JP2010163885A - Catalyst degradation determination device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst degradation determination device capable of detecting sulfur concentration in fuel. <P>SOLUTION: According to output reversion of a catalyst-posterior sensor 18, active air-fuel ratio control of alternately switching air-fuel ratio on the upstream of a catalyst 11 to rich and lean is performed, the oxygen storage capacity of the catalyst 11 is measured according to the execution thereof, and degradation of the catalyst 11 is determined based on the measurement value. A storage-reduction NOx catalyst 21 having a relatively small capacity is disposed between the catalyst 11 and the sensor 18, and an NOx sensor 22 is disposed on the downstream of the NOx catalyst 21. The sulfur concentration in fuel is detected based on the output of the NOx sensor during lean control. Since the output behavior of the NOx sensor during lean control is varied according to the sulfur concentration in fuel, this characteristic can be used to detect the sulfur concentration in fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、触媒の劣化を診断するための装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断するための装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst, and more particularly to an apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

例えば車両用の内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能(Oストレージ能)を有するものがあり、これは、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比(ストイキ)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ストイキ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。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少振れてしまっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ずれを吸収することができる。 For example, in an internal combustion engine for a vehicle, a catalyst for purifying exhaust gas is installed in the exhaust system. Some of these catalysts have an oxygen storage capacity (O 2 storage capacity). This is because when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), that is, the exhaust gas becomes lean. Excess oxygen present in the gas is adsorbed and held, and when the air-fuel ratio of the catalyst inflow exhaust gas becomes smaller than the stoichiometric, that is, becomes rich, the adsorbed and held oxygen is released. For example, in a gasoline engine, air-fuel ratio control is performed so that the exhaust gas flowing into the catalyst is in the vicinity of stoichiometry. However, when a three-way catalyst having oxygen storage capacity is used, the actual air-fuel ratio slightly deviates from stoichiometry depending on operating conditions. However, the air-fuel ratio shift can be absorbed by the oxygen storage / release action of the three-way catalyst.

ところで、触媒が劣化すると触媒の浄化効率が低下する。一方、触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、酸素吸蔵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。一般的には、触媒上流側の空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法(所謂Cmax法)が採用される。   By the way, when the catalyst deteriorates, the purification efficiency of the catalyst decreases. On the other hand, there is a correlation between the degree of deterioration of the catalyst and the degree of reduction of the oxygen storage capacity because they are reactions through noble metals. Therefore, it is possible to detect that the catalyst has deteriorated by detecting that the oxygen storage capacity has decreased. In general, active air-fuel ratio control that switches the air-fuel ratio upstream of the catalyst alternately between rich and lean is performed, and the oxygen storage capacity of the catalyst is measured along with the execution of this active air-fuel ratio control to diagnose catalyst deterioration. The so-called method (so-called Cmax method) is employed.

例えば特許文献1には、Cmax法を利用した触媒劣化判定装置であって、計測された酸素吸蔵容量と酸素吸蔵容量の算出回数とに基づいて触媒の劣化度合いを判定する装置が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for determining catalyst deterioration using the Cmax method, which determines the degree of catalyst deterioration based on the measured oxygen storage capacity and the number of times the oxygen storage capacity is calculated. .

特開2004−176611号公報JP 2004-176611 A

ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄(S)が比較的高濃度で含まれていることがある。このような燃料が給油された場合、硫黄成分が触媒に蓄積して触媒の性能が低下する被毒(S被毒)が発生する。S被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出反応が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再給油されると被毒状態はやがて解消される。S被毒による触媒の性能低下は一時的なものである。よって触媒の劣化診断においては、かかるS被毒による一時的劣化を、本来診断すべき熱劣化等の恒久的劣化ないし異常であると誤って診断しないようにする必要がある。とりわけ、正常と劣化との境目(クライテリア)付近にありながらなお正常である触媒について、誤って劣化と誤診断してしまわないようにする必要がある。   By the way, depending on a use area etc., sulfur (S) may be contained in fuel by comparatively high concentration. When such fuel is supplied, poisoning (S poisoning) occurs in which sulfur components accumulate in the catalyst and the performance of the catalyst decreases. When S poisoning occurs, the oxygen storage / release reaction of the catalyst is hindered, and the apparent oxygen storage capacity of the catalyst decreases. However, if the fuel with a low sulfur concentration is refueled, the poisoning state will eventually be resolved. The performance degradation of the catalyst due to S poisoning is temporary. Therefore, in the catalyst deterioration diagnosis, it is necessary not to mistakenly diagnose the temporary deterioration due to the S poisoning as permanent deterioration or abnormality such as heat deterioration to be originally diagnosed. In particular, it is necessary to prevent a catalyst that is still normal while being in the vicinity of the boundary between normality and deterioration (criteria) from being erroneously diagnosed as deterioration.

かかる誤診断を防止するためには、燃料性状を判別すること、特に燃料の硫黄濃度を検出することが好適である。かかる判別ないし検出を行えば、燃料が高硫黄濃度であると検出したときに必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できるからである。   In order to prevent such a misdiagnosis, it is preferable to discriminate the fuel property, particularly to detect the sulfur concentration of the fuel. This is because if such discrimination or detection is performed, necessary measures can be taken when it is detected that the fuel has a high sulfur concentration, and erroneous diagnosis can be prevented.

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、その一の目的は、燃料の硫黄濃度を検出可能な触媒劣化診断装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst deterioration diagnosis device capable of detecting the sulfur concentration of fuel.

本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒の下流側に配置されて排気ガスの空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒後センサの出力が反転するのに応じて触媒上流側の空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段と、
前記酸素吸蔵容量の計測値に基づき前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
前記触媒と前記触媒後センサの間に配置された比較的小容量の吸蔵還元型NOx触媒と、
前記NOx触媒の下流側に配置されて排気ガスのNOx濃度を検出するNOxセンサと、
前記触媒上流側空燃比のリーン制御中における前記NOxセンサの出力に基づき、燃料の硫黄濃度を検出する硫黄濃度検出手段と、
を備えたことを特徴とする触媒劣化診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
An apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor that is disposed downstream of the catalyst and detects an air-fuel ratio of exhaust gas;
Active air-fuel ratio control means for executing active air-fuel ratio control for alternately switching the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst between rich and lean as the output of the post-catalyst sensor is inverted;
Measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in accordance with execution of the active air-fuel ratio control;
Determination means for determining deterioration of the catalyst based on the measured value of the oxygen storage capacity;
A relatively small capacity NOx storage reduction catalyst disposed between the catalyst and the post-catalyst sensor;
A NOx sensor that is disposed downstream of the NOx catalyst and detects the NOx concentration of the exhaust gas;
A sulfur concentration detecting means for detecting the sulfur concentration of the fuel based on the output of the NOx sensor during lean control of the catalyst upstream air-fuel ratio;
There is provided a catalyst deterioration diagnosis device characterized by comprising:

触媒上流側空燃比のリーン制御中には、触媒にリーンな排気ガスが供給されているが、このリーンな排気ガスは、触媒の酸素吸蔵量が飽和状態に近づくにつれ徐々に触媒から漏れ出してくる。この漏出量の増加につれ、触媒から漏れ出てくるNOx量も徐々に増加する。かかる漏出NOxは、NOx触媒が正常な状態であればNOx触媒により吸蔵され、NOx触媒から排出されない。即ち、硫黄濃度の低い燃料が使用されていれば、NOx触媒はS被毒しないので、漏出NOxを吸蔵しこれを排出しない。それ故NOxセンサの出力は低い値に維持される。   During the lean control of the catalyst upstream air-fuel ratio, lean exhaust gas is supplied to the catalyst, but this lean exhaust gas gradually leaks from the catalyst as the oxygen storage amount of the catalyst approaches the saturation state. come. As the leakage amount increases, the NOx amount leaking from the catalyst also gradually increases. If the NOx catalyst is in a normal state, the leaked NOx is occluded by the NOx catalyst and is not discharged from the NOx catalyst. That is, if a fuel having a low sulfur concentration is used, the NOx catalyst is not poisoned with S, so that the leaked NOx is occluded and is not discharged. Therefore, the output of the NOx sensor is maintained at a low value.

ところが、硫黄濃度の高い燃料が使用されると、NOx触媒がS被毒し、その本来有するNOx吸蔵能が低下する。よってNOx触媒に供給された漏出NOxは比較的早い段階からNOx触媒から漏れ出し、これに応答してNOxセンサの出力が変化する。このように燃料の硫黄濃度に応じてリーン制御中におけるNOxセンサの出力挙動が相違するので、この特性を利用して燃料の硫黄濃度が検出される。   However, when a fuel with a high sulfur concentration is used, the NOx catalyst is poisoned with S, and its inherent NOx storage capacity is reduced. Therefore, the leaked NOx supplied to the NOx catalyst leaks from the NOx catalyst from a relatively early stage, and in response to this, the output of the NOx sensor changes. As described above, the output behavior of the NOx sensor during the lean control differs depending on the sulfur concentration of the fuel. Therefore, the sulfur concentration of the fuel is detected using this characteristic.

好ましくは、前記硫黄濃度検出手段は、前記リーン制御の開始時から、前記NOxセンサの出力が所定値に達するまでの時間を計測し、当該計測された時間が所定値以下であるとき、燃料の硫黄濃度が高いことを検出する。   Preferably, the sulfur concentration detection means measures the time from the start of the lean control until the output of the NOx sensor reaches a predetermined value, and when the measured time is less than the predetermined value, Detects high sulfur concentration.

これは、高硫黄燃料使用時には低硫黄燃料使用時に比べ早期にNOx触媒からNOxが漏れ始め、NOxセンサ出力が立ち上がることを利用するものである。   This utilizes the fact that NOx begins to leak from the NOx catalyst earlier when high sulfur fuel is used and NOx sensor output rises earlier than when low sulfur fuel is used.

好ましくは、前記硫黄濃度検出手段は、前記リーン制御中にNOxセンサ出力に基づく面積又は軌跡長を計測し、当該計測された面積又は軌跡長が所定値以上であるとき、燃料の硫黄濃度が高いことを検出する。   Preferably, the sulfur concentration detection means measures an area or trajectory length based on the NOx sensor output during the lean control, and the sulfur concentration of the fuel is high when the measured area or trajectory length is a predetermined value or more. Detect that.

