JP2017031833A - Catalyst deterioration diagnosis device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、内燃機関の触媒劣化診断装置に関し、特に、内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元触媒の劣化診断装置に関する。 The present disclosure relates to a catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine, and in particular, a ternary device that purifies carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine. The present invention relates to a catalyst deterioration diagnosis device.
車両の内燃機関から排出される排ガス中には、主に一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)の排ガス成分が含まれている。このため、一般的には、内燃機関から排出される排ガスが通過する排気通路に、三元触媒等の排気浄化触媒を配置し、排ガスが浄化された状態で大気に放出されるようにしている。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine of the vehicle mainly contains exhaust gas components of carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx). For this reason, in general, an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst is disposed in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine passes so that the exhaust gas is released into the atmosphere in a purified state. .
内燃機関の排気浄化触媒として使用される三元触媒は、酸化雰囲気(リーン空燃比の雰囲気)でHCやCOが浄化される一方、還元雰囲気(リッチ空燃比の雰囲気)でNOxが還元されて浄化される。そのため、三元触媒の浄化性能を高めるために、排ガスの酸素濃度を検出しながら内燃機関に供給される混合気の空燃比制御を行い、三元触媒を有効に使用する技術が従来から提案されている。 A three-way catalyst used as an exhaust purification catalyst of an internal combustion engine purifies by reducing NOx in a reducing atmosphere (rich air-fuel ratio atmosphere) while purifying HC and CO in an oxidizing atmosphere (lean air-fuel ratio atmosphere). Is done. For this reason, in order to improve the purification performance of the three-way catalyst, a technique has been proposed that effectively uses the three-way catalyst by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine while detecting the oxygen concentration of the exhaust gas. ing.
一方、この排気浄化用の三元触媒の劣化を診断する技術として、触媒コンバータの上流および下流に酸素濃度センサを配設し、触媒コンバータの上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させ、下流の酸素濃度センサの出力信号の変動量を基に触媒コンバータの劣化を判定するものが知られている。これは、触媒コンバータの持つ排ガスの浄化能力が、触媒コンバータの有する酸素ストレージ量と相関性が高いことを利用した判定(診断)方法である。 On the other hand, as a technique for diagnosing the deterioration of the exhaust purification three-way catalyst, oxygen concentration sensors are arranged upstream and downstream of the catalytic converter, and the air-fuel ratio upstream of the catalytic converter is alternately changed lean and rich, A device that determines the deterioration of a catalytic converter based on the fluctuation amount of the output signal of the downstream oxygen concentration sensor is known. This is a determination (diagnosis) method that utilizes the fact that the exhaust gas purification capability of the catalytic converter is highly correlated with the oxygen storage amount of the catalytic converter.
三元触媒の劣化診断に関する先行技術として特許文献1、2が知られており、該特許文献1には、触媒コンバータの上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる空燃比制御の基準点となる中心A/Fを補正して触媒コンバータの劣化診断の誤診断を防ぎつつ、劣化診断の実施頻度を高めることが示されている。この中心A/Fの補正量は、内燃機関への燃料の供給を禁止した後、燃料の供給を再開した時点から、酸素濃度センサの出力が所定値以上になるまでの期間に、触媒コンバータに吸着していた酸素が消費された量を算出し、この酸素消費量に基づいて決定することが示されている。
また、特許文献2には、三元触媒の上流および下流に設置された空燃比センサの出力に基づいて三元触媒内の酸素収支を表すパラメータ(上流側センサがリニアセンサであるときには理論空燃比相当の燃料量との燃料偏差)の積分値が所定の上下限値を越えたときには、三元触媒の酸素収支が限界を越え劣化判別の際に誤判別が発生するおそれがあるものとして劣化判別を中止して、誤判別を抑制することか示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a parameter indicating the oxygen balance in the three-way catalyst based on the outputs of the air-fuel ratio sensors installed upstream and downstream of the three-way catalyst (the theoretical air-fuel ratio when the upstream sensor is a linear sensor). When the integral value of the fuel deviation from the corresponding fuel amount exceeds the upper and lower limits, the oxygen balance of the three-way catalyst exceeds the limit, and it is judged that there is a risk of misjudgment during degradation judgment. It is shown whether to stop misidentification and suppress misclassification.
