined activation temperature range. In order to secure opportunities as much as possible, if the catalyst temperature enters the activation temperature range and the basic execution condition is satisfied (step S101: YES), the catalyst deterioration detection is basically executable. However, during such a short period, the air-fuel ratio is often rich to stabilize combustion, and the exhaust gas temperature is also low, so the exhaust gas contains a lot of rich components (HC, CO). In addition, this rich component adheres to the post-catalyst sensor 18 and makes the output of the post-catalyst sensor 18 unstable.

しかしながら、この場合にもフューエルカット履歴があることを条件に触媒劣化検出を実行するので、かかる問題が解消される。即ち、フューエルカットによって空気或いは新気が排気通路を流れるようになり、この空気を、触媒後センサ18に付着したリッチ成分と化学的に反応(特に燃焼反応)させ、リッチ成分を消失させることができる。また、空気により触媒後センサ18に付着したリッチ成分を物理的にも吹き飛ばすことができる。これによってリッチ成分をパージすると共に触媒後センサ18をリフレッシュすることができ、リッチ成分の影響を無くして触媒後センサ18の出力を安定化させ、触媒後センサ18にリッチ成分が付着した状態で劣化検出がなされることを防止することができる。そして、そのようなリッチ成分付着に起因する誤検出をも防止し、触媒劣化検出の精度を高めることができる。   However, even in this case, since the catalyst deterioration detection is executed on the condition that there is a fuel cut history, such a problem is solved. In other words, air or fresh air flows through the exhaust passage due to the fuel cut, and this air is chemically reacted with the rich component adhering to the post-catalyst sensor 18 (particularly the combustion reaction), thereby eliminating the rich component. it can. Further, the rich component adhering to the post-catalyst sensor 18 by air can be physically blown away. As a result, the rich component can be purged and the post-catalyst sensor 18 can be refreshed, the influence of the rich component is eliminated, the output of the post-catalyst sensor 18 is stabilized, and the rich component adheres to the post-catalyst sensor 18 and deteriorates. It is possible to prevent detection. Further, it is possible to prevent erroneous detection due to such rich component adhesion and to improve the accuracy of catalyst deterioration detection.

加えて、フューエルカットによる新気流通により、触媒前センサ17に付着したリッチ成分をも化学的、物理的に消失させることができる。これにより触媒前センサ17についても触媒後センサ18についてと同様な利益を得ることができる。   In addition, the rich component adhering to the pre-catalyst sensor 17 can be chemically and physically lost by the fresh air circulation by the fuel cut. As a result, the pre-catalyst sensor 17 can obtain the same benefits as the post-catalyst sensor 18.

次に、本実施形態の触媒劣化検出制御の第2の形態を図6に基づいて説明する。同図に示される触媒劣化検出制御の実行ルーチンもECU20により所定の微小時間(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。   Next, a second embodiment of the catalyst deterioration detection control of this embodiment will be described based on FIG. The execution routine of the catalyst deterioration detection control shown in the figure is also repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined minute time (for example, 16 msec).

まずステップS201において、前記ステップS101と同様、触媒劣化検出制御の基本実行条件が成立しているか否かが判断される。そして次のステップS202においては、前記ステップS102と同様、始動後期間が所定期間と比較される。   First, in step S201, as in step S101, it is determined whether or not basic execution conditions for catalyst deterioration detection control are satisfied. In the next step S202, the post-start period is compared with a predetermined period, as in step S102.

始動後期間が所定期間未満でないとき(即ち所定期間以上であるとき)は、触媒後センサ18が所定の活性温度域に達しているとみなされ、ステップS204に進んで前記ステップS104と同様に触媒劣化検出が実行され、本ルーチンが終了される。   When the period after the start is not less than the predetermined period (that is, when it is equal to or longer than the predetermined period), it is considered that the post-catalyst sensor 18 has reached a predetermined activation temperature range, and the process proceeds to step S204 and the catalyst is the same as in step S104. Deterioration detection is executed, and this routine is terminated.