これは、高硫黄燃料使用時には低硫黄燃料使用時に比べNOxセンサ出力が大きく変化することを利用するものである。   This utilizes the fact that the NOx sensor output changes greatly when high sulfur fuel is used compared to when low sulfur fuel is used.

好ましくは、前記判定手段が、前記酸素吸蔵容量計測値を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定するものであり、前記触媒劣化診断装置が、前記硫黄濃度検出手段により燃料の硫黄濃度が高いことが検出されたとき、前記酸素吸蔵容量計測値又は前記劣化判定値を補正する補正手段をさらに備える。   Preferably, the determination means determines the deterioration of the catalyst by comparing the measured value of the oxygen storage capacity with a predetermined deterioration determination value, and the catalyst deterioration diagnosis device uses the sulfur concentration detection means to determine the amount of fuel. When it is detected that the sulfur concentration is high, the apparatus further includes a correction unit that corrects the oxygen storage capacity measurement value or the deterioration determination value.

かかる補正により、触媒のS被毒による酸素吸蔵容量計測値の減少の影響を抑制して誤診断を未然に防止することができる。   By such correction, it is possible to prevent the erroneous diagnosis by suppressing the influence of the decrease in the measured value of the oxygen storage capacity due to the S poisoning of the catalyst.

本発明によれば、燃料の硫黄濃度を検出可能な触媒劣化診断装置を提供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, it is possible to provide an excellent catalyst deterioration diagnosis device capable of detecting the sulfur concentration of fuel.

本発明の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 embodiment of this invention. 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. 触媒劣化診断時におけるアクティブ空燃比制御の内容を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the content of the active air fuel ratio control at the time of catalyst deterioration diagnosis. 図3と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測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 measuring the oxygen storage capacity. 触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of a pre-catalyst sensor and a post-catalyst sensor. 触媒劣化診断時および硫黄濃度検出時における各値の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of each value at the time of catalyst degradation diagnosis and sulfur concentration detection. 硫黄濃度検出の第1の態様を含む触媒劣化診断処理のフローチャートである。It is a flowchart of a catalyst deterioration diagnostic process including the 1st aspect of sulfur concentration detection. 補正係数を算出するためのマップを示す。The map for calculating a correction coefficient is shown. 補正係数を算出するためのマップを示す。The map for calculating a correction coefficient is shown. NOxセンサ出力に基づく面積を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the area based on a NOx sensor output. 硫黄濃度検出の第2の態様を含む触媒劣化診断処理のフローチャートである。It is a flowchart of the catalyst deterioration diagnosis process including the 2nd aspect of sulfur concentration detection. 補正係数を算出するためのマップを示す。The map for calculating a correction coefficient is shown. NOxセンサ出力に基づく軌跡長を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the locus | trajectory length based on a NOx sensor output. 硫黄濃度検出の第3の態様を含む触媒劣化診断処理のフローチャートである。It is a flowchart of a catalyst deterioration diagnostic process including the 3rd aspect of sulfur concentration detection. 補正係数を算出するためのマップを示す。The map for calculating a correction coefficient is shown. 上流触媒とNOx触媒の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of an upstream catalyst and a NOx catalyst.

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。   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.

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(内燃機関に流入する空気量)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. In the intake pipe 13, an air flow meter 5 for detecting the intake air amount (the amount of air flowing into the internal combustion engine) and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Viの開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストン4で圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector (fuel injection valve) 12 that injects fuel into the intake passage, particularly into the intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve Vi is opened, compressed by the piston 4, and ignited and burned by the spark plug 7. It is done.

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に接続されている。これら排気ポート、枝管及び排気管6により排気通路が形成される。排気管6には、上流側から順に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒即ち上流触媒11と、比較的小容量の吸蔵還元型NOx触媒21と、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒即ち下流触媒19とが、直列に設けられている。上流触媒11の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ即ち触媒前センサ17が設けられている。また、NOx触媒21及び下流触媒19の間には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ即ち触媒後センサ18と、排気ガスのNOx濃度を検出するためのNOxセンサ22とが設けられている。なおこれにより、NOx触媒21は上流触媒11と触媒後センサ18の間に配置されることとなる。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値の信号を出力する。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値が急変する特性(Z特性)を持つ。これら触媒前センサ17及び触媒後センサ18の出力特性を図5に示す。 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. These exhaust ports, branch pipes and exhaust pipe 6 form an exhaust passage. The exhaust pipe 6 includes, in order from the upstream side, a catalyst composed of a three-way catalyst having an oxygen storage capacity, that is, an upstream catalyst 11, a relatively small capacity storage reduction type NOx catalyst 21, and a three-way catalyst having an oxygen storage capacity. And the downstream catalyst 19 are provided in series. An upstream side of the upstream catalyst 11 is provided with an air-fuel ratio sensor, that is, a pre-catalyst sensor 17 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas. Further, an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, that is, a post-catalyst sensor 18, and a NOx sensor 22 for detecting the NOx concentration of the exhaust gas are provided between the NOx catalyst 21 and the downstream catalyst 19. It has been. As a result, the NOx catalyst 21 is disposed between the upstream catalyst 11 and the post-catalyst sensor 18. The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide range, and outputs a signal having a value 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 (Z characteristic) in which the output value changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio. The output characteristics of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 are shown in FIG.

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およびNOxセンサ22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、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。   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, the post-catalyst sensor 18, and the NOx sensor 22, the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1, an accelerator opening, as shown in the figure. The accelerator opening sensor 15 for detecting the above 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.

ECU20は、触媒前センサ17により検出された空燃比即ち触媒前空燃比A/Ffが目標空燃比A/Ftに一致するように、燃焼室3に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。一方、触媒11,19は、これに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比(ストイキ、例えばA/Fs=14.6)のときにNOx ,HCおよびCOを同時に高効率で浄化する。よってECU20は、内燃機関の通常運転時、理論空燃比に等しい目標空燃比A/Ftを設定し、触媒前センサ17により検出された触媒前空燃比A/Ffが理論空燃比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フィードバック制御する。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 ECU 20 feedback-controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 3 so that the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17, that is, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff matches the target air-fuel ratio A / Ft. . On the other hand, the catalysts 11 and 19 simultaneously purify NOx, HC and CO simultaneously with high efficiency when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 and 19 is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric, for example, A / Fs = 14.6). Therefore, the ECU 20 sets the target air-fuel ratio A / Ft equal to the stoichiometric air-fuel ratio during normal operation of the internal combustion engine so that the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff detected by the pre-catalyst sensor 17 matches the stoichiometric air-fuel ratio. Feedback control is performed on the amount of fuel injected from the injector 12. 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、劣化診断の対象となる上流触媒11についてより詳細に説明する。なお下流触媒19も上流触媒11と同様に構成されている。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やジルコニアからなる。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 upstream catalyst 11 to be subjected to deterioration diagnosis will be described in more detail. The downstream catalyst 19 is configured in the same manner as the upstream catalyst 11. 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. The oxygen storage component is made of, for example, cerium dioxide CeO 2 or zirconia. For example, if the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen stored in the oxygen storage component present around the catalyst component 32 is released, and as a result, the released oxygen As a result, unburned components such as HC and CO are oxidized and purified. On the contrary, when the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen storage component present around the catalyst component 32 absorbs oxygen from the atmosphere gas, and as a result, NOx is reduced and purified. The

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/Ffが理論空燃比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/Ffを敢えて理論空燃比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。   By such an oxygen absorption / release action, three exhaust gas components such as NOx, HC and CO are simultaneously purified even if the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff slightly varies from the theoretical air-fuel ratio during normal air-fuel ratio control. can do. Therefore, in normal air-fuel ratio control, it is also possible to purify exhaust gas by causing the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff to oscillate minutely around the theoretical air-fuel ratio and repeat the oxygen absorption and release.

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、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒11の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒11の劣化度を検出することとしている。ここで、触媒11の酸素吸蔵能は、現状の触媒11が吸蔵し得る最大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 the present embodiment, the deterioration degree of the upstream catalyst 11 is detected by detecting the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11 that has a particularly large influence on the emission. Here, the oxygen storage capacity of the catalyst 11 is represented by the size of the oxygen storage capacity (OSC; O 2 Storage Capacity, the unit is g), which is the maximum amount of oxygen that the current catalyst 11 can store.

本実施形態の触媒劣化診断は前述のCmax法によるものを基本とする。そして触媒11の劣化診断に際しては、ECU20によりアクティブ空燃比制御が実行される。アクティブ空燃比制御において、触媒11の上流側の空燃比、即ち燃焼室3内の混合気の空燃比ひいては触媒11に供給される排気ガスの空燃比は、所定の中心空燃比A/Fcを境にリッチ側及びリーン側にアクティブに(強制的に)交互に切り替えられる。なおリッチ側に切り替えられているときの空燃比をリッチ空燃比A/Fr、リーン側に切り替えられているときの空燃比をリーン空燃比A/Flと称す。このアクティブ空燃比制御によって触媒前空燃比A/Ffがリッチ及びリーンの一方に制御されている間に触媒の酸素吸蔵容量OSCが計測される。   The catalyst deterioration diagnosis of the present embodiment is basically based on the Cmax method described above. When the deterioration diagnosis of the catalyst 11 is performed, the active air-fuel ratio control is executed by the ECU 20. In the active air-fuel ratio control, the air-fuel ratio upstream of the catalyst 11, that is, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 and thus the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst 11 borders a predetermined center air-fuel ratio A / Fc. Are alternately (forcedly) switched between the rich side and the lean side. The air-fuel ratio when switched to the rich side is referred to as rich air-fuel ratio A / Fr, and the air-fuel ratio when switched to the lean side is referred to as lean air-fuel ratio A / Fl. While the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff is controlled to be either rich or lean by this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst is measured.

