JP2013104348A - Catalyst deterioration determination system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒劣化判定システムに関する。 The present invention relates to a catalyst deterioration determination system.
内燃機関のリーン燃焼時に排出される排ガス中のNOxを吸蔵還元型NOx触媒(以下、単に「NOx触媒」ともいう。)で吸蔵し、その後、空燃比を一時的にリッチとすることでNOx触媒からNOxを放出させると共にN2へ還元させることができる。このNOx触媒については、排気中に含まれる硫黄成分による被毒や、異常発熱等を要因として、NOx触媒の還元能力が劣化する傾向がある。そこで、NOx触媒の劣化を検出し適切な処理を促すために、様々な触媒劣化の検出技術が開発されている。 NOx in exhaust gas discharged during lean combustion of an internal combustion engine is occluded by an occlusion reduction type NOx catalyst (hereinafter also simply referred to as “NOx catalyst”), and then the air-fuel ratio is temporarily made rich so that the NOx catalyst it can be reduced to N 2 with the release of NOx from. About this NOx catalyst, there exists a tendency for the reduction | restoration capability of a NOx catalyst to deteriorate by poisoning by the sulfur component contained in exhaust, abnormal heat generation, etc. as a factor. Therefore, various catalyst deterioration detection techniques have been developed in order to detect NOx catalyst deterioration and promote appropriate processing.
例えば、特許文献1に開示の技術では、NOx触媒の下流側に配置されたNOxセンサを用いて、NOx触媒によるNOxの還元率や、当該NOx触媒におけるNOxの吸蔵能力の変化を算出し、NOx触媒の劣化判定が行われる。具体的には、算出されるNOx触媒のNOx吸蔵能力が大きく低下した場合には、NOx触媒が熱劣化したと判断される。 For example, in the technology disclosed in Patent Document 1, a NOx sensor disposed downstream of the NOx catalyst is used to calculate the NOx reduction rate by the NOx catalyst and the change in the NOx occlusion capacity of the NOx catalyst. The catalyst is judged for deterioration. Specifically, when the calculated NOx storage capacity of the NOx catalyst is greatly reduced, it is determined that the NOx catalyst has been thermally deteriorated.
NOx触媒において吸蔵されているNOxを還元するために、その周囲雰囲気をリッチ空燃比の状態とすると、NOxが還元剤に含まれるHCやH2と反応してNH3が生成される。一般に、NOxセンサはNOxとともにNH3も検出可能であるが、それぞれを区別して検出することは困難である。NOxとNH3を区別して検出するためには、それぞれに対応したセンサを設ける必要がある。したがって、NOx触媒において生成されるNH3を利用してNOx触媒の劣化判定を行うためには、従来技術では検出対象に応じたセンサを設ける必要があり、劣化判定システムが大きくならざるを得ない。 To reduce the NOx occluded in the NOx catalyst, when the ambient atmosphere and the state of the rich air-fuel ratio, NOx reacts with HC or H 2 contained in the reducing agent NH 3 is generated. In general, a NOx sensor can detect NH 3 as well as NOx, but it is difficult to detect each of them separately. In order to distinguish and detect NOx and NH 3 , it is necessary to provide sensors corresponding to each. Therefore, in order to determine the deterioration of the NOx catalyst using NH 3 generated in the NOx catalyst, it is necessary to provide a sensor corresponding to the detection target in the conventional technology, and the deterioration determination system has to be large. .
換言すれば、NOxセンサを用いてNOxの還元時にNOx触媒で生成されるNH3を検出してNOx触媒の劣化判定を行おうとすると、その検出値がNH3の検出を意味しているのか、NOxの検出を意味しているのか区別することが困難であるから、正確な劣化判定を行うことが困難となる。 In other words, whether the detecting the NH 3 generated by the NOx catalyst to attempt the deterioration determination of the NOx catalyst during the reduction of NOx using a NOx sensor, the detected value is meant the detection of NH 3, Since it is difficult to distinguish whether it means detection of NOx, it is difficult to make an accurate deterioration determination.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、NOxの還元時にNOx触媒で生成されるNH3を利用して、より正確なNOx触媒の劣化判定を行い得るシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a system capable of more accurately determining the deterioration of a NOx catalyst by using NH 3 generated by the NOx catalyst during the reduction of NOx. With the goal.
本発明において、上記課題を解決するために、NOx触媒に定常的に堆積されている硫黄量が比較的少ないと想定される状態において、当該NOx触媒に吸蔵されているNOxを十分に還元するための還元雰囲気の形成を行った後に、NOx触媒の下流側で検出されるNH3の生成量に基づいて、NOx触媒の劣化判定を行うこととした。このようにNH3生成量を検出する条件を限定することで、NOx還元時に生成されるNH3量に基づいて、NOx触媒の劣化判定を正確に行い得る。 In the present invention, in order to solve the above problem, in order to sufficiently reduce the NOx stored in the NOx catalyst in a state where the amount of sulfur constantly deposited on the NOx catalyst is assumed to be relatively small. After the reduction atmosphere is formed, the deterioration determination of the NOx catalyst is performed on the basis of the amount of NH 3 detected on the downstream side of the NOx catalyst. By limiting the conditions for detecting the NH 3 generation amount in this way, it is possible to accurately determine the deterioration of the NOx catalyst based on the amount of NH 3 generated during NOx reduction.
そこで、詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられてNOxを吸蔵し、吸蔵していたNOxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型NOx触媒(NOx触媒)の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、前記吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給することで該吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の空燃比を調整する還元剤供給部と、前記吸蔵還元型NOx触媒の下流側に配置され、該吸蔵還元型NOx触媒から排出される排気中のNH3を検出可能な検出部と、前記還元剤供給部から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調整する空燃比制御部と、前記吸蔵還元型NOx触媒に被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄量が所定異常量より少ないと想定されている場合において、前記空燃比制御部によって、所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が所定生成量より少ない場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は劣化していると判定する劣化判定部と、を備える。 Therefore, in detail, the present invention determines deterioration of a NOx storage reduction catalyst (NOx catalyst) that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, stores NOx, and reduces the stored NOx by supplying a reducing agent. In the catalyst deterioration determination system, the reducing agent supply unit that adjusts the air-fuel ratio of the exhaust gas that passes through the NOx storage reduction catalyst by supplying the reducing agent to the NOx storage reduction catalyst, and the NOx storage reduction catalyst A detection unit that is arranged on the downstream side and can detect NH 3 in the exhaust discharged from the NOx storage reduction catalyst, and when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply unit, the air-fuel ratio of the exhaust is rich An air-fuel ratio control unit that adjusts the amount of reducing agent so that the amount of sulfur is assumed to be less than a predetermined abnormal amount in the NOx storage reduction catalyst in a state where poisoning regeneration is impossible In The NH 3 generation amount detected by the detection unit is less than the predetermined generation amount when the exhaust air / fuel ratio is set to the rich air / fuel ratio for a predetermined period by the air / fuel ratio control unit. A degradation determination unit that determines that the reduced NOx catalyst is degraded.
本発明に係る触媒劣化判定システムは、排気通路に設けられたNOx触媒の劣化を判定する。ここで、NOx触媒は、流れ込む排気によってリーン雰囲気に置かれると排気中のNOxを吸蔵し、また、空燃比制御部によってNOx触媒に流れ込む排気の空燃比がリッチ空燃比に調整され、そこに還元剤が存在するようにすることで、吸蔵していたNOxを還元する。この還元剤は、空燃比制御部の制御の下、還元剤供給部によって排気中に供給されるものであり、その一例として、供給弁等を介して排気中に還元剤が供給されてもよく、また、内燃機関の燃焼状態が制御されることで、内燃機関からの排気に含まれる還元剤としてのHC量を調整するようにしてもよい。 The catalyst deterioration determination system according to the present invention determines the deterioration of the NOx catalyst provided in the exhaust passage. Here, when the NOx catalyst is placed in a lean atmosphere by the exhaust gas flowing in, the NOx in the exhaust gas is occluded, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is adjusted to a rich air-fuel ratio by the air-fuel ratio control unit and reduced there By making the agent exist, the stored NOx is reduced. This reducing agent is supplied into the exhaust gas by the reducing agent supply unit under the control of the air-fuel ratio control unit. As an example, the reducing agent may be supplied into the exhaust gas via a supply valve or the like. Further, the amount of HC as the reducing agent contained in the exhaust gas from the internal combustion engine may be adjusted by controlling the combustion state of the internal combustion engine.