他方、始動後期間が所定期間未満であるときは、触媒後センサ18が所定の活性温度域に達していないとみなされ、ステップS203に進んで前記ステップS103と同様、内燃機関始動時から現時点までの間のフューエルカット履歴があるか否かが判断される。   On the other hand, when the post-start period is less than the predetermined period, it is considered that the post-catalyst sensor 18 has not reached the predetermined active temperature range, the process proceeds to step S203, and from the start of the internal combustion engine to the present time, as in step S103. It is determined whether or not there is a fuel cut history between.

フューエルカット履歴がある場合はステップS204に進んで前記同様に触媒劣化検出が実行される。他方、フューエルカット履歴がない場合はステップS205に進んでリーンスパイク許可条件が成立しているか否かが判断され、リーンスパイク許可条件が成立している場合は、ステップS206にてリーンスパイクが実行された後、ステップS204に進んで触媒劣化検出が実行される。他方、リーンスパイク許可条件が成立していない場合は、ステップS207に進んで、触媒劣化検出が実行されずに、本ルーチンが終了される。   If there is a fuel cut history, the routine proceeds to step S204, where catalyst deterioration detection is performed as described above. On the other hand, if there is no fuel cut history, the routine proceeds to step S205, where it is determined whether the lean spike permission condition is satisfied, and if the lean spike permission condition is satisfied, the lean spike is executed in step S206. Then, the process proceeds to step S204, where catalyst deterioration detection is executed. On the other hand, when the lean spike permission condition is not satisfied, the routine proceeds to step S207, where the routine is terminated without detecting the catalyst deterioration.

この第2の形態では、第1の形態のようにフューエルカット履歴が無い場合に直ちに触媒劣化検出を実行しないのではなく、フューエルカット履歴が無い場合でもリーンスパイク許可条件が成立している場合にはリーンスパイクを強制的に実行し、その後触媒劣化検出を実行するようにしている。   In the second embodiment, the catalyst deterioration detection is not immediately performed when there is no fuel cut history as in the first embodiment, but when the lean spike permission condition is satisfied even when there is no fuel cut history. Forcibly executes a lean spike and then detects catalyst deterioration.

リーンスパイクとは、燃焼室内の混合気の空燃比、即ち触媒前空燃比A/Ffrを一時的或いは瞬時的に、通常空燃比制御時のリーン空燃比よりもさらにリーン側の(即ち、顕著にリーンの)空燃比にする制御である。例えば、目標空燃比A/Ftを15〜15.5程度の値に設定して燃料噴射を行い、触媒前センサ17で検出される実空燃比がその目標空燃比A/Ftに等しい値に達したら制御を終了するというものである。これにより、触媒前空燃比A/Ffrが一時的に顕著なリーンとなり、前記フューエルカットの場合と同様、触媒後センサ18をリフレッシュすることができる。即ち、リーンスパイクに基づく顕著なリーンガスにより触媒後センサ18に付着したリッチ成分を化学的、物理的に消失させ、リッチ成分の影響を無くして触媒後センサ18の出力を安定化させることができる。そしてそのようなリッチ成分付着に起因する誤検出を防止し、触媒劣化検出の精度を高めることができる。リーンスパイクによって触媒前センサ17に付着したリッチ成分をも消失させることができる点も前記同様である。   Lean spike is the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber, that is, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr, which is temporarily or instantaneously further on the lean side than the lean air-fuel ratio during normal air-fuel ratio control (ie, significantly This is a control for making the air / fuel ratio lean. For example, fuel injection is performed with the target air-fuel ratio A / Ft set to a value of about 15 to 15.5, and the actual air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 reaches a value equal to the target air-fuel ratio A / Ft. Then, the control is terminated. As a result, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr temporarily becomes significantly lean, and the post-catalyst sensor 18 can be refreshed as in the case of the fuel cut. That is, the rich component adhering to the post-catalyst sensor 18 can be chemically and physically lost by the remarkable lean gas based on the lean spike, and the output of the post-catalyst sensor 18 can be stabilized without the influence of the rich component. And the misdetection resulting from such rich component adhesion can be prevented, and the precision of catalyst degradation detection can be improved. The rich component adhering to the pre-catalyst sensor 17 can also be eliminated by the lean spike as described above.