触媒11の劣化診断は、内燃機関1の定常運転時で且つ触媒11が活性温度域にあるときに実行される。触媒11の温度(触媒床温)の計測については、温度センサを用いて直接検出してもよいが、本実施形態の場合内燃機関の運転状態から推定することとしている。例えばECU20は、エアフローメータ5によって検出される吸入空気量Gaに基づいて、予め設定されたマップを利用し、触媒11の温度Tcを推定する。なお、吸入空気量Ga以外のパラメータ、例えばエンジン回転速度Ne(rpm)などを触媒温度推定に用いるパラメータに含めてもよい。   The deterioration diagnosis of the catalyst 11 is executed during steady operation of the internal combustion engine 1 and when the catalyst 11 is in the active temperature range. Measurement of the temperature of the catalyst 11 (catalyst bed temperature) may be detected directly using a temperature sensor, but in the present embodiment, it is estimated from the operating state of the internal combustion engine. For example, the ECU 20 estimates the temperature Tc of the catalyst 11 using a preset map based on the intake air amount Ga detected by the air flow meter 5. It should be noted that parameters other than the intake air amount Ga, for example, the engine rotational speed Ne (rpm) may be included in the parameters used for the catalyst temperature estimation.

以下、図3及び図4を用いて、上流触媒11の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。なおここでは上流触媒11の下流側に設けられたNOx触媒21は無いものとする。図3(A),(B)にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御を実行したときの、触媒前センサ17及び触媒後センサ18の出力挙動を実線で示す。また、図3(A)には、ECU20内部で発生される目標空燃比A/Ftを破線で示す。図3(A)に示される触媒前センサ17の出力値は触媒前空燃比A/Ffに換算した値である。また図3(B)に示される触媒後センサ18の出力値はその出力値自体、即ち出力電圧Vrの値である。   Hereinafter, a method for measuring the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Here, it is assumed that there is no NOx catalyst 21 provided on the downstream side of the upstream catalyst 11. In FIGS. 3A and 3B, the output behavior of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 when the active air-fuel ratio control is executed is indicated by a solid line. In FIG. 3A, the target air-fuel ratio A / Ft generated inside the ECU 20 is indicated by a broken line. The output value of the pre-catalyst sensor 17 shown in FIG. 3A is a value converted to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff. The output value of the post-catalyst sensor 18 shown in FIG. 3B is the output value itself, that is, the value of the output voltage Vr.

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の切り替えに追従して、実際値としての触媒前空燃比A/Ff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。このことから目標空燃比A/Ftと触媒前空燃比A/Ff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. Following the switching of the target air-fuel ratio A / Ft, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff as an actual value is also switched with a slight time delay with respect to 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 / Ff 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とされる。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, 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.

目標空燃比A/Ftは、触媒後センサ18の出力が反転するのに応じて切り替えられる。即ち、目標空燃比A/Ftが切り替えられる時期ないしタイミングは、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と同時である。なお実際に供給される混合気の空燃比も目標空燃比A/Ftと同時に切り替えられる。図示されるように、触媒後センサ18の出力電圧Vrは理論空燃比A/Fsを境に急変する。そして当該出力電圧Vrの反転時期、即ち当該出力電圧Vrがリッチ側に反転した時期及びリーン側に反転した時期を定めるため、当該出力電圧Vrに関する二つの反転しきい値VR,VLが予め定められている。ここでVRをリッチ判定値、VLをリーン判定値という。VR>VLであり、例えばVR=0.59(V)、VL=0.21(V)とされる。出力電圧Vrがリーン側即ち減少方向に変化してリーン判定値VLに達した時、出力電圧Vrはリーン側に反転したとみなされ、触媒後センサ18によって検出された触媒後空燃比A/Frは少なくとも理論空燃比よりリーンであると判断される。他方、出力電圧Vrがリッチ側即ち増大方向に変化してリッチ判定値VRに達した時、出力電圧Vrはリッチ側に反転したとみなされ、触媒後空燃比A/Frは少なくとも理論空燃比よりリッチであると判断される。図5に示すように、リッチ判定値VRはストイキ相当値Vstよりも大きな(リッチ側の)値であり、リーン判定値VLはストイキ相当値Vstよりも小さな(リーン側の)値である。リッチ判定値VRとリーン判定値VLとにそれぞれ対応する空燃比の間の狭い領域Y(これを遷移領域という)に理論空燃比が含まれている。基本的に、出力電圧Vrからは触媒後空燃比A/Frが理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出できるのみで、触媒後空燃比A/Frの絶対値まで検出するのは困難である。   The target air-fuel ratio A / Ft is switched as the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed. That is, the timing or timing at which the target air-fuel ratio A / Ft is switched is the same as the timing at which the output of the post-catalyst sensor 18 is switched from rich to lean or from lean to rich. The air / fuel ratio of the air / fuel mixture actually supplied is also switched simultaneously with the target air / fuel ratio A / Ft. As shown in the figure, the output voltage Vr of the post-catalyst sensor 18 changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio A / Fs. In order to determine the inversion timing of the output voltage Vr, that is, the timing at which the output voltage Vr is inverted to the rich side and the timing at which the output voltage Vr is inverted to the lean side, two inversion threshold values VR and VL relating to the output voltage Vr are determined in advance. ing. Here, VR is referred to as a rich determination value, and VL is referred to as a lean determination value. VR> VL, for example, VR = 0.59 (V) and VL = 0.21 (V). When the output voltage Vr changes to the lean side, that is, decreases and reaches the lean determination value VL, the output voltage Vr is considered to have been reversed to the lean side, and the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr detected by the post-catalyst sensor 18 Is at least leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, when the output voltage Vr changes to the rich side, that is, increases and reaches the rich determination value VR, it is considered that the output voltage Vr is reversed to the rich side, and the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr is at least greater than the stoichiometric air-fuel ratio. Judged to be rich. As shown in FIG. 5, the rich determination value VR is a value that is larger (rich side) than the stoichiometric equivalent value Vst, and the lean determination value VL is a value that is smaller (lean side) than the stoichiometric equivalent value Vst. The stoichiometric air-fuel ratio is included in a narrow region Y between the air-fuel ratios corresponding to the rich determination value VR and the lean determination value VL (this is referred to as a transition region). Basically, it is only possible to detect whether the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio from the output voltage Vr, and it is difficult to detect the absolute value of the post-catalyst air-fuel ratio A / Fr. .

図3(A),(B)に示されるように、触媒後センサ18の出力電圧Vr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Vr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。このように、触媒後センサ18の出力がリーン側又はリッチ側に反転する毎に空燃比がリッチ側又はリーン側にアクティブに切替制御される。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when the output voltage Vr of the post-catalyst sensor 18 changes from the rich side value to the lean side and becomes equal to the lean determination value VL (time t1), the target The air-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 Vr of the post-catalyst sensor 18 changes from the lean side value to the rich side and becomes equal to the rich determination value VR (time t2), the target air-fuel ratio A / Ft is changed from the rich air-fuel ratio A / Fr. The lean air-fuel ratio A / Fl is switched. Thus, whenever the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the lean side or the rich side, the air-fuel ratio is actively switched to the rich side or the lean side.

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が計測され、触媒11の劣化が判定される。   While executing this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst 11 is measured 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/Fr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。   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 / Fr 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.

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/Fr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/Fr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 / Fr 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 / Fr 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計測される。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/Ff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/Ff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、所定の微小時間毎の酸素吸蔵容量dOSC(酸素吸蔵容量の瞬時値)が算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量dOSCが時刻t11から時刻t2まで積算される。こうしてこのリッチ制御中或いは酸素放出サイクルにおいて、最終積算値としての酸素吸蔵容量OSC、即ち放出酸素量(図4のOSC1)が計測される。   Therefore, using this fact, the oxygen storage capacity OSC is measured 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 / Ff as an actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Ff. Switch to Fr. From the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches the theoretical air-fuel ratio A / Fs to the time t2 when the target air-fuel ratio A / Ft next reverses, the following equation (1) An oxygen storage capacity dOSC (instantaneous value of the oxygen storage capacity) is calculated, and the oxygen storage capacity dOSC for each minute time is integrated from time t11 to time t2. Thus, during this rich control or in the oxygen release cycle, the oxygen storage capacity OSC as the final integrated value, that is, the amount of released oxygen (OSC1 in FIG. 4) is measured.

Figure 2010163885
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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を乗じるとストイキに対し不足又は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)を表す定数である。   Here, Q is a fuel injection amount. When the air-fuel ratio difference ΔA / F is multiplied by the fuel injection amount Q, an air amount that is insufficient or excessive with respect to the stoichiometry can be calculated. K is a constant representing the proportion of oxygen contained in air (about 0.23).

目標空燃比A/Ftがリーン側となっているリーン制御中或いは酸素吸蔵サイクルでも同様に酸素吸蔵容量(この場合吸蔵酸素量)が計測される。そして目標空燃比A/Ftがリッチ・リーンと交互に切り替えられ、リッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、酸素吸蔵容量が計測される。そして得られた複数の酸素吸蔵容量計測値の平均値OSCavが算出され、当該平均値OSCavが最終的な酸素吸蔵容量計測値OSCとされる。   The oxygen storage capacity (the stored oxygen amount in this case) is similarly measured during the lean control or the oxygen storage cycle where the target air-fuel ratio A / Ft is on the lean side. The target air-fuel ratio A / Ft is alternately switched between rich and lean, and the oxygen storage capacity is measured every time rich control and lean control are alternately performed. Then, an average value OSCav of the obtained plurality of oxygen storage capacity measurement values is calculated, and the average value OSCav is set as the final oxygen storage capacity measurement value OSC.

なお、リーン制御中或いは酸素吸蔵サイクルにおける酸素吸蔵容量(吸蔵酸素量)の計測については、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、触媒前空燃比A/Ff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、前式(1)により微小時間毎の酸素吸蔵容量dOSCが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量dOSCが積算される。こうしてこの酸素吸蔵サイクルにおける酸素吸蔵容量(図4のOSC2)が計測される。酸素放出サイクルの酸素吸蔵容量OSC1と酸素吸蔵サイクルの酸素吸蔵容量OSC2とはほぼ等しい値となるのが理想的である。   As shown in FIG. 4, the target air-fuel ratio A / Ft was switched to the lean air-fuel ratio A / Fl at time t2, as shown in FIG. 4, for the measurement of the oxygen storage capacity (storage oxygen amount) during lean control or in the oxygen storage cycle. Thereafter, from the time point t21 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches the theoretical air-fuel ratio A / Fs to the next time point t3 when the target air-fuel ratio A / Ft reverses to the rich side, the above equation (1) is used every minute time. The oxygen storage capacity dOSC is calculated, and the oxygen storage capacity dOSC for each minute time is integrated. Thus, the oxygen storage capacity (OSC2 in FIG. 4) in this oxygen storage cycle is measured. Ideally, the oxygen storage capacity OSC1 of the oxygen release cycle and the oxygen storage capacity OSC2 of the oxygen storage cycle are substantially equal to each other.