ここで、NOx触媒は、一般に、白金等の貴金属とNOx吸蔵剤として機能するBa等の塩基性の強い金属とが存在した状態となっている。白金等が塩基性の強い金属と共存した状態では、塩基性金属が電子受容体、白金等が電子許容体として機能するため、結果として白金等の活性がやや低下した状態で均衡し、その均衡状態が、NOx触媒が正常に本来の機能を発揮し得る状態(以下、「正常状態」という)となる。NOx触媒が正常状態である場合には、吸蔵されていたNOxが還元されN2が生成されるに際し、供給された還元剤とNOxの反応によりNH3も生成される。 Here, the NOx catalyst is generally in a state where a noble metal such as platinum and a strongly basic metal such as Ba functioning as a NOx storage agent exist. In the state where platinum or the like coexists with a strongly basic metal, the basic metal functions as an electron acceptor, and platinum or the like functions as an electron acceptor. The state is a state in which the NOx catalyst can normally perform its original function (hereinafter referred to as “normal state”). When the NOx catalyst is in a normal state, when NOx stored is reduced and N 2 is generated, NH 3 is also generated by the reaction between the supplied reducing agent and NOx.
一方で、NOx触媒が排気に晒されることで、排気中に含まれる硫黄成分もNOx吸蔵剤であるBa等の塩基性金属に吸蔵されて硫黄被毒状態が形成されていく。この硫黄被毒状態は、従来技術による所定の処理を行うことで基本的には再生可能であるが、白金等が熱ストレスによりシンタリングを起こすと、形成された硫黄被毒状態の一部は再生不可能な状態となり、NOx触媒に常在化してしまう傾向にある。このようにNOx触媒に硫黄被毒が再生不可能に顕著に常在化した状態を、本明細書では、硫黄被毒再生能低下状態という。 On the other hand, when the NOx catalyst is exposed to the exhaust gas, the sulfur component contained in the exhaust gas is also stored in a basic metal such as Ba, which is a NOx storage agent, and a sulfur poisoning state is formed. This sulfur poisoning state can be basically regenerated by performing a predetermined treatment according to the prior art. However, when platinum or the like is sintered by heat stress, a part of the sulfur poisoning state formed is It becomes a non-renewable state and tends to reside in the NOx catalyst. In this specification, the state in which sulfur poisoning has become remarkably permanent in the NOx catalyst so as not to be regenerated is referred to as a state in which sulfur poisoning regeneration ability is reduced.
ここで、本出願人は、このように硫黄被毒再生能低下状態に陥ったNOx触媒において、NOxの還元時にNH3の生成量が顕著に抑制されながらも、NOxの還元が行われる事象(以下、「劣化時還元事象」という。)を見出した。当該劣化時還元事象では、上記NOx触媒の正常状態における均衡が失われ、相対的に電子受容体としての塩基性金属の機能が弱まり、白金等の機能が強まる結果となる。ただし、上記の通りシンタリングにより白金等の機能もある程度は弱まっていることから、供給された還元剤は、正常状態であればNOxとの反応により生成される程度のNH3を十分に生成するに至らず、その中間生成物を生成するに留まる。この中間生成物は、選択的にNOxをN2に還元する機能を有しており、その結果、硫黄被毒再生能低下状態にあるNOx触媒においては、NH3の生成量が抑制された状態で、且つNOxの還元が実行されるという上記劣化時還元事象が生じ得る。 Here, the applicant of the present invention, in the NOx catalyst that has fallen into the state of reduced sulfur poisoning regeneration ability, the phenomenon in which NOx is reduced while the amount of NH 3 produced is significantly suppressed during the reduction of NOx ( Hereinafter, it was referred to as “reduction event at the time of deterioration”). In the reduction event at the time of deterioration, the balance of the NOx catalyst in the normal state is lost, the function of the basic metal as the electron acceptor is relatively weakened, and the function of platinum or the like is strengthened. However, since the functions of platinum and the like are weakened to some extent by sintering as described above, the supplied reducing agent sufficiently generates NH 3 that is generated by reaction with NOx under normal conditions. The intermediate product is not produced. This intermediate product has a function of selectively reducing NOx to N 2 , and as a result, in the NOx catalyst in a state of reduced sulfur poisoning regeneration ability, the amount of NH 3 produced is suppressed In addition, the above-described deterioration reduction event that NOx reduction is performed may occur.
そこで、本発明に係る触媒劣化判定システムでは、NOx触媒に被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄量が所定異常量より少ないと想定されている状態において、空燃比制御部によって、所定期間、排気空燃比がリッチ空燃比の状態とされたときに、検出部によって検出されるNH3生成量に基づいて、NOx触媒の劣化判定を行う。ここでいう所定異常量とは、NOx触媒において被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄によりNOx触媒が劣化しているか否かを判定するための閾値である。また、上記所定期間とは、少なくとも、NOx触媒に吸蔵されているNOxを放出しその還元を行うために必要な、NOx触媒がリッチ空燃比の状態に置かれる期間である。 Therefore, in the catalyst deterioration determination system according to the present invention, in a state where the amount of sulfur accumulated in a state in which poisoning regeneration is impossible on the NOx catalyst is assumed to be less than a predetermined abnormal amount, the air-fuel ratio control unit When the exhaust air-fuel ratio is in a rich air-fuel ratio for a predetermined period, the NOx catalyst deterioration determination is performed based on the NH 3 generation amount detected by the detector. The predetermined abnormal amount here is a threshold value for determining whether or not the NOx catalyst is deteriorated due to sulfur accumulated in a state in which poisoning regeneration is impossible in the NOx catalyst. The predetermined period is a period during which the NOx catalyst is placed in a rich air-fuel ratio, which is necessary to release at least NOx stored in the NOx catalyst and reduce it.
仮に、NOx触媒における堆積硫黄量が所定異常量より少ないのであれば、空燃比制御部によって、所定期間、排気空燃比がリッチ空燃比の状態とされたときには、供給された還元剤と吸蔵NOxとの反応によりNH3が比較的多量に生成されるはずである。しかしながら、当該堆積硫黄量が所定異常量より少ないと想定されている状態において、吸蔵NOx還元のためのリッチ空燃比の状態が形成されたときのNH3生成量が所定生成量より少ない場合には、上記の劣化時還元事象が生じていると考えられることから、その場合には、NOx触媒は硫黄被毒再生能低下状態に陥り、劣化していると判定することが可能である。したがって、上記所定生成量は、NOx触媒が劣化しているか否かを判定するための、NOx還元時のNH3生成量に関する閾値である。 If the amount of sulfur accumulated in the NOx catalyst is less than a predetermined abnormal amount, when the exhaust air-fuel ratio is in a rich air-fuel ratio for a predetermined period by the air-fuel ratio control unit, the supplied reducing agent, occluded NOx, This reaction should produce a relatively large amount of NH 3 . However, in a state where the amount of accumulated sulfur is assumed to be smaller than the predetermined abnormal amount, when the NH 3 generation amount when the rich air-fuel ratio state for the reduction of stored NOx is formed is smaller than the predetermined generation amount In this case, it is possible to determine that the NOx catalyst has deteriorated due to a reduction in the sulfur poisoning regeneration ability. Therefore, the predetermined generation amount is a threshold value regarding the NH 3 generation amount at the time of NOx reduction for determining whether or not the NOx catalyst is deteriorated.