こうして、フューエルカット履歴が無い場合でもリーンスパイクを実行して触媒劣化検出を実行することができるので、触媒劣化検出の機会をより多く確保することが可能になる。   In this way, even when there is no fuel cut history, the lean spike can be executed and the catalyst deterioration can be detected, so that more opportunities for detecting the catalyst deterioration can be secured.

ここで、リーンスパイクは燃焼される混合気の空燃比を一時的に顕著なリーンとする制御なので、その実行によるエミッションやドライバビリティの悪化が懸念される。リーンスパイク実行時の空燃比の値はできるだけエミッションやドライバビリティに悪影響を与えないように設定されてはいるものの、これらへの影響は最小限に止めるのが望ましい。   Here, since the lean spike is a control that temporarily makes the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned significantly lean, there is a concern that the emission and the drivability may deteriorate due to the execution. Although the value of the air-fuel ratio at the time of lean spike execution is set so as not to adversely affect the emission and drivability as much as possible, it is desirable to minimize the influence on these.

そこで本実施形態では、リーンスパイク実行前にその実行を許可する条件が成立しているかどうかを判断するようにしている(ステップS205)。リーンスパイク許可条件は、以下の条件A〜Cの少なくとも一つ、好ましくは全て、が満たされたときに成立する。
A.内燃機関への加速要求が無いこと。
B.内燃機関が、NOx排出量が多くなるような所定の運転領域に無いこと。
C.触媒11の下流側に位置する下流触媒の温度が所定の活性温度域にあること。
Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not a condition for permitting the execution of the lean spike is satisfied (step S205). The lean spike permission condition is satisfied when at least one, preferably all of the following conditions A to C are satisfied.
A. There is no acceleration request for the internal combustion engine.
B. The internal combustion engine is not in a predetermined operating range where the amount of NOx emission increases.
C. The temperature of the downstream catalyst located on the downstream side of the catalyst 11 is in a predetermined activation temperature range.

条件Aはドライバビリティ上の観点に基づくものである。例えば車両用内燃機関において、ドライバがアクセルを踏み込んで加速しようとしたときに空燃比を一時的に顕著なリーンとしてしまうと、加速の途中で一瞬加速感が抜けて違和感を生じる。よってこれを回避するため、内燃機関への加速要求があるときはリーンスパイクを実行しないようにし、逆に内燃機関への加速要求がないときにリーンスパイクを実行するようにする。   Condition A is based on a drivability viewpoint. For example, in an internal combustion engine for a vehicle, if the driver depresses the accelerator and tries to accelerate, if the air-fuel ratio is temporarily made lean, the sense of acceleration will be lost momentarily during the acceleration, resulting in a sense of incongruity. Therefore, to avoid this, the lean spike is not executed when there is an acceleration request to the internal combustion engine, and conversely, the lean spike is executed when there is no acceleration request to the internal combustion engine.

この条件Aの判断は例えば次のように行うことができる。即ち、アクセル開度センサ15で検出されたアクセル開度の値が所定値より大きいか、またはアクセル開度の変化速度が所定値より大きいとき、加速要求ありと判断し、逆に、アクセル開度の値が所定値以下か、またはアクセル開度の変化速度が所定値以下のとき、加速要求なしと判断する。   The determination of the condition A can be performed as follows, for example. That is, when the value of the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 15 is larger than a predetermined value or when the change speed of the accelerator opening is larger than a predetermined value, it is determined that there is a request for acceleration. When the value of is not more than a predetermined value or the change rate of the accelerator opening is not more than a predetermined value, it is determined that no acceleration is requested.