次に、最終的な酸素吸蔵容量計測値OSCに基づき触媒の劣化判定がなされる。即ち、酸素吸蔵容量計測値OSCが所定の劣化判定値OSCsと比較され、酸素吸蔵容量計測値OSCが劣化判定値OSCsより大きければ触媒は正常、酸素吸蔵容量計測値OSCが劣化判定値OSCs以下ならば触媒は劣化と判定される。なお、触媒が劣化と判定された場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。   Next, the deterioration of the catalyst is determined based on the final oxygen storage capacity measurement value OSC. That is, the oxygen storage capacity measurement value OSC is compared with the predetermined deterioration determination value OSCs. If the oxygen storage capacity measurement value OSC is larger than the deterioration determination value OSCs, the catalyst is normal, and if the oxygen storage capacity measurement value OSC is less than or equal to the deterioration determination value OSCs. The catalyst is judged to be deteriorated. When it is determined that the catalyst is deteriorated, it is preferable to activate a warning device such as a check lamp in order to notify the user of the fact.

ところで、前述したように、高硫黄濃度の燃料が使用されると上流触媒11(及び下流触媒19)がS被毒し、排気浄化性能が悪化するだけでなく、劣化診断時に本来より少ない酸素吸蔵容量の値が計測されてしまって誤診断する可能性がある。そこで本実施形態ではこれを防止すべく、燃料の硫黄濃度を検出可能としている。   By the way, as described above, when a fuel having a high sulfur concentration is used, the upstream catalyst 11 (and the downstream catalyst 19) is poisoned by S, not only the exhaust purification performance is deteriorated, but also less oxygen storage than originally intended at the time of deterioration diagnosis. There is a possibility that the capacity value is measured and misdiagnosed. Therefore, in the present embodiment, in order to prevent this, the sulfur concentration of the fuel can be detected.

この硫黄濃度検出には、吸蔵還元型NOx触媒21とNOxセンサ22とが用いられる。吸蔵還元型NOx触媒(NSR: NOx Storage Reduction)21は、アルミナAl等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ptのような貴金属と、NOx吸収成分とが担持されて構成されている。NOx吸収成分は、例えばカリウムK、ナトリウムNa,リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムY、セリウムCeのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。 For this sulfur concentration detection, the NOx storage reduction catalyst 21 and the NOx sensor 22 are used. The NOx storage reduction (NSR) catalyst 21 has a noble metal such as platinum Pt as a catalyst component and a NOx absorption component supported on the surface of a base material made of an oxide such as alumina Al 2 O 3. Configured. The NOx absorption component is selected from, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La, yttrium Y, and cerium Ce. Consisting of at least one.

吸蔵還元型NOx触媒21はNOx吸蔵能を有し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのときには排気ガス中のNOxを硝酸塩の形で吸蔵し、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比又はそれよりリッチのときには吸蔵したNOxを放出する。この放出されたNOxは触媒中の貴金属を介して理論空燃比又はそれよりリッチの排気ガスと反応し、Nに還元処理される。こうして吸蔵NOxを放出させることで、NOx触媒21は本来のNOx吸蔵能を取り戻し、再生される(これをNOx再生という)。 The NOx storage reduction catalyst 21 has NOx storage capacity. When the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 21 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx in the exhaust gas is stored in the form of nitrate and supplied to this. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or richer, the stored NOx is released. This released NOx reacts with the stoichiometric air-fuel ratio or richer exhaust gas via the noble metal in the catalyst, and is reduced to N 2 . By releasing the stored NOx in this way, the NOx catalyst 21 regains its original NOx storage capability and is regenerated (this is called NOx regeneration).

なお、NOx触媒21のNOx吸放出作用はNOx触媒21が活性状態にあるとき、即ち所定の活性温度域(例えば280〜550℃)にあるときに限り可能である。本実施形態では、例えば上流触媒11の推定温度に基づき、NOx触媒21の温度を推定し、NOx触媒21が活性状態にあるか否かを判断するようにしている。   Note that the NOx absorption / release action of the NOx catalyst 21 is possible only when the NOx catalyst 21 is in an active state, that is, within a predetermined active temperature range (for example, 280 to 550 ° C.). In the present embodiment, for example, the temperature of the NOx catalyst 21 is estimated based on the estimated temperature of the upstream catalyst 11, and it is determined whether or not the NOx catalyst 21 is in an active state.

特に、NOx触媒21は比較的小容量のものが使用される。その理由は、詳しくは後述するが、本実施形態ではNOx触媒21のS被毒の有無を利用して燃料の硫黄濃度を検出しており、より詳しくは、NOx触媒21のS被毒によるNOx吸蔵容量の減少によりNOx触媒21から漏れ出したNOxをNOxセンサ22で検出して燃料の硫黄濃度が高いことを検出するからである。従って、NOx触媒21は、S被毒があると短時間のうちにNOxが漏れ出すような程度の容量しか有さないのが好ましい。NOx触媒21は、排気ガス中のNOxを実用上十分に吸蔵できるほどの大きな容量を有する必要はない。NOx触媒21の容量は、例えば、上流触媒11の容量の1/2よりも少なくされ、例えば上流触媒11の容量の1/3などとされる。   In particular, the NOx catalyst 21 has a relatively small capacity. The reason for this will be described in detail later. In this embodiment, the sulfur concentration of the fuel is detected using the presence or absence of S poisoning of the NOx catalyst 21. More specifically, the NOx due to S poisoning of the NOx catalyst 21 is detected. This is because NOx leaking from the NOx catalyst 21 due to the decrease in the storage capacity is detected by the NOx sensor 22 to detect that the sulfur concentration of the fuel is high. Therefore, it is preferable that the NOx catalyst 21 has only a capacity such that NOx leaks out in a short time when there is S poison. The NOx catalyst 21 does not have to have a large capacity enough to practically store NOx in the exhaust gas. The capacity of the NOx catalyst 21 is, for example, less than 1/2 of the capacity of the upstream catalyst 11, for example, 1/3 of the capacity of the upstream catalyst 11.

図6には、触媒劣化診断時および硫黄濃度検出時における各値の変化を示す。(A)は目標空燃比A/Ftを示し、(B)は触媒後センサ出力Vrを示す。(C)は、上流触媒11とNOx触媒21の間の位置における排気ガスのNOx濃度、即ち、上流触媒11から排出されNOx触媒21に供給される排気ガスのNOx濃度を示す。(D)は、低硫黄濃度の燃料(低硫黄燃料)使用時のNOxセンサ出力Iを示し、(E)は、高硫黄濃度の燃料(高硫黄燃料)使用時のNOxセンサ出力Iを示す。なおNOxセンサ出力IはNOx濃度が高いほど大きな値となる。   FIG. 6 shows changes in values at the time of catalyst deterioration diagnosis and sulfur concentration detection. (A) shows the target air-fuel ratio A / Ft, and (B) shows the post-catalyst sensor output Vr. (C) shows the NOx concentration of the exhaust gas at a position between the upstream catalyst 11 and the NOx catalyst 21, that is, the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the upstream catalyst 11 and supplied to the NOx catalyst 21. (D) shows the NOx sensor output I when using a low sulfur concentration fuel (low sulfur fuel), and (E) shows the NOx sensor output I when using a high sulfur concentration fuel (high sulfur fuel). Note that the NOx sensor output I increases as the NOx concentration increases.

以下、目標空燃比A/Ftが、リッチ及びリーンの一方に切り替えられた時から再び同一方向に切り替えられる時までの期間をアクティブ空燃比制御の1周期という。また目標空燃比A/Ftが、リッチ及びリーンの一方に切り替えられた時から次に反対方向に切り替えられる時までの期間をアクティブ空燃比制御の半周期という。そして目標空燃比A/Ftがリッチに切り替えられた時から開始する半周期をリッチ半周期といい、目標空燃比A/Ftがリーンに切り替えられた時から開始する半周期をリーン半周期という。図示例では、例えばt0からt1までの期間がリーン半周期、t1からt2までの期間がリッチ半周期、t0からt2までの期間が1周期である。なおリッチ半周期及びリーン半周期をそれぞれリッチ制御時及びリーン制御時ともいい、半周期を単に「山」ともいう。   Hereinafter, the period from when the target air-fuel ratio A / Ft is switched to one of rich and lean to when it is switched again in the same direction is referred to as one cycle of active air-fuel ratio control. A period from when the target air-fuel ratio A / Ft is switched to one of rich and lean to when it is switched to the opposite direction is called a half cycle of active air-fuel ratio control. A half cycle starting from when the target air-fuel ratio A / Ft is switched to rich is called a rich half cycle, and a half cycle starting from when the target air-fuel ratio A / Ft is switched to lean is called a lean half cycle. In the illustrated example, for example, a period from t0 to t1 is a lean half cycle, a period from t1 to t2 is a rich half cycle, and a period from t0 to t2 is one cycle. The rich half cycle and lean half cycle are also referred to as rich control time and lean control time, respectively, and the half cycle is also referred to simply as “mountain”.

まず図示例における触媒劣化診断を概説する。時刻t0でアクティブ空燃比制御が開始され、最初の半周期(リーン半周期)が開始されるが、この半周期では酸素吸蔵容量が計測されない。その理由は、開始前の空燃比がアクティブ空燃比制御実行中と異なってストイキとなっており、前条件が相違するからである。最初の半周期は捨て山とされる。   First, the catalyst deterioration diagnosis in the illustrated example will be outlined. Active air-fuel ratio control is started at time t0, and the first half cycle (lean half cycle) is started. In this half cycle, the oxygen storage capacity is not measured. The reason is that the pre-start air-fuel ratio is stoichiometric, different from that during execution of active air-fuel ratio control, and the preconditions are different. The first half cycle is abandoned.