しかしながら、特許文献1では、前述のように、触媒コンバータの上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる空燃比制御の基準点となる中心A/Fを補正して触媒コンバータの劣化診断の誤診断を防ぐ技術であるため、触媒コンバータの上流の空燃比をリーン、リッチの空燃比の変動ボリュームの大小によっては、正常触媒装着時に下流側の空燃比センサが反転したり、劣化触媒装着時に下流側の空燃比センサが反転しなかったりして誤診断が生じるおそれがある。このため、この上流側のA/F変動のボリュームの大小による誤診断のおそれに対する改良が必要である。
However, in
さらに、特許文献2では、前述のように、三元触媒の上流および下流に設置された空燃比センサの出力に基づいて三元触媒内の酸素収支を表すパラメータの積分値が所定の上下限値を越えたときには、誤判別が発生するおそれがあるものとして劣化判別を中止するため、すなわち、劣化判定を禁止するものであるため、劣化判定の頻度が損なわれるという問題がある。 Further, in Patent Document 2, as described above, the integral value of the parameter representing the oxygen balance in the three-way catalyst based on the outputs of the air-fuel ratio sensors installed upstream and downstream of the three-way catalyst is a predetermined upper and lower limit value. When the value exceeds the value, deterioration determination is stopped because there is a possibility that erroneous determination may occur, that is, deterioration determination is prohibited. Therefore, there is a problem that the frequency of deterioration determination is impaired.
そこで、前述の技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態の目的は、排気浄化触媒の上流および下流にそれぞれ空燃比を検出するセンサを配設し、該触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させ、上流側センサおよび下流側センサの出力信号の変動を基に触媒の劣化を判定する触媒劣化診断装置において、排気浄化触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる上流側の空燃比の変動ボリュームの大小にかかわらず、誤判定のない判定結果を得ること、及び、劣化判定の頻度が損なわれない内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することにある。 Accordingly, in view of the above-described technical problem, an object of at least one embodiment of the present invention is to provide sensors for detecting the air-fuel ratio upstream and downstream of the exhaust purification catalyst, respectively, and to determine the air-fuel ratio upstream of the catalyst. In a catalyst deterioration diagnosis device that alternately changes between lean and rich and determines catalyst deterioration based on fluctuations in the output signals of the upstream and downstream sensors, the air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst is alternately changed to lean and rich. It is to provide a determination result with no erroneous determination regardless of the variation volume of the upstream air-fuel ratio to be changed to the above, and to provide a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine that does not impair the frequency of deterioration determination .
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられる排気後処理手段と、前記排気後処理手段に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させる空燃比制御手段と、前記排気後処理手段の上流側の前記排気通路に設けられ前記排気後処理手段に流入する排気の空燃比を検出する上流側センサと、前記排気後処理手段の下流側の前記排気通路に設けられ前記排気後処理手段から流出する排気の空燃比を検出する下流側センサと、前記上流側センサおよび前記下流側センサにおけるリーン空燃比とリッチ空燃比の変動回数に基づいて前記排気後処理手段の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、を備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記上流側センサの出力値の変動量に基づいて前記変動回数のカウントを制限することを特徴とする。
(1) An internal combustion engine catalyst deterioration diagnosis apparatus according to at least one embodiment of the present invention provides an exhaust aftertreatment means provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio of exhaust flowing into the exhaust aftertreatment means with a lean air-fuel ratio. An air-fuel ratio control means that varies between a fuel ratio and a rich air-fuel ratio; and an upstream sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas that is provided in the exhaust passage upstream of the exhaust aftertreatment means and flows into the exhaust aftertreatment means A downstream sensor that is provided in the exhaust passage downstream of the exhaust aftertreatment means and detects an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust aftertreatment means, and a lean air-fuel ratio in the upstream sensor and the downstream sensor And catalyst deterioration determination means for determining deterioration of the exhaust aftertreatment means based on the number of times of fluctuation of the rich air-fuel ratio,
The catalyst deterioration determining means limits the count of the number of fluctuations based on the fluctuation amount of the output value of the upstream sensor.
前記(1)の構成によれば、触媒劣化判定手段は、上流側センサの出力値の変動量に基づいて、変動回数のカウントを制限するので、排気後処理手段の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる上流側の空燃比の変動量の大小にかかわらず、排気後処理手段の劣化判定に適した空燃比の変動のみをピックアップすることができ、誤判定のない判定結果を得ることができる。
従って、例えば、空燃比の振幅や周期を排ガス浄化性能やドライバビリティを優先した設定としても、誤判定のない判定結果を得ることができる。
According to the configuration of (1), the catalyst deterioration determination means limits the count of the number of fluctuations based on the fluctuation amount of the output value of the upstream sensor, so that the air-fuel ratio upstream of the exhaust aftertreatment means is lean, Regardless of the amount of fluctuation of the upstream air-fuel ratio that changes alternately in a rich manner, it is possible to pick up only the fluctuation of the air-fuel ratio suitable for the deterioration determination of the exhaust aftertreatment means, and obtain a determination result without erroneous determination be able to.