条件Bはエミッション上の観点に基づくものである。例えば燃費向上のための希薄燃焼運転(リーンバーン運転)を実行する領域のような、元々NOxが排出されやすい運転領域が存在する場合があり、この運転領域にあるときに空燃比を一時的に顕著なリーンとしてしまうと、NOxがさらに悪化してしまう。よってこれを回避するため、内燃機関が、NOx排出量が多くなるような運転領域にある場合にはリーンスパイクを実行しないようにし、逆に内燃機関が、NOx排出量が多くなるような運転領域に無い場合にはリーンスパイクを実行するようにする。   Condition B is based on an emission viewpoint. For example, there may be an operation region where NOx is easily discharged, such as a region where lean burn operation (lean burn operation) for improving fuel efficiency is performed, and the air-fuel ratio is temporarily set in this operation region. If it becomes a remarkable lean, NOx will get worse. Therefore, in order to avoid this, when the internal combustion engine is in an operation region where the NOx emission amount increases, the lean spike is not executed, and conversely, the operation region where the internal combustion engine increases the NOx emission amount. If not, perform lean spike.

この条件Bの判断方法としては、例えば機関運転状態を表すパラメータ(例えば回転速度と負荷)に関連付けてリーンスパイク実行領域マップを予め作製すると共にECU20に入力しておき、それらパラメータの検出値とリーンスパイク実行領域マップとを比較して条件Bの成立・不成立を判断する。   As a determination method of the condition B, for example, a lean spike execution region map is created in advance in association with parameters (for example, rotation speed and load) representing the engine operating state, and is input to the ECU 20, and the detected values of these parameters and the lean Comparison with the spike execution area map is made to determine whether condition B is satisfied or not.

条件Cもエミッション上の観点に基づくものである。例えば、エミッション向上のため、前記触媒11の下流側の排気通路に触媒を追加して設けることがある。この追加された触媒を下流触媒という。下流触媒は通常、触媒後センサ18の下流側に設置される。この場合において、リーンスパイクの実行によってNOxが排出され上流側の触媒11を通過したとしても、下流触媒が活性温度域にあるのであれば、そのNOxを下流触媒で除去することが可能である。よって、下流触媒が活性温度域にない場合にはリーンスパイクを実行しないようにし、逆に下流触媒が活性温度域にある場合にはリーンスパイクを実行するようにする。   Condition C is also based on an emission viewpoint. For example, in order to improve emissions, an additional catalyst may be provided in the exhaust passage on the downstream side of the catalyst 11. This added catalyst is referred to as a downstream catalyst. The downstream catalyst is usually installed on the downstream side of the post-catalyst sensor 18. In this case, even if NOx is discharged by the execution of lean spike and passes through the upstream catalyst 11, if the downstream catalyst is in the active temperature range, the NOx can be removed by the downstream catalyst. Therefore, the lean spike is not executed when the downstream catalyst is not in the active temperature range, and conversely, the lean spike is executed when the downstream catalyst is in the active temperature range.

この条件Cの判断方法としては、例えば下流触媒の温度を推定し、この推定温度が所定温度以上のとき条件C成立、推定温度が所定温度未満のとき条件C不成立とする。   As a determination method of the condition C, for example, the temperature of the downstream catalyst is estimated, and when the estimated temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the condition C is satisfied, and when the estimated temperature is lower than the predetermined temperature, the condition C is not satisfied.

このように、リーンスパイク実行前にその実行許可条件成立の有無を判断するので、リーンスパイクによるエミッションやドライバビリティの悪化を未然に防止することができる。   As described above, since whether or not the execution permission condition is satisfied is determined before the execution of the lean spike, it is possible to prevent the emission and the drivability from being deteriorated due to the lean spike.

次に、本実施形態の触媒劣化検出制御の第3の形態を図7に基づいて説明する。同図に示される触媒劣化検出制御の実行ルーチンもECU20により所定の微小時間(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。   Next, a third form of the catalyst deterioration detection control of this embodiment will be described with reference to FIG. The execution routine of the catalyst deterioration detection control shown in the figure is also repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined minute time (for example, 16 msec).