次に、時刻t1で目標空燃比A/Ftがリッチに切り替えられ、1回目のリッチ半周期が開始される。このリッチ半周期では前述の方法により酸素吸蔵容量が計測(積算)される。時刻t2で触媒後センサ出力Vrがリッチに反転したのと同時に、1回目のリッチ半周期における酸素吸蔵容量計測が終了され、同時に目標空燃比A/Ftがリーンに切り替えられる。   Next, the target air-fuel ratio A / Ft is switched to rich at time t1, and the first rich half cycle is started. In this rich half cycle, the oxygen storage capacity is measured (integrated) by the method described above. At the same time as the post-catalyst sensor output Vr is inverted to rich at time t2, the first oxygen storage capacity measurement in the rich half cycle is terminated, and at the same time, the target air-fuel ratio A / Ft is switched to lean.

以降同様に、時刻t2,t3,・・・で目標空燃比A/Ftがリーン、リッチ、・・・と交互に切り替えられる度に、リーン半周期、リッチ半周期、・・・での酸素吸蔵容量が順次計測される。そしてN周期分(本実施形態ではN=3)の酸素吸蔵容量が計測された時点t7で、アクティブ空燃比制御と酸素吸蔵容量計測とが終了され、計測された複数(本実施形態では六つ)の酸素吸蔵容量計測値の平均値が算出される。   Similarly, every time the target air-fuel ratio A / Ft is alternately switched between lean, rich,... At time t2, t3,..., Oxygen storage in the lean half cycle, rich half cycle,. Capacity is measured sequentially. Then, at the time t7 when the oxygen storage capacity for N cycles (N = 3 in this embodiment) is measured, the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity measurement are finished, and a plurality of measured (six in this embodiment) are measured. ) Is calculated as an average value of the measured oxygen storage capacity.

かかる触媒劣化診断中、燃料硫黄濃度検出が同時に行われる。ここでNOxの挙動に着目すると次の通りである。最初のリーン半周期(t0〜t1)において、上流触媒11にはストイキよりリーンな排気ガス(リーンガス)が供給されているが、このリーンガスは、上流触媒11の酸素吸蔵量が飽和状態に近づくにつれ徐々に上流触媒11から漏れ出してくる。この漏出量の増加につれ、(C)に示すように、上流触媒11から漏れ出てくるNOx量も徐々に増加する。この傾向は全てのリーン半周期(t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7)において見られる。なお前条件の違いに起因して、最初のリーン半周期はその後のリーン半周期よりもNOx漏出量が多い。   During the catalyst deterioration diagnosis, the fuel sulfur concentration is detected at the same time. Here, attention is paid to the behavior of NOx as follows. In the first lean half-cycle (t0 to t1), the upstream catalyst 11 is supplied with exhaust gas (lean gas) that is leaner than the stoichiometric gas. This lean gas becomes saturated as the oxygen storage amount of the upstream catalyst 11 approaches saturation. It gradually leaks from the upstream catalyst 11. As the leakage amount increases, the amount of NOx leaking from the upstream catalyst 11 gradually increases as shown in (C). This tendency is observed in all lean half periods (t2-t3, t4-t5, t6-t7). Note that due to the difference in the preconditions, the first lean half cycle has a larger amount of NOx leakage than the subsequent lean half cycle.

かかる漏出NOxは、NOx触媒21が正常な状態であれば、NOx触媒21により吸蔵されてしまい、NOx触媒21の下流側には排出されない。即ち、(D)に示すように、既定の低硫黄燃料が使用されていれば、NOx触媒21はS被毒せず、NOx触媒21は十分なNOx吸蔵能を有する。よってNOx触媒21は漏出NOxを吸蔵し、漏出NOxを排出しない。それ故、NOx触媒21の下流側におけるNOxセンサ22の出力Iは、低いNOx濃度相当の低い値に維持される。なお、最初のリーン半周期ではNOxセンサ22の出力Iが若干立ち上がっているが、これはNOx触媒21に比較的多い漏出NOxが供給されたことによるものである。   If the NOx catalyst 21 is in a normal state, the leaked NOx is occluded by the NOx catalyst 21 and is not discharged downstream of the NOx catalyst 21. That is, as shown in (D), if a predetermined low sulfur fuel is used, the NOx catalyst 21 is not poisoned with S, and the NOx catalyst 21 has a sufficient NOx storage capacity. Therefore, the NOx catalyst 21 occludes leaked NOx and does not discharge leaked NOx. Therefore, the output I of the NOx sensor 22 on the downstream side of the NOx catalyst 21 is maintained at a low value corresponding to a low NOx concentration. Note that the output I of the NOx sensor 22 slightly rises in the first lean half cycle, which is due to the relatively large amount of leaked NOx being supplied to the NOx catalyst 21.

リーン半周期の間のリッチ半周期(t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6)においても、上流触媒11からリッチガスが徐々に漏れ出すが、この漏れ出したリッチガスがNOx触媒21に供給される結果、NOx触媒21から吸蔵NOxが放出され還元処理される。よってリッチ半周期の度にNOx触媒21は再生されることとなる。   The rich gas gradually leaks from the upstream catalyst 11 in the rich half cycle (t1 to t2, t3 to t4, t5 to t6) between the lean half cycles, but the leaked rich gas is supplied to the NOx catalyst 21. As a result, the occluded NOx is released from the NOx catalyst 21 and reduced. Therefore, the NOx catalyst 21 is regenerated every rich half cycle.

ところで、(E)に示すように、高硫黄燃料が使用されると、NOx触媒21がS被毒してしまい、その本来有するNOx吸蔵能が低下する。よってNOx触媒21が吸蔵可能なNOx量が減少し、その結果、漏出NOxが比較的早い段階からNOx触媒21から漏れ出てしまう。それ故、NOxセンサ22の出力Iが比較的早い段階から立ち上がり始め、変化するようになる。   By the way, as shown to (E), when a high sulfur fuel is used, the NOx catalyst 21 will be poisoned by S, and the NOx occlusion ability which it originally has will fall. Therefore, the amount of NOx that can be stored by the NOx catalyst 21 decreases, and as a result, the leaked NOx leaks from the NOx catalyst 21 from a relatively early stage. Therefore, the output I of the NOx sensor 22 starts to rise and changes from a relatively early stage.

このように低硫黄燃料使用時と高硫黄燃料使用時とでは、NOx触媒21のS被毒の有無に起因して、リーン制御中におけるNOxセンサ22の出力Iの挙動が相違する。従って本実施形態ではこの特性を利用して燃料の硫黄濃度を検出する。   Thus, the behavior of the output I of the NOx sensor 22 during lean control differs between when using low-sulfur fuel and when using high-sulfur fuel, due to the presence or absence of S poisoning of the NOx catalyst 21. Therefore, in this embodiment, the sulfur concentration of the fuel is detected using this characteristic.

硫黄濃度検出の第1の態様は、(E)に示すような、リーン制御開始時から、NOxセンサ出力Iが所定値に達するまでの時間Tを検出パラメータとして用いるものである。即ち、1回目のリーン半周期(t2〜t3)開始と同時に、時間Tの計測とNOxセンサ出力Iのモニタリングとが開始され、同時に、当該開始時のNOxセンサ出力の値(開始値)Iが記憶される。そしてその後、NOxセンサ出力Iが、開始値Iよりも所定値Aだけ大きい値に達した時、その時の時間Tが記憶される。より具体的には、リーン半周期開始時以降、実際のNOxセンサ出力Iと開始値Iとの差即ちNOxセンサ出力差ΔI=I−Iがモニタリングされ、このNOxセンサ出力差ΔIが所定値A以上となった時、その時のリーン半周期開始時からの計測時間Tが記憶される。 The first mode of sulfur concentration detection uses, as a detection parameter, a time T from the start of lean control until the NOx sensor output I reaches a predetermined value as shown in (E). That is, simultaneously with the start of the first lean half cycle (t2 to t3), the measurement of the time T and the monitoring of the NOx sensor output I are started, and at the same time, the value (start value) I 0 of the NOx sensor output at the start. Is memorized. After that, when the NOx sensor output I reaches a value larger than the start value I 0 by a predetermined value A, the time T at that time is stored. More specifically, after the start of the lean half cycle, the difference between the actual NOx sensor output I and the start value I 0 , that is, the NOx sensor output difference ΔI = I−I 0 is monitored, and this NOx sensor output difference ΔI is predetermined. When the value is equal to or greater than A, the measurement time T from the start of the lean half cycle at that time is stored.

次いで、この記憶された時間Tが所定値Ts以下であるとき、燃料の硫黄濃度が高いことが検出され、即ち燃料は高硫黄燃料であると判定される。他方、時間Tが所定値Tsより長いときには、燃料の硫黄濃度が低いことが検出され、即ち燃料は既定の低硫黄燃料であると判定される。   Next, when the stored time T is equal to or less than the predetermined value Ts, it is detected that the fuel has a high sulfur concentration, that is, it is determined that the fuel is a high sulfur fuel. On the other hand, when the time T is longer than the predetermined value Ts, it is detected that the sulfur concentration of the fuel is low, that is, it is determined that the fuel is a predetermined low sulfur fuel.

以上の説明で分かるように、この第1の態様は、高硫黄燃料使用時に低硫黄燃料使用時よりも早期にNOx触媒21からNOxが漏れ始め、NOxセンサ出力Iが立ち上がることを利用するものである。   As can be seen from the above description, this first mode utilizes the fact that NOx begins to leak from the NOx catalyst 21 and the NOx sensor output I rises earlier when using high sulfur fuel than when using low sulfur fuel. is there.

以下、図7を参照しつつ、硫黄濃度検出の第1の態様を含む触媒劣化診断処理を説明する。図示するルーチンはECU20により所定のサンプリング周期τ(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。   Hereinafter, the catalyst deterioration diagnosis process including the first aspect of the sulfur concentration detection will be described with reference to FIG. The illustrated routine is repeatedly executed by the ECU 20 every predetermined sampling period τ (for example, 16 msec).