このように構成される触媒劣化判定システムでは、NOx触媒での堆積硫黄量が比較的少ないと想定されている場合に、NOx還元時に生成されるNH3量に基づいて、NOx触媒の硫黄被毒による劣化の判定が行われることになる。NOx触媒での堆積硫黄量が比較的少ないと想定されている条件下でNOx還元時に生成されるNH3量が所定生成量より低くなることは、NOx触媒において顕著に常在化した劣化が生じていることを意味する。したがって、本発明に係る触媒劣化システムでは、上記の通りNOx還元時のNH3生成量に基づいて劣化判定を正確に行うことが可能となる。 In the catalyst deterioration determination system configured in this way, when it is assumed that the amount of accumulated sulfur in the NOx catalyst is relatively small, the sulfur poisoning of the NOx catalyst is based on the amount of NH 3 generated during NOx reduction. The determination of deterioration due to is performed. When the amount of NH 3 produced during NOx reduction is lower than the predetermined production amount under the condition that the amount of sulfur deposited on the NOx catalyst is assumed to be relatively small, the deterioration of the NOx catalyst that has become noticeably permanent occurs. Means that Therefore, in the catalyst deterioration system according to the present invention, as described above, it is possible to accurately perform the deterioration determination based on the amount of NH 3 generated during NOx reduction.
ここで、上記触媒劣化判定システムにおいて、前記所定期間は、前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量である場合の、該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元浄化するために必要な、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされる期間、又は該排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされる期間より長い期間であってもよい。 Here, in the catalyst deterioration determination system, the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst when the amount of sulfur accumulated in the NOx storage reduction catalyst is the predetermined abnormal amount during the predetermined period is reduced and purified. It may be a period necessary for the exhaust air-fuel ratio to be in the rich air-fuel ratio state or a period longer than the period in which the exhaust air-fuel ratio is in the rich air-fuel ratio state.
このように上述したNOx触媒の劣化判定時に行われる空燃比制御部によるリッチ空燃比の形成時間である上記所定時間を、NOx触媒での堆積硫黄量に基づいて設定することで、硫黄再生能低下状態にあるNOx触媒での還元剤によるNOx還元反応、すなわち、NH3の生成を抑制しながらのNOxの還元反応で生成されるNH3量を十分に劣化判定部による判定に反映させることが可能となる。硫黄再生能低下状態にあるNOx触媒では、白金等のシンタリングにより還元剤から上記中間生成物の反応、すなわち還元剤の消費反応が緩慢に進行する傾向にあるため、このように所定時間をNOx触媒での堆積硫黄量に基づいて設定することは正確な劣化判定のために有用である。 Thus, by setting the predetermined time, which is the rich air-fuel ratio formation time by the air-fuel ratio control unit performed when determining the deterioration of the NOx catalyst described above, based on the amount of sulfur accumulated in the NOx catalyst, the sulfur regeneration capacity is lowered. NOx reduction with a reducing agent in the NOx catalyst in the state, i.e., can be reflected in the determination by sufficiently degradation determination unit amount of NH 3 produced by the reduction reaction of NOx while suppressing the generation of NH 3 It becomes. In the NOx catalyst in a state where the sulfur regeneration ability is lowered, the reaction of the intermediate product from the reducing agent, that is, the consumption reaction of the reducing agent tends to proceed slowly due to the sintering of platinum or the like. Setting based on the amount of accumulated sulfur in the catalyst is useful for accurate deterioration determination.
また、上記触媒劣化判定システムにおいては、前記検出部は、排気中のNOxおよびNH3を検出可能なNOxセンサであってもよい。上記の通り、劣化判定時において、空燃比制御部によって排気空燃比がリッチ空燃比の状態にされてNOxの還元が行われている際には、原理的にはNOxはN2に還元されるか、もしくは還元剤との反応によりNH3が生成されるかであるので、NOx触媒の下流にはNOxが流れ出さないか、もしくは流れ出たとしても極めて少量となる。したがって、上記のようにNOx還元時のNH3生成量に基づいた触媒劣化判定を、NOxセンサによっても正確に行うことが可能となる。 In the catalyst deterioration determination system, the detection unit may be a NOx sensor capable of detecting NOx and NH 3 in the exhaust gas. As described above, at the time of deterioration determination, when the exhaust air-fuel ratio is brought to a rich air-fuel ratio by the air-fuel ratio control unit and NOx is being reduced, NOx is reduced to N 2 in principle. Or NH 3 is produced by the reaction with the reducing agent. Therefore, NOx does not flow out downstream of the NOx catalyst, or even if it flows out, the amount is extremely small. Therefore, as described above, the catalyst deterioration determination based on the amount of NH 3 generated during NOx reduction can be accurately performed even by the NOx sensor.
ここで、上述までの触媒劣化判定システムにおいて、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出部を、更に備える場合、前記劣化判定部は、前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定されている状態において、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、且つ、前記触媒温度検出部によって検出される触媒温度が、該吸蔵還元型NOx触媒がその活性状態を判断するための閾値である所定触媒温度以下である場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は、還元剤による被毒状態であると判定してもよい。 Here, in the catalyst deterioration determination system described above, in the case where the catalyst deterioration detection system further includes a catalyst temperature detection unit that detects the temperature of the NOx storage reduction catalyst, the deterioration determination unit indicates that the amount of accumulated sulfur in the NOx storage reduction catalyst is NH 3 detected by the detection unit when the exhaust air-fuel ratio is in the rich air-fuel ratio state for the predetermined period by the air-fuel ratio control unit in a state assumed to be less than the predetermined abnormal amount. The generation amount is equal to or greater than the predetermined generation amount, and the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detection unit is equal to or lower than a predetermined catalyst temperature that is a threshold for the NOx storage reduction catalyst to determine its active state. In some cases, the NOx storage reduction catalyst may be determined to be poisoned by the reducing agent.
このように構成される触媒劣化判定システムでは、所定の条件の下、検出部によって検出されるNH3生成量が所定生成量以上となったことは、NOx触媒は、上述したような再生不可能な硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態にはないことを意味する。しかしながら、そのような劣化状態にはなくとも劣化判定のために排気空燃比がリッチ空燃比の状態とされたにもかかわらず、NOx触媒の温度が所定触媒温度以下であることは、NOx触媒による還元剤の良好な酸化反応が阻害された状態、換言すれば、NOx触媒に含まれる白金等が還元剤によって覆われることで良好な酸化反応が阻害された状態となっていると、合理的に考えられる。そこで、そのような場合には、NOx触媒は、硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態ではないが、還元剤により被毒された状態にあると判断することができる。 In the catalyst deterioration determination system configured as described above, it is impossible to regenerate the NOx catalyst as described above because the NH 3 generation amount detected by the detection unit exceeds the predetermined generation amount under a predetermined condition. This means that there is no deterioration state accompanied by a state of reduced sulfur poisoning regeneration ability. However, although the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for determination of deterioration even if it is not in such a deteriorated state, the NOx catalyst temperature is below the predetermined catalyst temperature. A state in which a good oxidation reaction of the reducing agent is inhibited, in other words, platinum in the NOx catalyst is covered with the reducing agent and a good oxidation reaction is inhibited. Conceivable. Therefore, in such a case, it can be determined that the NOx catalyst is not in a deteriorated state accompanied by a reduced state of sulfur poisoning regeneration ability, but is in a state of being poisoned by the reducing agent.