この第3の形態の実行ルーチンは第1の形態の実行ルーチンと大略同様である。第3の形態では、ステップS301,S302,S304,S305が第1の形態のステップS101,S102,S104,S105と同様であり、ステップS303のみが第1の形態のステップS103と異なる。   The execution routine of the third form is substantially the same as the execution routine of the first form. In the third mode, steps S301, S302, S304, and S305 are the same as steps S101, S102, S104, and S105 in the first mode, and only step S303 is different from step S103 in the first mode.

第1の形態のステップS103では、内燃機関の始動時から現時点までの間にフューエルカットが実行された履歴が有るかどうかが判断された。これに対し、第3の形態のステップS303では、内燃機関の始動時から現時点までの間にリーンスパイクが実行された履歴が有るかどうかが判断される。このリーンスパイクの実行によってもフューエルカットと同様に触媒前後のセンサ17,18(特に触媒後センサ18)のリフレッシュを図ることができるので、第1の形態のフューエルカット履歴をリーンスパイク履歴に置き換えても第1の形態と同様の作用効果を発揮することができる。   In step S103 of the first embodiment, it is determined whether or not there is a history of fuel cut execution from the start of the internal combustion engine to the present time. On the other hand, in step S303 of the third embodiment, it is determined whether there is a history of execution of lean spikes from the start of the internal combustion engine to the present time. By executing this lean spike, the sensors 17 and 18 (particularly the post-catalyst sensor 18) before and after the catalyst can be refreshed similarly to the fuel cut. Therefore, the fuel cut history of the first embodiment is replaced with the lean spike history. Can exhibit the same effects as those of the first embodiment.

なお、内燃機関の始動時から現時点までの間にリーンスパイクが実行される場合とは、例えば触媒劣化検出と関係する或いは無関係な他の条件に基づいてリーンスパイクが実行される場合をいう。   Note that the case where the lean spike is executed between the start of the internal combustion engine and the present time refers to the case where the lean spike is executed based on other conditions that are related to or unrelated to the detection of catalyst deterioration, for example.

以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関始動後の一定期間内は触媒前空燃比A/Ffrを顕著なリーンとするような所定運転状態があったことを条件として触媒劣化検出を実行する。これによりセンサに付着したリッチ成分を予めパージしてから触媒劣化検出を実行することができる。よって触媒劣化検出実行時において、センサにリッチ成分が付着した状態で劣化検出がなされることを防止し、センサの出力を安定化させて誤検出を防止し、触媒劣化検出の精度を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, the deterioration of the catalyst is detected on the condition that there is a predetermined operation state in which the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr is remarkably lean within a certain period after the internal combustion engine is started. Execute. As a result, the catalyst deterioration can be detected after the rich component adhering to the sensor is purged in advance. Therefore, when performing catalyst deterioration detection, it is possible to prevent deterioration detection with rich components attached to the sensor, stabilize the sensor output to prevent false detection, and improve the accuracy of catalyst deterioration detection. it can.

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート(吸気通路)噴射式或いは両噴射方式を兼ね備えるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用可能である。内燃機関の形式や用途に特に限定はない。触媒後センサ18は、触媒前センサ17と同様な全域空燃比センサに置き換えることも可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, although the above-described internal combustion engine is a direct injection type, the present invention is also applicable to an intake port (intake passage) injection type or a dual injection type internal combustion engine having both injection types. There is no particular limitation on the type and application of the internal combustion engine. The post-catalyst sensor 18 can be replaced with a global air-fuel ratio sensor similar to the pre-catalyst sensor 17.

前記実施形態では、触媒劣化検出方法として、触媒の酸素吸蔵容量を算出してこれを触媒劣化判定しきい値と比較して劣化判定を行う方法(所謂Cmax法)を採用した。しかしながら、他の触媒劣化検出方法を採用することもできる。例えば特許文献1に開示されているような触媒前後のセンサの出力軌跡長の比に基づき触媒劣化を検出する方法や、より単純に触媒後センサの出力軌跡長に基づき触媒劣化を検出する方法などが採用できる。   In the embodiment, as a catalyst deterioration detection method, a method (so-called Cmax method) is adopted in which the oxygen storage capacity of the catalyst is calculated and compared with a catalyst deterioration determination threshold value to determine deterioration. However, other catalyst deterioration detection methods can be employed. For example, a method of detecting catalyst deterioration based on the ratio of sensor output trajectory lengths before and after the catalyst as disclosed in Patent Document 1, a method of detecting catalyst deterioration based on the output trajectory length of the post-catalyst sensor more simply, etc. Can be adopted.