まずステップS101では、診断を開始するための前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、吸入空気量Ga及び機関回転速度Neの変動幅が所定範囲内にあるなどエンジンが定常運転状態にあり、且つ、上流触媒11、NOx触媒21及び各センサ17,18,22が活性状態にあれば、前提条件成立となる。なお前提条件についてはここで述べた例に限られない。前提条件が成立していない場合には今回のルーチンが終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップS102に進んで、アクティブ空燃比制御が実行、開始される。   First, in step S101, it is determined whether a precondition for starting diagnosis is satisfied. For example, the engine is in a steady operation state such that the fluctuation range of the intake air amount Ga and the engine rotational speed Ne is within a predetermined range, and the upstream catalyst 11, the NOx catalyst 21, and the sensors 17, 18, and 22 are in an active state. If there is, the precondition is satisfied. Note that the precondition is not limited to the example described here. If the precondition is not satisfied, the current routine is terminated. On the other hand, if the precondition is satisfied, the routine proceeds to step S102, where active air-fuel ratio control is executed and started.

次いでステップS103では、アクティブ空燃比制御の最初の半周期が終了したか否かが判断される。この最初の半周期とは図6に示したt0〜t1の期間に相当し、所謂捨て山が終了したか否かが判断されている。終了してなければ今回のルーチンが終了され、終了していればステップS104に進む。   Next, in step S103, it is determined whether or not the first half cycle of the active air-fuel ratio control has been completed. This first half cycle corresponds to the period from t0 to t1 shown in FIG. 6, and it is determined whether or not the so-called deserted mountain has ended. If not completed, the current routine is terminated, and if completed, the process proceeds to step S104.

ステップS104では、現在が1回目のリーン半周期にあるか否かが判断される。これは、本実施形態では1回目のリーン半周期においてのみ硫黄濃度検出を実施するようにしているためである。1回目のリーン半周期とは、図6に示したt2〜t3の期間に相当する。現在が1回目のリーン半周期になければ、ステップS113において前述の方法により酸素吸蔵容量OSCが計測される。他方、現在が1回目のリーン半周期にあれば、ステップS105に進んで酸素吸蔵容量OSCが計測されると共に、ステップS106以降で硫黄濃度検出のための処理が実行される。   In step S104, it is determined whether or not the present is in the first lean half cycle. This is because in the present embodiment, the sulfur concentration is detected only in the first lean half cycle. The first lean half cycle corresponds to the period from t2 to t3 shown in FIG. If the present is not in the first lean half cycle, the oxygen storage capacity OSC is measured by the above-described method in step S113. On the other hand, if the present is in the first lean half cycle, the routine proceeds to step S105, where the oxygen storage capacity OSC is measured, and the processing for detecting the sulfur concentration is executed after step S106.

ここで、酸素吸蔵容量OSCの計測に際しては、NOx触媒21も酸素吸蔵可能なので、上流触媒11とNOx触媒21の両方における酸素吸蔵容量の合計値が計測される。しかし、この合計値からNOx触媒21分の酸素吸蔵容量を減じることで、上流触媒11のみの酸素吸蔵容量を算出するようにしている。具体的には、合計値に、予め定められた減少係数W(但し0<W<1、例えばW=0.9)を乗じて得た値を上流触媒11の酸素吸蔵容量としている。こうすることで、上流触媒11とNOx触媒21の互いに連動する劣化度を加味して上流触媒11の酸素吸蔵容量を正確に得ることができる。   Here, when measuring the oxygen storage capacity OSC, since the NOx catalyst 21 can also store oxygen, the total value of the oxygen storage capacity in both the upstream catalyst 11 and the NOx catalyst 21 is measured. However, the oxygen storage capacity of only the upstream catalyst 11 is calculated by subtracting the oxygen storage capacity of the NOx catalyst 21 minutes from this total value. Specifically, a value obtained by multiplying the total value by a predetermined reduction coefficient W (where 0 <W <1, for example, W = 0.9) is set as the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11. By doing so, it is possible to accurately obtain the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11 in consideration of the degree of deterioration of the upstream catalyst 11 and the NOx catalyst 21 interlocked with each other.

さて、ステップS106においては、1回目のリーン半周期開始時のNOxセンサ出力値即ち開始値Iと、実際のNOxセンサ出力値Iとの差、即ちNOxセンサ出力差ΔI=I−Iがモニタリングされる。ここでnはサンプリング周期τ毎の各サンプリング時期を意味する。そして、ステップS107において、1回目のリーン半周期開始時からの時間Tが計測される。 Now, in step S106, the first lean half cycle starting NOx sensor output value or starting value I 0 at the time, the difference between the actual NOx sensor output value I n, i.e. NOx sensor output difference ΔI n = I n - I 0 is monitored. Here, n means each sampling period for each sampling period τ. In step S107, a time T from the start of the first lean half cycle is measured.

ステップS108では、NOxセンサ出力差ΔIが所定値A以上となったか否かが判断される。ここで所定値Aとしては、高硫黄燃料使用時に一つのリーン半周期内においてNOxセンサ出力差ΔIが到達し得るような値が設定されている。NOxセンサ出力差ΔIが所定値A以上となっていなければ、今回のルーチンが終了される。 In step S108, it is determined whether or not the NOx sensor output difference ΔIn is greater than or equal to a predetermined value A. Here, as the predetermined value A, NOx sensor output difference [Delta] it n is set to a value that can be reached in one of the lean half cycle when using high sulfur fuels. If the NOx sensor output difference [Delta] I n is not equal to or greater than the predetermined value A, the routine is ended.

他方、NOxセンサ出力差ΔIが所定値A以上となっていれば、ステップS109に進み、その時点での時間Tが記憶されると共に、当該時間Tが所定値Tsと比較される。T>Tsのときには、NOx触媒21からのNOx漏出が遅くNOx触媒21はS被毒してないとして、ステップS110において使用燃料を低硫黄燃料と判定する。他方、T≦Tsのときには、NOx触媒21からのNOx漏出が早くNOx触媒21はS被毒しているとして、ステップS111において使用燃料を高硫黄燃料と判定する。 On the other hand, if the NOx sensor output difference [Delta] I n is sufficient that the predetermined value or more A, the process proceeds to step S109, with time T at that time is stored, the time T is compared with a predetermined value Ts. When T> Ts, NOx leakage from the NOx catalyst 21 is slow, and the NOx catalyst 21 is not poisoned with S. In step S110, the fuel used is determined to be low-sulfur fuel. On the other hand, when T ≦ Ts, NOx leakage from the NOx catalyst 21 is early, and the NOx catalyst 21 is S-poisoned, and in step S111, the used fuel is determined to be a high sulfur fuel.

高硫黄燃料と判定した場合、次のステップS112で、酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正係数αが算出される。即ち、高硫黄燃料の場合だと上流触媒11がS被毒し、計測された酸素吸蔵容量の値が真の値より小さくなって誤診断を起こす可能性がある。よって、酸素吸蔵容量計測値をS被毒減少分だけ増加補正するための補正係数αが算出される。補正係数αの算出は予めECU20に記憶されたマップ又は関数を用いて行われる。本実施形態では図8に示すようなマップが用いられ、T≦Tsのときには1より大きい補正係数αが算出される。なおマップの特性は図示例に限られない。   If it is determined that the fuel is high-sulfur fuel, a correction coefficient α for correcting the oxygen storage capacity measurement value is calculated in the next step S112. That is, in the case of high sulfur fuel, the upstream catalyst 11 is poisoned by S, and the measured value of the oxygen storage capacity may be smaller than the true value, resulting in a false diagnosis. Therefore, the correction coefficient α for correcting the increase in the oxygen storage capacity measurement value by the amount of decrease in S poisoning is calculated. The correction coefficient α is calculated using a map or function stored in the ECU 20 in advance. In this embodiment, a map as shown in FIG. 8 is used, and a correction coefficient α greater than 1 is calculated when T ≦ Ts. The map characteristics are not limited to the illustrated example.

ステップS110,S112又はS113に続いて、ステップS114では、アクティブ空燃比制御のN周期(本実施形態ではN=3)が終了したか否かが判断される。終了していなければ今回のルーチンが終了される。終了していればステップS115に進んで、アクティブ空燃比制御と酸素吸蔵容量計測とが終了され、また合計2N(本実施形態では6)サンプルの酸素吸蔵容量OSCの計測値からこれらの平均値OSCavが算出される。   Subsequent to step S110, S112 or S113, in step S114, it is determined whether or not the N cycle of active air-fuel ratio control (N = 3 in the present embodiment) has ended. If not finished, this routine is finished. If completed, the process proceeds to step S115, where the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity measurement are completed, and the average value OSCav is determined from the measured values of the total 2N (6 in the present embodiment) oxygen storage capacity OSC. Is calculated.

ステップS116では、酸素吸蔵容量計測値の平均値OSCavに補正係数αが乗じられて最終的な酸素吸蔵容量計測値OSCが算出される。これによりステップS111で高硫黄燃料と判断された場合、ステップS112で算出された1より大きい補正係数αが乗じられ、上流触媒11のS被毒分が補償される。なお、ステップS112で補正係数αが算出されないままステップS116に至った場合、補正係数αとしては基準値の1が使用され、酸素吸蔵容量計測値の平均値OSCavがそのまま最終的な酸素吸蔵容量計測値OSCとされる。   In step S116, the final oxygen storage capacity measurement value OSC is calculated by multiplying the average value OSCav of the oxygen storage capacity measurement values by the correction coefficient α. As a result, when it is determined in step S111 that the fuel is high-sulfur fuel, the correction coefficient α greater than 1 calculated in step S112 is multiplied to compensate for the sulfur poisoning of the upstream catalyst 11. When step S116 is reached without calculating the correction coefficient α in step S112, the reference value 1 is used as the correction coefficient α, and the average value OSCav of the oxygen storage capacity measurement value is used as it is in the final oxygen storage capacity measurement. The value OSC is used.

次いで、ステップS117において最終的な酸素吸蔵容量計測値OSCが所定の劣化判定値OSCsと比較される。OSC>OSCsならばステップS118で上流触媒11は正常と判定され、OSC≦OSCsならばステップS119で上流触媒11は劣化と判定される。以上でルーチンが終了する。   Next, in step S117, the final oxygen storage capacity measurement value OSC is compared with a predetermined deterioration determination value OSCs. If OSC> OSCs, the upstream catalyst 11 is determined to be normal in step S118, and if OSC ≦ OSCs, the upstream catalyst 11 is determined to be degraded in step S119. This is the end of the routine.