なお、この還元剤によるNOx触媒の被毒は、NOx触媒を覆う還元剤を除去することで再生可能な点で、硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態とは異なる。そこで、上記触媒劣化判定システムにおいて、前記吸蔵還元型NOx触媒が還元剤による被毒状態にあるときに、該還元剤被毒状態を再生する被毒再生部を、更に備えるようにしてもよい。そして、前記劣化判定部は、前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定されている状態において、前記被毒再生部によって該吸蔵還元型NOx触媒の還元剤による被毒状態を再生させた後に、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、且つ、前記触媒温度検出部によって検出される触媒温度が、前記所定触媒温度以下である場合には、還元剤に含まれる硫黄量が異常であると判定してもよい。 The poisoning of the NOx catalyst by this reducing agent is different from the deteriorated state accompanied by the reduced state of sulfur poisoning regeneration ability in that it can be regenerated by removing the reducing agent covering the NOx catalyst. Therefore, the catalyst deterioration determination system may further include a poisoning regeneration unit that regenerates the reducing agent poisoning state when the storage reduction type NOx catalyst is poisoned by the reducing agent. Then, the deterioration determination unit is configured so that the poisoning regeneration unit covers the NOx storage reduction catalyst with the reducing agent in a state where the amount of sulfur accumulated in the storage reduction NOx catalyst is assumed to be less than the predetermined abnormal amount. After regenerating the poisonous state, when the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for the predetermined period by the air-fuel ratio control unit, the NH 3 generation amount detected by the detection unit is the predetermined generation If the catalyst temperature is not less than the amount and the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detector is not more than the predetermined catalyst temperature, it may be determined that the amount of sulfur contained in the reducing agent is abnormal.
このように構成される触媒劣化判定システムでは、NOx触媒での堆積硫黄量が所定異常量より少ないと想定される状態で、被毒再生部によって還元剤による被毒状態を再生させることで、還元剤被毒に起因したNOx触媒の不具合は解消していることになる。そして、そのような状態で、排気空燃比をリッチ空燃比としたときに検出部によって検出されるNH3生成量が所定生成量以上となったことは、NOx触媒は、上述したような再生不可能な硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態にはないことを意味する。しかしながら、そのような劣化状態にはなくともNOx触媒の温度が依然として所定触媒温度以下であることは、還元剤に含まれる硫黄量が異常、すなわち、還元剤に想定以上の硫黄が含まれていると、合理的に考えられる。これは、還元剤に想定以上の硫黄が含まれるとNOx触媒の白金等が硫黄成分によって覆われてしまいNOx触媒の温度が十分に上昇しないことによる。そこで、そのような場合には、NOx触媒そのものの劣化状態ではなく、使用している還元剤に含まれる硫黄に関する異常と判断するのが好ましい。 In the catalyst deterioration determination system configured as described above, the reduction amount is reduced by regenerating the poisoning state by the reducing agent by the poisoning regeneration unit in a state where the amount of accumulated sulfur in the NOx catalyst is assumed to be smaller than the predetermined abnormal amount. The problem of the NOx catalyst due to the poisoning of the agent is solved. In such a state, when the exhaust air / fuel ratio is set to the rich air / fuel ratio, the NH 3 production amount detected by the detection unit is equal to or greater than the predetermined production amount. It means that there is no deterioration state with a possible reduced state of sulfur poisoning regeneration ability. However, even if it is not in such a deteriorated state, the temperature of the NOx catalyst is still below the predetermined catalyst temperature means that the amount of sulfur contained in the reducing agent is abnormal, that is, the reducing agent contains more sulfur than expected. I can reasonably think. This is because if the reducing agent contains more sulfur than expected, platinum or the like of the NOx catalyst is covered with a sulfur component and the temperature of the NOx catalyst does not rise sufficiently. Therefore, in such a case, it is preferable to determine that the abnormality is not related to the deterioration state of the NOx catalyst itself but to sulfur contained in the reducing agent used.
ここで、上述までの触媒劣化判定システムにおいて、前記吸蔵還元型NOx触媒の熱履歴を取得する熱履歴取得部を、更に備える場合、前記劣化判定部は、前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定されている状態において、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、
且つ、前記熱履歴取得部によって取得された該吸蔵還元型NOx触媒の熱履歴が、異常発熱を示す所定の異常熱履歴である場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は、異常発熱による劣化状態であると判定してもよい。
Here, in the catalyst deterioration determination system described above, in the case where a heat history acquisition unit that acquires the heat history of the NOx storage reduction catalyst is further provided, the deterioration determination unit is configured to determine the amount of sulfur accumulated in the NOx storage reduction catalyst. NH detected by the detection unit when the exhaust air-fuel ratio is in the rich air-fuel ratio state for the predetermined period by the air-fuel ratio control unit in a state where the air-fuel ratio control unit is assumed to be less than the predetermined abnormal amount. 3 generation amount is not less than the predetermined generation amount,
In addition, when the thermal history of the NOx storage reduction catalyst acquired by the thermal history acquisition unit is a predetermined abnormal heat history indicating abnormal heat generation, the NOx storage reduction catalyst is in a deteriorated state due to abnormal heat generation. It may be determined that
このように構成される触媒劣化判定システムでは、所定の条件の下、検出部によって検出されるNH3生成量が所定生成量以上となったことは、NOx触媒は、上述したような再生不可能な硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態にはないことを意味する。しかしながら、そのような劣化状態にはなくとも劣化判定のために排気空燃比がリッチ空燃比の状態とされたにもかかわらず、NOx触媒の熱履歴が所定の異常熱履歴である場合には、その異常熱履歴によってNOx触媒が劣化状態にあると、合理的に考えられる。そこで、そのような場合には、NOx触媒は、硫黄被毒再生能低下状態を伴う劣化状態ではないが、異常熱履歴による劣化状態にあると判断することができる。 In the catalyst deterioration determination system configured as described above, it is impossible to regenerate the NOx catalyst as described above because the NH 3 generation amount detected by the detection unit exceeds the predetermined generation amount under a predetermined condition. This means that there is no deterioration state accompanied by a state of reduced sulfur poisoning regeneration ability. However, even if the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for the deterioration determination even if it is not in such a deteriorated state, the heat history of the NOx catalyst is a predetermined abnormal heat history. It is reasonably considered that the NOx catalyst is in a deteriorated state due to the abnormal heat history. Therefore, in such a case, it is possible to determine that the NOx catalyst is not in a deteriorated state accompanied by a reduced state of sulfur poisoning regeneration ability but is in a deteriorated state due to an abnormal heat history.