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

本実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of this embodiment. 触媒の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a catalyst. アクティブ空燃比制御の基本を説明するためのタイムチャートである。3 is a time chart for explaining the basics of active air-fuel ratio control. 図3と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の算出方法を説明するための図である。FIG. 4 is a time chart similar to FIG. 3 for illustrating a method for calculating the oxygen storage capacity. 触媒劣化検出制御の第1の形態のフローチャートである。It is a flowchart of the 1st form of catalyst deterioration detection control. 触媒劣化検出制御の第2の形態のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd form of catalyst deterioration detection control. 触媒劣化検出制御の第3の形態のフローチャートである。It is a flowchart of the 3rd form of catalyst deterioration detection control.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
3 燃焼室
5 エアフローメータ
6 排気管
7 点火プラグ
10 スロットルバルブ
11 触媒
12 インジェクタ
15 アクセル開度センサ
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
20 電子制御ユニット(ECU)
A/F 空燃比
A/Ffr 触媒前空燃比
A/Frr 触媒後空燃比
A/Ft 目標空燃比
A/Fs 理論空燃比
OSC 触媒の酸素吸蔵容量
VR リッチ判定値
VL リーン判定値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 5 Air flow meter 6 Exhaust pipe 7 Spark plug 10 Throttle valve 11 Catalyst 12 Injector 15 Accelerator opening sensor 17 Pre-catalyst sensor 18 Post-catalyst sensor 20 Electronic control unit (ECU)
A / F Air-fuel ratio A / Ffr Pre-catalyst air-fuel ratio A / Frr Post-catalyst air-fuel ratio A / Ft Target air-fuel ratio A / Fs Theoretical air-fuel ratio OSC Catalyst oxygen storage capacity VR Rich judgment value VL Lean judgment value

Claims (6)

内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
内燃機関始動後の所定期間内に触媒の劣化検出を実行するに際し、その実行前に、触媒上流側の排気空燃比をリーンとするような所定運転状態があったことを条件として劣化検出を実行することを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An apparatus for detecting deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
When performing the deterioration detection of the catalyst within a predetermined period after the internal combustion engine is started, the deterioration detection is executed on the condition that there is a predetermined operation state in which the exhaust air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is lean before the execution. An apparatus for detecting catalyst deterioration in an internal combustion engine.
前記所定運転状態がフューエルカットであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   2. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined operation state is fuel cut. 前記所定運転状態がリーンスパイクであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   2. The catalyst deterioration detection apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined operation state is a lean spike. 前記リーンスパイクが、所定のリーンスパイク許可条件が成立したときに実行されるものであることを特徴とする請求項3記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   4. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the lean spike is executed when a predetermined lean spike permission condition is satisfied. 前記リーンスパイク許可条件が、以下の条件A〜Cの少なくとも一つが満たされたときに成立することを特徴とする請求項4記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
A.内燃機関への加速要求が無いこと。
B.内燃機関が、NOx排出量が多くなるような所定の運転領域に無いこと。
C.前記触媒の下流側に位置する下流触媒の温度が所定の活性温度域にあること。
The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the lean spike permission condition is satisfied when at least one of the following conditions A to C is satisfied.
A. There is no acceleration request for the internal combustion engine.
B. The internal combustion engine is not in a predetermined operating range where the amount of NOx emission increases.
C. The temperature of the downstream catalyst located on the downstream side of the catalyst is in a predetermined activation temperature range.
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出するための触媒後センサを備え、前記所定期間は、前記触媒後センサが所定の活性温度域に達する前の期間であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   The post-catalyst sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is provided, and the predetermined period is a period before the post-catalyst sensor reaches a predetermined active temperature range. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 5.
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