Therefore, for example, even if the amplitude and cycle of the air-fuel ratio are set with priority on exhaust gas purification performance and drivability, a determination result without erroneous determination can be obtained.
さらに、上流側センサの出力値の変動量に基づいて変動回数のカウントを制限するので、変動量に基づく制限が解除されればカウントは続行される。このため、排気後処理手段の劣化判定が、判定頻度や判定精度を損なわれることなく行われる。 Furthermore, since the count of the number of fluctuations is limited based on the fluctuation amount of the output value of the upstream sensor, the count is continued if the restriction based on the fluctuation amount is released. For this reason, the deterioration determination of the exhaust aftertreatment means is performed without impairing the determination frequency and the determination accuracy.
(2)幾つかの実施形態では、前記(1)の構成において、前記触媒劣化判定手段は、前記上流側センサの出力値に基づいて判定される前記上流側における空燃比である上流側空燃比のリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知する上流側反転検知部と、該上流側反転検知部により検出される前記切り替わりの回数をカウントする上流側カウント部と、前記下流側センサの出力値に基づいて判定される前記下流側における空燃比である下流側空燃比のリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知する下流側反転検知部と、該下流側反転検知部により検出される前記切り替わりの回数をカウントする下流側カウント部と、前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率に基づいて劣化判定を行う判定部と、前記上流側センサの出力値の変動量が所定範囲を外れる場合に、前記上流側カウント部及び前記下流側カウント部のカウントを中断するカウント制御部と、を有することを特徴とする。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the catalyst deterioration determination unit is an upstream air-fuel ratio that is an air-fuel ratio on the upstream side determined based on an output value of the upstream sensor. An upstream inversion detection unit that detects switching between a rich air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio, an upstream count unit that counts the number of times of switching detected by the upstream inversion detection unit, and an output of the downstream sensor A downstream inversion detection unit that detects switching between a rich air-fuel ratio of a downstream air-fuel ratio that is an air-fuel ratio on the downstream side that is determined based on a value, and a downstream inversion detection unit that is detected by the downstream inversion detection unit The downstream count unit that counts the number of times of switching, and the ratio between the upstream count number by the upstream count unit and the downstream count number by the downstream count unit A determination unit that performs deterioration determination, and a count control unit that interrupts the counting of the upstream side counting unit and the downstream side counting unit when the fluctuation amount of the output value of the upstream sensor is out of a predetermined range, It is characterized by having.
前記(2)の構成によれば、判定部によって、上流側カウント部による上流側空燃比の切り替わりの回数と、下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わりの回数との比率に基づいて劣化判定を行うので、排気後処理手段の劣化を正確に判定できる。
また、カウント制御部で、上流側センサの出力値の変動量が所定範囲を外れる場合に、上流側カウント部及び下流側カウント部のカウントを中断するので、カウントの中断が確実に行われる。
According to the configuration of (2), the determination unit determines the deterioration based on the ratio between the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio by the upstream side counting unit and the number of times of switching of the downstream air-fuel ratio by the downstream side counting unit. Therefore, it is possible to accurately determine the deterioration of the exhaust aftertreatment means.
In addition, when the variation amount of the output value of the upstream sensor is out of the predetermined range in the count control unit, the counting of the upstream counting unit and the downstream counting unit is interrupted, so that the counting is reliably interrupted.
(3)幾つかの実施形態では、前記(2)の構成において、前記上流側反転検知部は前記上流側センサの出力値が理論空燃比となった際にリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するとともに、前記下流側反転検知部は前記下流側センサの出力値がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変動し所定のリーン空燃比なった際に、またはリーン空燃比からリッチ空燃比へ変動し所定のリッチ空燃比となった際に、リッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知することを特徴とする。 (3) In some embodiments, in the configuration of (2), the upstream-side inversion detection unit detects the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio when the output value of the upstream sensor becomes the stoichiometric air-fuel ratio. While detecting the switching, the downstream inversion detector detects when the output value of the downstream sensor fluctuates from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio and reaches a predetermined lean air-fuel ratio, or from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio. When the air-fuel ratio fluctuates and reaches a predetermined rich air-fuel ratio, switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio is detected.