本発明によれば、触媒劣化判定システムにおいて、NOxの還元時にNOx触媒で生成されるNH3を利用して、より正確なNOx触媒の劣化判定を行うことができる。 According to the present invention, in the catalyst deterioration determination system, it is possible to perform more accurate determination of NOx catalyst deterioration by using NH 3 generated by the NOx catalyst during NOx reduction.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は、本発明の実施例に係る触媒劣化システムを搭載する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒を有する水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関1には、排気通路2が接続されている。この排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒4(以下、NOx触媒4という。)が備えられている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine equipped with a catalyst deterioration system according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders. An
NOx触媒4は、たとえばアルミナ(Al2O3)を担体とし、その担体上に、たとえばバリウム(Ba)及び白金(Pt)を担持して構成されている。このNOx触媒4は、流入する排気の酸素濃度が高いとき(すなわち、排気空燃比がリーン空燃比の状態にあるとき)は排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するとき(すなわち、排気空燃比がリッチ空燃比の状態にあるとき)は吸蔵していたNOxをN2に還元する機能を有する。また、NOx触媒4よりも上流の排気通路2には、排気中に還元剤を噴射する噴射弁5が取り付けられている。噴射弁5は、後述するECU10からの信号により開弁して排気中へ還元剤を噴射する。還元剤には、たとえば内燃機関1の燃料(HC)が用いられるが、これに限らない。
The
噴射弁5から排気通路2内へ噴射された燃料は、排気通路2の上流から流れてきた排気の空燃比を低下させる。そして、NOx触媒4に吸蔵されているNOxの還元時には、噴射弁5からHCを噴射することにより、NOx触媒4に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期で低下させる所謂リッチスパイク制御を実行する。噴射弁5から噴射させるHC量は、たとえば内燃機関1の運転状態(機関回転数及び燃料噴射量)に基づいて決定される。HC量と機関回転数と機関負荷との関係は予めマップ化し、後述するECU10内のメモリに格納しておくことができる。また、排気通路2に空燃比センサを取り付けて、該空燃比センサにより検出される空燃比がNOx還元に必要な目標値となるようにHC量をフィードバック制御してもよい。
The fuel injected from the
なお、上記噴射弁5が、本発明に係る還元剤供給部に相当する。また、噴射弁5によるHC供給形態に代えて、内燃機関1から未燃燃料を含む排気を排出させることでHCを供給する形態も採用できる。すなわち、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁を備え、該筒内噴射弁から主噴射を行なった後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射(ポスト噴射)を行なったり、筒内噴射弁からの燃料噴射時期を遅らせたりすることにより、内燃機関1からHCを多く含むガスを排出させることもできる。
The
また、噴射弁5よりも上流の排気通路2には、排気中のNOx濃度を測定する上流側NOxセンサ7が取り付けられている。また、NOx触媒4よりも下流の排気通路2には、排気中のNOx濃度を測定する下流側NOxセンサ8及び排気の温度を測定する温度センサ9が取り付けられている。なお、本実施例においては下流側NOxセンサ8が、本発明における検出部に相当するものであって、実質的に排気中のNOxおよびNH3を検出可能である。なお、排気中のNH3は、下流側NOxセンサ8においてO2と反応してNOになるため、NOxとして検出される。したがって、下流側NOxセンサ8においては、排気中のNH3をNOxとして検出可能であるが、その場合、NH3が検出されたのか、またはNOxが検出されたのか判別することは困難である。
An
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御
ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御する。また、ECU10には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル11を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ12、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ13が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU10に入力されるようになっている。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
一方、ECU10には、噴射弁5が電気配線を介して接続されており、該ECU10により噴射弁5の開閉時期が制御される。なお、本実施例では噴射弁5から供給するHC量を調整し、排気の空燃比を制御するECU10が、本発明における空燃比制御部に相当する。このECU10は、排気の空燃比をリッチ空燃比(たとえば空燃比14程度)を目標にリッチスパイク制御を行い、NOx触媒4に吸蔵されているNOxの還元処理を行う。
On the other hand, the
また、ECU10は、下流側NOxセンサ8から得られる検出信号に基づいて、NOx触媒4の触媒劣化に関する判定処理を行う。したがって、この観点から、ECUは本実施例における劣化判定部にも相当することとなる。ここで、図2に、正常状態にあるNOx触媒4におけるNOx還元時のN2およびNH3生成のモデルを示すとともに、図3に、回復が不可能な劣化状態にあるNOx触媒4におけるNOx還元時のN2およびNH3生成のモデルを示す。当該回復不可能な劣化状態(図3に示す状態)は、熱ストレスによるNOx触媒4に含まれるPtのシンタリングと、そのシンタリングに起因した被毒再生が不可能な状態で多量の硫黄成分が堆積していることによるものであり、本明細書においては「異常状態」とも称する。なお、図2に示す状態は、当該異常状態ではない状態であり、本明細書においては「正常状態」とも称する。
Further, the
NOx触媒4は、排気の空燃比がリーンのときにNOをPt上でO2と反応させ、BaへBa(NO3)2として吸蔵する。一方、HCを供給して排気の空燃比をリッチとすると、正常状態にあるNOx触媒4では、Ba(NO3)2がNO2となって放出され、さらにPt上でN2に還元される。ここでNOx触媒4では、Ptが塩基性の強いBaと共存した状態となっており、このような場合にはBaが電子受容体、Ptが電子許容体として機能するため、図2に示すようにPt上にその酸化物PtO2が形成される。そのためPtの活性がやや低下した状態で均衡し、その均衡状態が、NOx触媒4が正常に本来の機能を発揮し得る状態(上記の正常状態に相当)となる。NOx触媒4がこのように正常状態である場合には、図2に示すように吸蔵されていたNOxが還元されN2が生成されるに際し、供給されたHC(その他、CO、H2等)とNOxの反応によりNH3も生成される。
The
一方で、NOx触媒4は排気に晒されることで、経時的な熱ストレスを受け続ける。その結果、NOx触媒4に含まれるPtにシンタリングが生じ、Baに吸蔵された硫黄成分による硫黄被毒状態を再生させる能力が低下し、次第に、NOx触媒4内に、再生が不可能な状態で硫黄成分が堆積していくことになる。このようにNOx触媒4において硫黄被毒が再生不可能に顕著に常在化した状態を、硫黄被毒再生能低下状態といい、上記の異常状態に相当する(図3に示す状態)。
On the other hand, the
この異常状態では、NOx触媒4の正常状態におけるPtとBaの均衡が失われ、相対的に電子受容体としてのBaの機能が弱まり、Ptの機能が強まる結果となる。ただし、上記の通りシンタリングによりPtの機能もある程度は弱まっていることから、図4に示すように異常状態のNOx触媒4では還元剤であるHCの消費反応は緩慢なものとなる。なお、図4は、NOx触媒4におけるHCの消費状況を示す図であり、横軸がNOx触媒4の軸方向の距離を表し、縦軸がNOx触媒4に残存するHC量である。また、図中の三角は、NOx触媒4においてシンタリングおよび硫黄成分の堆積が無視できる正常状態に
おける、該NOx触媒4でのHCの消費状況を示す。また、図中の黒塗り丸は、異常状態におけるNOx触媒4でのHCの消費状況を示す。
In this abnormal state, the balance between Pt and Ba in the normal state of the
このように異常状態にあるNOx触媒4では、供給されたHCは、正常状態であればNOxとの反応により生成される程度のNH3を十分に生成するに至らず、その中間生成物(NH3になる手間の中間物であって、アミン、アミド等)を生成するに留まる。この中間生成物は、選択的にNOxをN2に還元する機能を有しており、その結果、異常状態にあるNOx触媒4においては、NH3の生成量が抑制された状態で、且つNOxの還元が実行されるという劣化時還元事象が生じることとなる。
Thus, in the
この劣化時還元事象について、図5−図7に基づいて詳細に説明する。ここで、異常状態にあるNOx触媒4は、正常状態にあるNOx触媒4と比べて吸蔵可能なNOx量(NOx吸蔵量)が著しく低下している。これは、異常状態にあるNOx触媒4では、硫黄被毒再生能低下状態となっており、その内部に再生不可能な状態で多くの硫黄成分が堆積していることによる。また、上述したように、NOx触媒4に対して噴射弁5から還元剤であるHCが供給されると、図2又は図3に示したモデルに従い、NOx触媒4に吸蔵されていたNOxの還元反応が生じ、未浄化(未還元)のNOx量が減少するとともに、NOxとHCとの反応によりNH3が生成される(図5を参照)。
This deterioration reduction event will be described in detail with reference to FIGS. Here, the
ここで、本出願人は、NOx触媒4が正常状態である場合と異常状態である場合とでは、特に、このNOx還元時のNH3生成量が大きく異なることを見出した。図6にNOx触媒4の劣化状態に応じた、該NOx触媒4に供給される排気空燃比と未浄化NOx量との相関を示し、図7にNOx触媒4の劣化状態に応じた、該NOx触媒4に供給される排気空燃比と、NOx還元時のNH3生成量との相関を示す。なお、図6および図7において、図中の三角と黒塗り丸は、それぞれ図4に示す凡例の三角と黒塗り丸に対応している。また、図中の白抜き四角は、異常状態のNOx触媒4と同程度のシンタリングが形成されているものの再生不可能な状態で堆積している硫黄量が比較的少なく、まだNOx触媒としての機能が保たれており正常状態と扱い得る状態(正常状態2)における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表す。
Here, the present applicant has found that the amount of NH 3 produced during NOx reduction differs greatly between when the
図6および図7から理解できるように、未浄化NOx量については、NOx触媒4が正常状態にあるか否かにかかわらず、NOx触媒4にリッチ空燃比の排気が供給されれば、NOx触媒4からの未浄化NOxの流出量は概ね無視できる状態となる。しかしながら、NOx触媒4が異常状態にある場合には、NOx還元時のNH3生成量が、正常状態の場合と比べて大きく低下する傾向が見出せる。特に、正常状態2に係るNH3生成量の推移と異常状態に係るNH3生成量の推移とを比べると、NOx触媒4におけるPtのシンタリングは同程度であるにもかかわらず、堆積硫黄量が多くなることで、NH3生成量が著しく低下している。このことから、NOx触媒4において再生不可能な状態で堆積している硫黄堆積量に着目し、NOx還元時のNH3生成量を利用することで、NOx触媒4が異常状態にあるか否か、その劣化状態を判定することが可能であることが分かる。
As can be understood from FIGS. 6 and 7, regarding the amount of unpurified NOx, the NOx catalyst can be obtained if rich air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the
以上を踏まえて、図8に、本実施例に係るNOx触媒4の劣化判定制御のフローを示す。当該触媒劣化判定制御は、ECU10によって適宜繰り返し実行されるものである。まず、S101では、NOx触媒4の劣化判定を行う前提条件が成立しているか否か判定さ
れる。たとえば、NOx触媒4の温度がNOx還元に適した温度となっているときに前提条件が成立していると判定される。ここで、NOx触媒4の温度は、温度センサ9により検
出される。また、NOx還元に適した温度とは、たとえば、NOx触媒4が過度に低温であると触媒の活性が悪化し、また過度に高温であるとBaの吸蔵能力が低下してしまうことを踏まえて設定される所定の温度範囲を有する。したがって、NOx触媒4の温度が当該所定の温度範囲に属しているときはS101において肯定判定が為されS102へ進み、
属していないときは否定判定が為されて本制御を終了する。
Based on the above, FIG. 8 shows a flow of deterioration determination control of the
If it does not belong, a negative determination is made and this control is terminated.