なお、この例では1回目のリーン半周期にのみ硫黄濃度検出を行ったが、これに限定されず、任意のリーン半周期に硫黄濃度検出を行ってよい。例えば、他回目(例えば2回目又は3回目)のリーン半周期にのみ硫黄濃度検出を行ってもよいし、複数のリーン半周期で硫黄濃度検出を行ってもよい。後者の場合、複数の検出結果が同じである場合に限ってその検出結果を最終的な検出結果としてもよく、或いは、1回でも高硫黄燃料使用と判定すれば最終的な検出結果を高硫黄燃料使用としてもよい。   In this example, the sulfur concentration is detected only in the first lean half cycle. However, the present invention is not limited to this, and the sulfur concentration may be detected in any lean half cycle. For example, the sulfur concentration may be detected only in the other half (for example, the second or third) lean half cycle, or the sulfur concentration may be detected in a plurality of lean half cycles. In the latter case, the detection result may be the final detection result only when a plurality of detection results are the same, or the final detection result is determined to be high sulfur if it is determined that high-sulfur fuel is used once. It is good also as fuel use.

また、実際のNOxセンサ出力値Iの開始値Iとの差ΔIの代わりに、実際のNOxセンサ出力値I自体を用いてもよい。 Further, instead of the difference ΔI between the actual NOx sensor output value I and the start value I 0 , the actual NOx sensor output value I itself may be used.

酸素吸蔵容量計測値OSCを補正する代わりに、劣化判定値OSCsを補正しても良い。この場合、ステップS111において高硫黄燃料使用と判定されたときには、ステップS112において、例えば図9に示すようなマップから、1より小さい補正係数βを算出する。そしてステップS116で平均値OSCavを補正する代わりに、ステップS117でOSCsをβ・OSCsに置き換える。これにより劣化判定値OSCsは、上流触媒11のS被毒分を補償するよう、より小さい値に補正され、上流触媒11を劣化とする誤診断を防止できる。   Instead of correcting the oxygen storage capacity measurement value OSC, the deterioration determination value OSCs may be corrected. In this case, when it is determined in step S111 that high sulfur fuel is used, a correction coefficient β smaller than 1 is calculated in step S112 from, for example, a map as shown in FIG. Instead of correcting the average value OSCav in step S116, OSCs is replaced with β · OSCs in step S117. As a result, the deterioration determination value OSCs is corrected to a smaller value so as to compensate for the S poisoning amount of the upstream catalyst 11, thereby preventing erroneous diagnosis that causes the upstream catalyst 11 to deteriorate.

或いは、誤診断を防止すべく、高硫黄燃料が検出されたときには直ちに診断を中止しても良い。   Alternatively, the diagnosis may be stopped immediately when high sulfur fuel is detected in order to prevent erroneous diagnosis.

次に、硫黄濃度検出の第2の態様を説明する。この態様は、リーン制御中におけるNOxセンサ出力Iに基づく面積を検出パラメータとして用いる。即ち、図10に示すように、1回目のリーン半周期(t2〜t3)の開始時からサンプリング周期τ毎に、NOxセンサ出力差ΔI=I−Iが積算される。この積算値ΣΔIは、図中ハッチングで示すような面積に相当するので、当該積算値ΣΔIを面積とも称する。次いで、積算値ないし面積ΣΔIが所定値B以上であるときには高硫黄燃料と判定され、積算値ないし面積ΣΔIが所定値B未満であるときには低硫黄燃料と判定される。この第2の態様は、高硫黄燃料使用時に低硫黄燃料使用時よりもNOxセンサ出力Iが大きく変化することを利用するものである。 Next, a second aspect of sulfur concentration detection will be described. In this aspect, an area based on the NOx sensor output I during lean control is used as a detection parameter. That is, as shown in FIG. 10, the NOx sensor output difference ΔI n = I n −I 0 is integrated every sampling cycle τ from the start of the first lean half cycle (t2 to t3). The integrated value ShigumaderutaI n Because corresponds to the area shown by hatching, it referred to the integrated value ShigumaderutaI n both areas. Then, the integrated value or area ShigumaderutaI n is when a predetermined value or more B is determined that the high-sulfur fuel, the accumulated value to the area ShigumaderutaI n is when is less than the predetermined value B is judged to low sulfur fuels. This second aspect utilizes the fact that the NOx sensor output I changes more greatly when using high sulfur fuel than when using low sulfur fuel.

図11に、硫黄濃度検出の第2の態様を含む触媒劣化診断処理のルーチンを示す。このルーチンにおいて、図7に示した第1の態様に係るルーチンと異なるのは、ステップS106〜109に代わってステップS206,S207が実行される点だけであり、その余は同様であるのでステップ番号を200番台に置き換えて詳細な説明を省略する。   FIG. 11 shows a routine of the catalyst deterioration diagnosis process including the second mode of detecting the sulfur concentration. In this routine, the only difference from the routine according to the first aspect shown in FIG. 7 is that steps S206 and S207 are executed instead of steps S106 to S109. Will be replaced with the 200 series, and detailed description will be omitted.

ステップS206ではNOxセンサ出力差ΔI=I−Iが積算され、ステップS207では今回の積算値ないし面積ΣΔIが所定値B未満であるか否かが判断される。積算値ΣΔIが所定値B未満であるときには、ステップS210で低硫黄燃料と判定される。他方、積算値ΣΔIが所定値B以上であるときには、ステップS211で高硫黄燃料と判定される。この場合、次のステップS212で、酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正係数αがマップ又は関数を用いて算出される。本実施形態では図12に示すようなマップが用いられ、ΣΔI≧Bのときには1より大きい補正係数αが算出される。但しこのマップの特性も図示例に限られない。 Step S206 is accumulated the NOx sensor output difference ΔI n = I n -I 0 In the integrated value to the area ShigumaderutaI n in this step S207 is equal to or less than the predetermined value B is determined. When the integrated value ShigumaderutaI n is less than the predetermined value B, it is determined that low sulfur fuel in step S210. On the other hand, when the integrated value ΣΔIn is greater than or equal to the predetermined value B, it is determined in step S211 that the fuel is high sulfur fuel. In this case, in the next step S212, a correction coefficient α for correcting the oxygen storage capacity measurement value is calculated using a map or a function. In the present embodiment, a map as shown in FIG. 12 is used, and when ΣΔI n ≧ B, a correction coefficient α greater than 1 is calculated. However, the characteristics of this map are not limited to the illustrated example.

この例では時々刻々と変化する積算値ΣΔIが所定値B以上に達した時点で高硫黄燃料と判定したが、リーン半周期の全期間に亘る積算値ΣΔIを一旦求め、この積算値ΣΔIが所定値B以上に達していれば高硫黄燃料と判定してもよい。NOxセンサ出力値Iの開始値Iとの差ΔIの代わりにNOxセンサ出力値I自身を用いてもよい。また、任意のリーン半周期に硫黄濃度を検出できる点、酸素吸蔵容量計測値を補正する代わりに劣化判定値OSCsを補正しても良い点、および高硫黄燃料判定時に直ちに診断を中止しても良い点は、前記同様である。 Although the integrated value ShigumaderutaI n that varies with time in this example determines that the high sulfur fuel at the time of reaching a predetermined value or more B, once determined the integrated value ShigumaderutaI n over the entire duration of the lean half cycle, the integrated value ShigumaderutaI If n reaches the predetermined value B or more, it may be determined that the fuel is high sulfur. It may be used NOx sensor output value I n itself instead of the difference [Delta] I n the starting value I 0 of the NOx sensor output value I n. In addition, the sulfur concentration can be detected in an arbitrary lean half cycle, the deterioration determination value OSCs may be corrected instead of correcting the oxygen storage capacity measurement value, and the diagnosis can be stopped immediately when determining high sulfur fuel. The good point is the same as described above.

次に硫黄濃度検出の第3の態様を説明する。この態様は、リーン制御中におけるNOxセンサ出力Iに基づく軌跡長を検出パラメータとして用いる。即ち、図13に示すように、1回目のリーン半周期(t2〜t3)の開始時からサンプリング周期τ毎に、今回のNOxセンサ出力Iと前回のNOxセンサ出力In−1との差ΔI’=I−In−1が積算される。この積算値ΣΔI’は、図示するようなNOxセンサ出力Iの軌跡長ないし変化量に相当するので、当該積算値ΣΔI’を軌跡長とも称する。次いで、積算値ないし軌跡長ΣΔI’が所定値C以上であるときには高硫黄燃料と判定され、積算値ないし軌跡長ΣΔI’が所定値C未満であるときには低硫黄燃料と判定される。この第3の態様も、高硫黄燃料使用時に低硫黄燃料使用時よりもNOxセンサ出力Iが大きく変化することを利用するものである。 Next, a third mode of sulfur concentration detection will be described. In this aspect, the trajectory length based on the NOx sensor output I during lean control is used as a detection parameter. That is, as shown in FIG. 13, the difference from the start of the lean half-period of the first (t2 to t3) for each sampling period tau, and NOx sensor output I n-1 of this NOx sensor output I n and the previous ΔI n ′ = I n −I n−1 is integrated. Since this integrated value ΣΔI n ′ corresponds to the locus length or amount of change of the NOx sensor output I as shown in the figure, the integrated value ΣΔI n ′ is also referred to as a locus length. Next, when the integrated value or trajectory length ΣΔI n ′ is greater than or equal to the predetermined value C, it is determined that the fuel is high sulfur, and when the integrated value or trajectory length ΣΔI n ′ is less than the predetermined value C, it is determined that the fuel is low sulfur. This third aspect also utilizes the fact that the NOx sensor output I changes more greatly when using high sulfur fuel than when using low sulfur fuel.

図14に、硫黄濃度検出の第3の態様を含む触媒劣化診断処理のルーチンを示す。このルーチンにおいて、図7に示した第1の態様に係るルーチンと異なるのは、第2の態様に係るルーチンと同様、ステップS106〜109に代わってステップS306,307が実行される点だけであり、その余は同様であるのでステップ番号を300番台に置き換えて詳細な説明を省略する。   FIG. 14 shows a routine of the catalyst deterioration diagnosis process including the third mode of detecting the sulfur concentration. This routine differs from the routine according to the first mode shown in FIG. 7 only in that steps S306 and 307 are executed in place of steps S106 to S109 as in the routine according to the second mode. Since the remainder is the same, the step number is replaced with the 300s and detailed description is omitted.