前記(3)の構成によれば、上流側センサの出力値に基づくリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりは、理論空燃比となった際に切り替わったと判定し、下流側センサの出力値に基づくリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりは、所定のリーン空燃比となった際に、または所定のリッチ空燃比となった際に切り替わったと判定する。
このように、上流側センサの出力値に基づくリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するタイミングと、下流側センサの出力値に基づくリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するタイミングとが異なるセンサを組み合わせることで、劣化判定に必要な上流側空燃比の切り替わりの回数と、下流側空燃比の切り替わりの回数とを精度よく検知できるようになる。
According to the configuration of (3), it is determined that the switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio based on the output value of the upstream sensor has been switched when the stoichiometric air-fuel ratio is reached, and the output value of the downstream sensor is determined. It is determined that the switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio is switched when the predetermined lean air-fuel ratio is reached or when the predetermined rich air-fuel ratio is reached.
Thus, the timing for detecting the switching between the rich air-fuel ratio based on the output value of the upstream sensor and the lean air-fuel ratio and the timing for detecting the switching between the rich air-fuel ratio based on the output value of the downstream sensor. By combining sensors different from each other, it is possible to accurately detect the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio and the number of times of switching of the downstream air-fuel ratio necessary for the deterioration determination.
(4)幾つかの実施形態では、前記(2)の構成において、前記下流側カウント部は、前記上流側空燃比の前記切り替わりが検出された後から次に検出される前記上流側空燃比の前記切り替わりの前までの間に、前記下流側空燃比の前記切り替わりが検出された場合に下流側空燃比の切り替わりの回数をカウントすることを特徴とする。 (4) In some embodiments, in the configuration of (2), the downstream-side count unit detects the upstream air-fuel ratio detected next after the switching of the upstream air-fuel ratio is detected. Before the switching, when the switching of the downstream air-fuel ratio is detected, the number of switching of the downstream air-fuel ratio is counted.
前記(4)の構成によれば、下流側空燃比の切り替わりの回数カウントを、上流側空燃比の切り替わりが検出された後から次に検出される上流側空燃比の切り替わりの前までの間における検出回数として定義することによって、排ガスの空燃比の変動に則った下流側空燃比の切り替わりの回数を正確にカウントすることができる。
従って、排気後処理手段の劣化時であっても、排ガス空燃比の変動が小さい場合には、下流側空燃比の変動が小さく、下流側空燃比の切り替わりがないような場合には正常と誤判定してしまう問題を防止できる。
According to the configuration of the above (4), the number of times of switching of the downstream air-fuel ratio is counted after the upstream air-fuel ratio switching is detected until before the upstream air-fuel ratio switching detected next. By defining the number of times of detection, the number of times of switching of the downstream side air-fuel ratio in accordance with the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas can be accurately counted.
Therefore, even when the exhaust aftertreatment means is deteriorated, if the fluctuation of the exhaust gas air-fuel ratio is small, the fluctuation of the downstream air-fuel ratio is small, and if the downstream air-fuel ratio is not switched, it is mistaken as normal. The problem of judging can be prevented.
(5)幾つかの実施形態では、前記(2)から(4)の構成において、前記判定部による劣化判定は、一定時間における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定することを特徴とする。 (5) In some embodiments, in the configurations of (2) to (4), the determination by the determination unit is performed by the upstream count number by the upstream count unit and the downstream count unit at a certain time. The determination is based on the ratio with the downstream count.
前記(5)の構成によれば、判定部による劣化判定は、予め設定された一定時間内における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定するので、一定時間ごとに定期的に排気後処理手段の劣化状態の情報が得られる。 According to the configuration of (5), the deterioration determination by the determination unit is performed by calculating a ratio between an upstream count number by the upstream count unit and a downstream count number by the downstream count unit within a predetermined time set in advance. Therefore, information on the deterioration state of the exhaust aftertreatment means is obtained periodically at regular intervals.
(6)幾つかの実施形態では、前記(2)から(4)の構成において、前記判定部による劣化判定は、上流側カウント数が所定回数に到達するまでの一定期間における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定することを特徴とする。 (6) In some embodiments, in the configurations of (2) to (4), the deterioration determination by the determination unit is performed by the upstream count unit in a certain period until the upstream count reaches a predetermined number of times. The determination is made on the basis of the ratio between the upstream count number of the above and the downstream count number of the downstream count unit.