次にS102では、NOx触媒4において硫黄被毒再生(S再生)が完了し、且つ、その完了後において推定される硫黄堆積量(S堆積量)が、所定の堆積量S0以下であるか否かが判定される。すなわち、NOx触媒4において被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄量が、閾値である所定の堆積量S0以下であるか否かが判定される。硫黄被毒再生については従来技術であるからその詳細な説明は割愛するが、NOx触媒4において被毒再生が可能な状態で吸蔵されている硫黄分を除去するための処理であり、噴射弁5からHCを供給しながら、NOx触媒4の触媒温度を昇温させる処理である。この硫黄被毒再生処理によれば、NOx触媒4に吸蔵されている硫黄分を除去することは可能であるが、被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄分についてはNOx触媒4から除去することは難しい。これは、上記の通り、経時的な熱ストレスにより、NOx触媒4のPtがシンタリングにより劣化していくことに起因する。また、NOx触媒4で堆積している硫黄量は、内燃機関1の運転状態や、NOx触媒4が受けてきた熱ストレスの履歴(触媒温度の履歴)に基づいて推定される。
Next, in S102, the sulfur poisoning regeneration (S regeneration) is completed in the
そして、所定の堆積量S0は、NOx触媒4での硫黄堆積量が、NOx触媒4が正常状態である程度の量か否かを判定するための閾値として設定される。したがって、S102で肯定判定されると、NOx触媒4には正常状態とみなせる程度の硫黄成分が堆積していることを意味し、以てS103へ進む。一方で、S102で否定判定されると、NOx触媒4には正常状態とみなせる量を超える程度の硫黄成分が堆積していることを意味し、本実施例の場合は本制御を終了する。
The predetermined accumulation amount S0 is set as a threshold value for determining whether or not the sulfur accumulation amount on the
S103では、NOx触媒4に吸蔵されているNOx吸蔵量が所定のNOx吸蔵量S1以上であるか否かが判定される。NOx触媒4に吸蔵されているNOx吸蔵量は、上流側NOxセンサ7によって検出される排気中のNOx量に基づいて推定される。そして、所定のNOx吸蔵量S1は、NOx触媒4が異常状態にあると仮定したときに当該NOx触媒4で最大限に吸蔵可能とされるNOx量として設定される。したがって、S103で肯定判定されると、仮にNOx触媒4が異常状態であれば既にNOxを更に吸蔵できない状態にあることを意味し、以てS104へ進む。一方で、S103で否定判定されると、NOx触媒4がまだNOxを吸蔵することが可能な状態にあることを意味し、本実施例の場合は本制御を終了する。
In S103, it is determined whether or not the NOx occlusion amount stored in the
S104では、NOx触媒4の劣化判定用のリッチスパイク制御が噴射弁5を介して行われる。当該リッチスパイク制御では、NOx触媒4が正常状態にあるときに図2に示すモデルに従ったNH3の生成が為し得る排気のリッチ空燃比(例えば、排気空燃比が14±0.2程度)が形成され、且つ、その制御継続時間が、図4に示すようにNOx触媒4が異常状態であるときに供給HCの消費反応が緩慢であることを踏まえて、異常状態のNOx触媒4に吸蔵されているNOxを十分に還元し得るように設定される所定時間以上となるように、噴射弁5が制御される。したがって、S104の処理が行われると、NOx触媒4においては、図2に示すモデルに従ったNOx還元が行われるか、図3に示すモデルに従ったNOx還元が行われることになる。S104の処理が終了すると、S105へ進む。
In S <b> 104, rich spike control for determining deterioration of the
S105では、S104に係る劣化判定用リッチスパイク制御が実行されたときに、NOx触媒4から流れ出るNH3量、すなわちNOx触媒4におけるNOx還元時のNH3生成量が所定のNH3生成量S2以上であるか否かが判定される。NOx触媒4におけるNOx還元時のNH3生成量は、下流側NOxセンサ8のピーク出力等を利用して検出される。図6および図7に示すように、NOx還元時においては、NOx触媒4から流れ出る未浄化NOxは無視できる程度に微量であるから、S104の処理が行われているとき
の下流側NOxセンサ8の検出値は、図2また図3に示すモデルに従って生成されるNH3量を反映しているものと理解して差し支え無い。
In S105, when the deterioration determination rich spike control according to S104 is executed, the amount of NH 3 flowing out of the
そして、所定のNH3生成量S2は、図2および図3に示すNOx触媒4が正常状態であるか又は異常状態であるかによって、NOx還元時に生成されるNH3量が異なることを踏まえて、NOx触媒4の劣化状態を判定するための閾値として設定される。したがって、S105において肯定判定されると、NOx触媒4では図2に示すモデルに従ったNOx還元が行われていることを意味し、以てS106へ進み、NOx触媒4は正常状態にあると判定することができる。一方で、S105において否定判定されると、NOx触媒4では図3に示すモデルに従ったNOx還元が行われていることを意味し、以てS107へ進み、NOx触媒4は異常状態にあると判定することができる。
The predetermined NH 3 generation amount S2 is based on the fact that the amount of NH 3 generated during NOx reduction differs depending on whether the
上記の本実施例に係る触媒劣化判定制御では、S102およびS103の処理を経てNOx触媒4が正常状態にあると想定される条件下で、S104に係る劣化判定用リッチスパイク制御が実行され、そのときのNH3生成量が下流側NOxセンサ8によって検出されることで、NOx触媒4が異常状態にあるか、その劣化が判定される。このようにNOx触媒4に被毒再生が不可能な状態で堆積されている硫黄成分量に着目してNOx還元時のNH3生成量に基づいて劣化判定を行うことで、下流側NOxセンサ8を利用した触媒劣化判定の精度を効果的に高めることができる。
In the catalyst deterioration determination control according to the above-described embodiment, the deterioration determination rich spike control according to S104 is executed under the condition that the
本発明に係る触媒劣化判定システムにおいて実行される触媒劣化判定制御の第二の実施例について、図9A、図9B、図10、図11に基づいて説明する。なお、図9Aに示す触媒劣化判定制御に含まれる処理のうち図8に示す触媒劣化判定制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。 A second embodiment of the catalyst deterioration determination control executed in the catalyst deterioration determination system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9A, 9B, 10, and 11. FIG. Of the processes included in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 9A, those equivalent to the processes included in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 8 are given the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted. .