ステップS306では前回と今回のNOxセンサ出力の差ΔI’=I−In−1が積算され、ステップS307では今回の積算値ないし軌跡長ΣΔI’が所定値C未満であるか否かが判断される。積算値ΣΔI’が所定値C未満であるときには、ステップS310で低硫黄燃料と判定される。他方、積算値ΣΔI’が所定値C以上であるときには、ステップS311で高硫黄燃料と判定される。この場合、次のステップS312で、酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正係数αがマップ又は関数を用いて算出される。本実施形態では図15に示すようなマップが用いられ、ΣΔI’≧Cのときには1より大きい補正係数αが算出される。なおこのマップの特性も図示例に限られない。 In step S306, the difference between the previous and current NOx sensor outputs ΔI n ′ = I n −I n−1 is integrated, and in step S307, whether or not the current integrated value or the locus length ΣΔI n ′ is less than the predetermined value C. Is judged. When the integrated value ΣΔI n ′ is less than the predetermined value C, it is determined at step S310 that the fuel is low sulfur. On the other hand, when the integrated value ΣΔI n ′ is greater than or equal to the predetermined value C, it is determined in step S311 that the fuel is high sulfur. In this case, in the next step S312, a correction coefficient α for correcting the oxygen storage capacity measurement value is calculated using a map or a function. In the present embodiment used a map as shown in FIG. 15, greater than one correction coefficient α is calculated when the ΣΔI n '≧ C. The characteristics of this map are not limited to the illustrated example.

第2の態様のときと同様、この例では時々刻々と変化する積算値ΣΔI’が所定値C以上に達した時点で高硫黄燃料と判定したが、リーン半周期の全期間に亘る積算値ΣΔI’を一旦求め、この積算値ΣΔI’が所定値C以上に達していれば高硫黄燃料と判定してもよい。また、任意のリーン半周期に硫黄濃度を検出できる点、酸素吸蔵容量計測値を補正する代わりに劣化判定値OSCsを補正しても良い点、および高硫黄燃料判定時に直ちに診断を中止しても良い点は、前記同様である。 Same manner as in the second embodiment, although the integrated value ΣΔI n 'which changes with time in this example determines that the high sulfur fuel at the time of reaching a predetermined value or more C, the integrated value over the whole period of the lean half cycle ΣΔI n ′ is once obtained, and if the integrated value ΣΔI n ′ reaches a predetermined value C or more, it may be determined that the fuel is high sulfur. In addition, the sulfur concentration can be detected in an arbitrary lean half cycle, the deterioration determination value OSCs may be corrected instead of correcting the oxygen storage capacity measurement value, and the diagnosis can be stopped immediately when determining high sulfur fuel. The good point is the same as described above.

ところで、上流触媒11が劣化するにつれ、空燃比の切替周期及び触媒後センサ出力Vrの反転周期が短くなり、NOxセンサ出力Iの立ち上がり開始タイミングが早まると共に、リーン半周期全体でのNOxセンサ出力Iに基づく面積及び軌跡長が減少する可能性がある。よってこの場合でも硫黄濃度検出を的確に行えるようにするため、上流触媒11の劣化度に応じて検出パラメータ(T,ΣΔI,ΣΔI’)の所定値Ts,B,Cを変化させるのが好ましい。上流触媒11の劣化度を表すパラメータとしては、酸素吸蔵容量OSCの実際の計測値を用いることができる。時間Tについては、酸素吸蔵容量OSCの計測値が小さいほど(つまり触媒劣化度が大ほど)、所定値Tsを小さくするのが好ましい。また面積ΣΔI及び軌跡長ΣΔI’についても、酸素吸蔵容量OSCの計測値が小さいほど、所定値B及びCを小さくするのが好ましい。これにより触媒劣化度をも考慮した適切な硫黄濃度検出を実行することが可能となる。 By the way, as the upstream catalyst 11 deteriorates, the air-fuel ratio switching period and the inversion period of the post-catalyst sensor output Vr are shortened, the rising start timing of the NOx sensor output I is advanced, and the NOx sensor output I over the entire lean half period. May reduce the area and trajectory length based on. Therefore, in order to enable accurate detection of the sulfur concentration even in this case, the predetermined values Ts, B, and C of the detection parameters (T, ΣΔI n , ΣΔI n ′) are changed according to the degree of deterioration of the upstream catalyst 11. preferable. As a parameter representing the degree of deterioration of the upstream catalyst 11, an actual measured value of the oxygen storage capacity OSC can be used. As for the time T, it is preferable to decrease the predetermined value Ts as the measured value of the oxygen storage capacity OSC is smaller (that is, the degree of catalyst deterioration is larger). Regarding also the area ShigumaderutaI n and the locus length ΣΔI n ', as the measured value of the oxygen storage capacity OSC is low, it is preferable to reduce the predetermined value B, and C. This makes it possible to execute appropriate sulfur concentration detection that also considers the degree of catalyst deterioration.

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、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、内燃機関の用途や形式は任意であり、例えば車両用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。また、前記実施形態では上流触媒11とNOx触媒21をそれぞれ別体として所定間隔を空けて配置したが、図16に示すようにこれらを一体とし、互いに隣接して配置してもよい。この場合、担体基材の少なくとも前半部を含む前側部分に三元触媒11を形成し、残りの後側部分にNOx触媒21を形成することができる。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the use and form of the internal combustion engine are arbitrary, and may be other than for vehicles, for example, a direct injection type or the like. In the above embodiment, the upstream catalyst 11 and the NOx catalyst 21 are arranged separately from each other with a predetermined interval therebetween. However, as shown in FIG. 16, they may be integrated and arranged adjacent to each other. In this case, the three-way catalyst 11 can be formed in the front part including at least the first half of the carrier base material, and the NOx catalyst 21 can be formed in the remaining rear part.

本発明には、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 present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit 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.

1 内燃機関
6 排気管
11 上流触媒
12 インジェクタ
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
19 下流触媒
20 電子制御ユニット(ECU)
21 吸蔵還元型NOx触媒
22 NOxセンサ
OSC 酸素吸蔵容量
OSCs 劣化判定値
Vr 触媒後センサ出力
VR リッチ判定値
VL リーン判定値
A/Ft 目標空燃比
I NOxセンサ出力
T 時間
ΣΔI 積算値(面積)
ΣΔI’ 積算値(軌跡長)
1 internal combustion engine 6 exhaust pipe 11 upstream catalyst 12 injector 17 pre-catalyst sensor 18 post-catalyst sensor 19 downstream catalyst 20 electronic control unit (ECU)
21 NOx storage reduction catalyst 22 NOx sensor OSC Oxygen storage capacity OSCs Degradation judgment value Vr Post-catalyst sensor output VR Rich judgment value VL Lean judgment value A / Ft Target air-fuel ratio I NOx sensor output T Time ΣΔI n Integrated value (area)
ΣΔI n 'integrated value (trajectory length)

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒の下流側に配置されて排気ガスの空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒後センサの出力が反転するのに応じて触媒上流側の空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段と、
前記酸素吸蔵容量の計測値に基づき前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
前記触媒と前記触媒後センサの間に配置された比較的小容量の吸蔵還元型NOx触媒と、
前記NOx触媒の下流側に配置されて排気ガスのNOx濃度を検出するNOxセンサと、
前記触媒上流側空燃比のリーン制御中における前記NOxセンサの出力に基づき、燃料の硫黄濃度を検出する硫黄濃度検出手段と、
を備えたことを特徴とする触媒劣化診断装置。
An apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor that is disposed downstream of the catalyst and detects an air-fuel ratio of exhaust gas;
Active air-fuel ratio control means for executing active air-fuel ratio control for alternately switching the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst between rich and lean as the output of the post-catalyst sensor is inverted;
Measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in accordance with execution of the active air-fuel ratio control;
Determination means for determining deterioration of the catalyst based on the measured value of the oxygen storage capacity;
A relatively small capacity NOx storage reduction catalyst disposed between the catalyst and the post-catalyst sensor;
A NOx sensor that is disposed downstream of the NOx catalyst and detects the NOx concentration of the exhaust gas;
A sulfur concentration detecting means for detecting the sulfur concentration of the fuel based on the output of the NOx sensor during lean control of the catalyst upstream air-fuel ratio;
A catalyst deterioration diagnosis device comprising:
前記硫黄濃度検出手段は、前記リーン制御の開始時から、前記NOxセンサの出力が所定値に達するまでの時間を計測し、当該計測された時間が所定値以下であるとき、燃料の硫黄濃度が高いことを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の触媒劣化診断装置。
The sulfur concentration detection means measures the time from the start of the lean control until the output of the NOx sensor reaches a predetermined value, and when the measured time is less than the predetermined value, the sulfur concentration of the fuel is The catalyst deterioration diagnosis device according to claim 1, wherein the catalyst deterioration diagnosis device is detected.
前記硫黄濃度検出手段は、前記リーン制御中にNOxセンサ出力に基づく面積又は軌跡長を計測し、当該計測された面積又は軌跡長が所定値以上であるとき、燃料の硫黄濃度が高いことを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の触媒劣化診断装置。
The sulfur concentration detection means measures an area or trajectory length based on the NOx sensor output during the lean control, and detects that the sulfur concentration of the fuel is high when the measured area or trajectory length is a predetermined value or more. The catalyst deterioration diagnosis device according to claim 1, wherein:
前記判定手段が、前記酸素吸蔵容量計測値を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定するものであり、
前記硫黄濃度検出手段により燃料の硫黄濃度が高いことが検出されたとき、前記酸素吸蔵容量計測値又は前記劣化判定値を補正する補正手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の触媒劣化診断装置。
The determination means determines the deterioration of the catalyst by comparing the measured oxygen storage capacity value with a predetermined deterioration determination value;
The correction means which corrects the oxygen storage capacity measurement value or the deterioration determination value when the sulfur concentration detection means detects that the sulfur concentration of the fuel is high. The catalyst deterioration diagnosis device according to claim 1.
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