そこで、図9Aに示す触媒劣化判定制御では、S105においてNOx触媒4におけるNOx還元時のNH3生成量が所定のNH3生成量S2以上であると判定されると、S201へ進む。S201では、NOx触媒4の触媒温度が所定温度T0以上であるか否かが判定される。この所定温度T0は、NOx触媒4が活性状態にあるときにHCが供給されることで生じる昇温を踏まえて、NOx触媒4が供給されたHCによって覆われた状態に陥り、NOx触媒4に含まれるPtの酸化機能が失われた状態、すなわちHC被毒状態に至っていないか判定するための閾値として設定される。
Therefore, in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 9A, when it is determined in S105 that the NH 3 generation amount at the time of NOx reduction in the
ここで、図10にNOx触媒4のHC被毒状態に応じた、NOx触媒4に供給される排気空燃比と未浄化NOx量との相関を示し、図11にNOx触媒4のHC被毒状態に応じた、NOx触媒4に供給される排気空燃比と、NOx還元時のNH3生成量との相関を示す。なお、図10および図11において、図中の黒塗り丸はHC被毒状態にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表し、図中の三角は正常状態にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表す。図10および図11から理解できるように、NOx触媒4がHC被毒状態にある場合は、NOx触媒4から未浄化のNOxが流れ出るとともに、少量のNH3も生成され流れ出る。したがって、下流側NOxセンサ8は、未浄化NOxと生成NH3の両者を区別なく検出してしまう結果、S105での判定処理では肯定判定される可能性が高い。
Here, FIG. 10 shows the correlation between the exhaust air-fuel ratio supplied to the
この点を踏まえて、S105で肯定判定された後にS201で肯定判定される場合には、NOx触媒4はPtの酸化機能が保たれていると合理的に考えられ、以てS106において、NOx触媒4は正常状態にあると判定し得る。一方で、S105で肯定判定された後にS201で否定判定される場合には、NOx触媒4はHC被毒状態に陥っていると考えられる。そこで、本実施例では、その場合にはS202に係るHC被毒再生処理が行わ
れることになる。
In view of this point, if an affirmative determination is made in S <b> 201 after an affirmative determination in S <b> 105, it is reasonably considered that the
ここで、図9Bに、上記HC被毒再生処理のフローチャートを示す。S201で否定判定されると、上記理由に従いS203でNOx触媒4はHC被毒状態に陥っていると判定される。なお、このHC被毒状態はNOx触媒4がHCによって覆われていることにより生じているため、上述した異常状態と異なりHC被毒の再生が可能である。そこで、次にS204で、NOx触媒4におけるHC被毒を再生するための処理が行われる。当該再生処理では、内燃機関1から排出される排気の温度を上昇させることによって、NOx触媒4に付着したHCの除去を図る。
FIG. 9B shows a flowchart of the HC poisoning regeneration process. If a negative determination is made in S201, it is determined in S203 that the
その後、S205で、噴射弁5を介してリッチスパイク制御が行われ、NOx触媒4に流れ込む排気空燃比をリッチ空燃比状態にする。当該リッチ空燃比は、上述した処理S104において設定されるリッチ空燃比と同じでよい。S205の処理が終了すると、S206へ進む。S206では、上記S201と同じようにNOx触媒4の触媒温度が所定温度T0以上であるか否かが判定される。このS206で肯定判定されると、NOx触媒4におけるPtの酸化機能が十分に発揮し得る状態に戻ったことを意味し、以てS207で、NOx触媒4におけるHC被毒の再生が完了したと判定される。
Thereafter, in S205, rich spike control is performed via the
一方で、S206で否定判定されると、NOx触媒4におけるPtの酸化機能が十分に発揮し得る状態に戻っていないことを意味する。NOx触媒4においてPtの酸化機能が回復しないケースとして、還元剤として利用されている内燃機関1の燃料に含まれる硫黄成分量が異常に多いケースが挙げられる。HCに含まれる硫黄成分量が多いと、Ba中に硫黄成分が吸蔵、堆積するとともに、Pt上にも堆積しその機能を滅失させてしまう。この場合、Ptの活性が失われた続けた状態になるため、NOx触媒4によるNOx還元が困難となり、下流側NOxセンサ8によって多くの未浄化NOxが検出されることになる。そのため、この場合、上記S105で肯定判定され、且つS201およびS206で否定判定されることになる。
On the other hand, if a negative determination is made in S206, it means that the Px oxidation function in the
以上を踏まえて、S206で否定判定された場合は、S208へ進み、内燃機関1に使用される燃料に関する異常判定、すなわち、燃料に含まれる硫黄成分量が異常に多いと判定されることになる。なお、この場合、ユーザに対して当該燃料の使用を控えるよう、S209で異常警告が出される。当該異常警告では、図示しない表示装置(ディスプレイ)や音声装置(スピーカ)等から、燃料異常を示す情報が発せられる。 Based on the above, when a negative determination is made in S206, the process proceeds to S208, where it is determined that the fuel used in the internal combustion engine 1 is abnormal, that is, the amount of sulfur component contained in the fuel is abnormally large. . In this case, an abnormality warning is issued in S209 so as to refrain from using the fuel for the user. In the abnormality warning, information indicating a fuel abnormality is emitted from a display device (display), a sound device (speaker), or the like (not shown).
このように第二の実施例に係る触媒劣化判定制御では、NOx触媒4の正確な異常判定に加えて、NOx触媒4のHC被毒判定およびその再生処理、更に内燃機関1で使用する燃料の異常判定が行われることになる。
As described above, in the catalyst deterioration determination control according to the second embodiment, in addition to the accurate abnormality determination of the
本発明に係る触媒劣化判定システムにおいて実行される触媒劣化判定制御の第三の実施例について、図12、図13、図14に基づいて説明する。なお、図12に示す触媒劣化判定制御に含まれる処理のうち図8に示す触媒劣化判定制御に含まれる処理と同等のものについては、同じ参照番号を付すことで、その詳細な説明は割愛する。 A third embodiment of the catalyst deterioration determination control executed in the catalyst deterioration determination system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 12, 13, and 14. FIG. Of the processes included in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 12, the same processes as those included in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. .
そこで、図9Aに示す触媒劣化判定制御では、S105においてNOx触媒4におけるNOx還元時のNH3生成量が所定のNH3生成量S2以上であると判定されると、S301へ進む。S301では、NOx触媒4において異常発熱の熱履歴がないか否かが判定される。この熱履歴は、温度センサ9によって検出されるNOx触媒4の触媒温度の履歴に基づいて判断される。
Therefore, in the catalyst deterioration determination control shown in FIG. 9A, when it is determined in S105 that the NH 3 generation amount at the time of NOx reduction in the
ここで、図13にNOx触媒4の熱劣化状態に応じた、該NOx触媒4に供給される排気空燃比と未浄化NOx量との相関を示し、図14にNOx触媒4の熱劣化状態に応じた、該NOx触媒4に供給される排気空燃比と、NOx還元時のNH3生成量との相関を示す。なお、図13および図14において、図中の白抜き丸は正常状態にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表し、図中の黒塗り三角は一様に熱劣化した状態(異常発熱による熱劣化より低い800度程度の熱ストレスに晒された状態)にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表している。更に、図中の白抜き三角は異常発熱による熱劣化状態にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表し、図中の白抜き四角は異常状態にあるNOx触媒4における、未浄化NOx量とNH3生成量の推移を表す。
Here, FIG. 13 shows the correlation between the exhaust air-fuel ratio supplied to the
NOx触媒4において、異常発熱が何らかの理由で生じるとNOx触媒4が本来有している吸蔵、還元機能が失われた状態となる。そのため、図13および図14から理解できるように、このような場合には、NOx触媒4をすり抜けるNOx量が増加するとともに、また、吸蔵されるNOx量も少ないことからNOx還元時に生成されるNH3量も少量となる。したがって、したがって、下流側NOxセンサ8は、未浄化のすり抜けNOxと生成NH3の両者を区別なく検出してしまう結果、S105での判定処理では肯定判定される可能性が高い。この点を踏まえて、S105で肯定判定された後にS301で肯定判定される場合には、NOx触媒4は異常発熱によって熱劣化していないと合理的に考えられ、以てS106において、NOx触媒4は正常状態にあると判定し得る。一方で、S301で否定判定される場合には、S302においてNOx触媒4は異常発熱によって熱劣化していると判定される。
In the
このように第三の実施例に係る触媒劣化判定制御では、NOx触媒4の正確な異常判定に加えて、NOx触媒4の異常発熱による熱劣化判定が行われることになる。
As described above, in the catalyst deterioration determination control according to the third embodiment, in addition to the accurate abnormality determination of the
<その他の実施例>
上記第二の実施例で示したNOx触媒4のHC被毒判定およびその再生処理、更に内燃機関1で使用する燃料の異常判定と、上記第三の実施例で示したNOx触媒4の異常発熱による熱劣化判定を、同じ触媒劣化判定処理の中で行うようにしてもよい。この場合、NOx触媒4において異常発熱による熱劣化が生じた場合、既にNOx触媒としての機能を十分に果たせない状態となっていることを踏まえて、S105で肯定判定された後に、S301に係る判定処理を、S201に係る判定処理よりも先に行う方が好ましい。この場合、S301で肯定判定されるとS201に係る判定処理が行われることになる。
<Other examples>
Determination of HC poisoning of the
1 内燃機関
2 排気通路
4 吸蔵還元型NOx触媒(NOx触媒)
5 噴射弁
7 上流側NOxセンサ
8 下流側NOxセンサ
9 温度センサ
10 ECU
11 アクセルペダル
12 アクセル開度センサ
13 クランクポジションセンサ
1
5
11
Claims (6)
前記吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給することで該吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の空燃比を調整する還元剤供給部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒の下流側に配置され、該吸蔵還元型NOx触媒から排出される排気中のNH3を検出可能な検出部と、
前記還元剤供給部から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調整する空燃比制御部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に被毒再生が不可能な状態で堆積している硫黄量が所定異常量より少ないと想定されている場合において、前記空燃比制御部によって、所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が所定生成量より少ない場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は劣化していると判定する劣化判定部と、
を備える、触媒劣化判定システム。 In a catalyst deterioration determination system for determining deterioration of a NOx storage reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and stores NOx and reduces the stored NOx by supplying a reducing agent.
A reducing agent supply unit that adjusts an air-fuel ratio of exhaust gas passing through the NOx storage reduction catalyst by supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst;
A detection unit disposed downstream of the NOx storage reduction catalyst and capable of detecting NH 3 in the exhaust discharged from the NOx storage reduction catalyst;
An air-fuel ratio control unit that adjusts the amount of the reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply unit;
When it is assumed that the amount of sulfur deposited on the NOx storage reduction catalyst in a state where poisoning regeneration is impossible is less than a predetermined abnormal amount, the air-fuel ratio control unit controls the exhaust air-fuel ratio for a predetermined period. A deterioration determination unit that determines that the NOx storage reduction catalyst is deteriorated when the NH 3 generation amount detected by the detection unit is less than a predetermined generation amount when the rich air-fuel ratio is set. When,
A catalyst deterioration determination system.
請求項1に記載の触媒劣化判定システム。 In the predetermined period, an exhaust air-fuel ratio required for reducing and purifying NOx stored in the NOx storage reduction catalyst when the amount of accumulated sulfur in the NOx storage reduction catalyst is the predetermined abnormal amount is reduced. A period in which the rich air-fuel ratio is set, or a period in which the exhaust air-fuel ratio is longer than a period in which the rich air-fuel ratio is set,
The catalyst deterioration determination system according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の触媒劣化判定システム。 The detection unit is a NOx sensor capable of detecting NOx and NH 3 in exhaust gas.
The catalyst deterioration determination system according to claim 1 or 2.
前記劣化判定部は、
前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定されている状態において、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、且つ、前記触媒温度検出部によって検出される触媒温度が、該吸蔵還元型NOx触媒がその活性状態を判断するための閾値である所定触媒温度以下である場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は、還元剤による被毒状態であると判定する、
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の触媒劣化判定システム。 A catalyst temperature detector for detecting the temperature of the NOx storage reduction catalyst;
The deterioration determination unit
When the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for the predetermined period by the air-fuel ratio control unit in a state where the amount of accumulated sulfur in the NOx storage reduction catalyst is assumed to be smaller than the predetermined abnormal amount In addition, the amount of NH 3 detected by the detection unit is equal to or greater than the predetermined generation amount, and the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detection unit determines whether the NOx storage reduction catalyst is active. When the temperature is equal to or lower than a predetermined catalyst temperature that is a threshold value for determining, the NOx storage reduction catalyst is determined to be poisoned by a reducing agent.
The catalyst deterioration determination system according to any one of claims 1 to 3.
前記劣化判定部は、
前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定されている状態において、前記被毒再生部によって該吸蔵還元型NOx触媒の還元剤による被毒状態を再生させた後に、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、且つ、前記触媒温度検出部によって検出される触媒温度が、前記所定触媒温度以下である場合には、還元剤に含まれる硫黄量が異常であると判定する、
請求項4に記載の触媒劣化判定システム。 A poisoning regeneration section for regenerating the reducing agent poisoning state when the NOx storage reduction catalyst is in a poisoning state by a reducing agent;
The deterioration determination unit
In a state where the amount of sulfur accumulated in the NOx storage reduction catalyst is assumed to be less than the predetermined abnormal amount, the poisoning regeneration unit regenerates the poisoning state of the NOx storage reduction catalyst with the reducing agent, When the air-fuel ratio control unit sets the exhaust air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio for the predetermined period, the NH 3 generation amount detected by the detection unit is not less than the predetermined generation amount, and When the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detector is equal to or lower than the predetermined catalyst temperature, it is determined that the amount of sulfur contained in the reducing agent is abnormal.
The catalyst deterioration determination system according to claim 4.
前記劣化判定部は、
前記吸蔵還元型NOx触媒における堆積硫黄量が前記所定異常量より少ないと想定され
ている状態において、前記空燃比制御部によって、前記所定期間、排気空燃比が前記リッチ空燃比の状態とされたときに、前記検出部によって検出されるNH3生成量が前記所定生成量以上であって、且つ、前記熱履歴取得部によって取得された該吸蔵還元型NOx触媒の熱履歴が、異常発熱を示す所定の異常熱履歴である場合には、該吸蔵還元型NOx触媒は、異常発熱による劣化状態であると判定する、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の触媒劣化判定システム。 A heat history acquisition unit that acquires the heat history of the NOx storage reduction catalyst;
The deterioration determination unit
When the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for the predetermined period by the air-fuel ratio control unit in a state where the amount of accumulated sulfur in the NOx storage reduction catalyst is assumed to be smaller than the predetermined abnormal amount Further, the NH 3 production amount detected by the detection unit is equal to or greater than the predetermined production amount, and the thermal history of the NOx storage reduction catalyst acquired by the thermal history acquisition unit is a predetermined value indicating abnormal heat generation. In the case of the abnormal heat history, it is determined that the NOx storage reduction catalyst is in a deteriorated state due to abnormal heat generation.
The catalyst deterioration determination system according to any one of claims 1 to 5.
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