前記(6)の構成によれば、判定部による劣化判定は、上流側カウント数が所定回数に到達するまでの一定期間における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定するので、上流側カウント数が所定回数に到達するごとに定期的に排気後処理手段の劣化状態の情報が得られる。 According to the configuration of (6), the deterioration determination by the determination unit is performed by the upstream count number by the upstream count unit and the downstream count unit by the downstream count unit in a certain period until the upstream count number reaches a predetermined number of times. Since the determination is based on the ratio with the side count number, information on the deterioration state of the exhaust aftertreatment means is obtained periodically each time the upstream side count number reaches a predetermined number.
(7)幾つかの実施形態では、前記(2)から(4)の構成において、前記判定部による劣化判定は、エンジンの始動から停止の間における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定することを特徴とする。 (7) In some embodiments, in the configurations of (2) to (4), the deterioration determination by the determination unit is performed based on the upstream count number by the upstream count unit between the start and stop of the engine and the The determination is based on the ratio with the downstream count number by the downstream count unit.
前記(7)の構成によれば、判定部による劣化判定は、エンジン始動から停止の間における前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率を基に判定するので、エンジンを停止するごとに定期的に排気後処理手段の劣化状態の情報が得られる。 According to the configuration of (7), the deterioration determination by the determination unit is based on the ratio between the upstream count number by the upstream count unit and the downstream count number by the downstream count unit between engine start and stop. Therefore, every time the engine is stopped, information on the deterioration state of the exhaust aftertreatment means is obtained periodically.
(8)幾つかの実施形態では、前記(2)から(7)の何れかの構成において、前記触媒劣化判定手段は、さらに、前記上流側センサの出力に基づいて、前記上流側空燃比の前記切り替わりが検出された後から次に検出される前記上流側空燃比の前記切り替わりの前までの間における酸素量の積算値を算出する上流側酸素量積算部を有し、前記カウント制御部は、前記上流側酸素量積算部による積算値が所定の上下限値の積算範囲を外れる場合には、前記上流側カウント部による上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントと前記下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントとを中断することを特徴とする。 (8) In some embodiments, in any one of the configurations (2) to (7), the catalyst deterioration determination unit further determines the upstream air-fuel ratio based on the output of the upstream sensor. An upstream oxygen amount integrating unit that calculates an integrated value of the oxygen amount after the switching is detected and before the switching of the upstream air-fuel ratio detected next, the count control unit; When the integrated value by the upstream oxygen amount integrating unit is outside the predetermined upper and lower limit integrated range, the upstream air-fuel ratio is counted by the upstream counting unit and the downstream counting unit by the downstream counting unit. The counting of the number of times of switching of the side air-fuel ratio is interrupted.
前記(8)の構成によれば、前記上流側酸素量積算部による積算値が所定の上下限値の積算範囲を外れる場合には、前記上流側カウント部による上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントと前記下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントとを中断するので、触媒の劣化判定に適した触媒上流側の空燃比の変動のみを、酸素量積算値を用いることで確実にピックアップしてカウントすることができる。 According to the configuration of (8), when the integrated value by the upstream oxygen amount integrating unit is outside the predetermined upper and lower limit integrated range, the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio by the upstream counting unit is increased. Since the count and the count of the number of times the downstream air-fuel ratio is switched by the downstream-side count unit are interrupted, only the fluctuation of the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst suitable for determining the deterioration of the catalyst is ensured by using the oxygen amount integrated value. Can be picked up and counted.
(9)幾つかの実施形態では、前記(8)の構成において、前記上流側酸素量積算部は、前記上流側空燃比の前記切り替わりが検出された後に、前記積算値をゼロにリセットしてから前記積算値の算出を開始することを特徴とする。 (9) In some embodiments, in the configuration of (8), the upstream oxygen amount integrating unit resets the integrated value to zero after the switching of the upstream air-fuel ratio is detected. The calculation of the integrated value is started from the above.
前記(9)の構成によれば、上流側酸素量積算部による酸素量の積算値の算出が明確になり、所定の上下限値との比較を確実に行わせることができる。 According to the configuration of (9), the calculation of the integrated value of the oxygen amount by the upstream oxygen amount integrating unit becomes clear, and a comparison with a predetermined upper and lower limit value can be performed reliably.
(10)幾つかの実施形態では、前記(8)または(9)の構成において、前記カウント制御部は、前記中断の際には、前記上流側カウント部によるカウント値と前記下流側カウント部によるカウント値とを保持していることを特徴とする。 (10) In some embodiments, in the configuration of (8) or (9), the count control unit uses the count value by the upstream count unit and the downstream count unit at the time of the interruption. And a count value.
前記(10)の構成によれば、上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントと下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントとを中断した際には、カウント前の結果が保持されているため、中断が解除された際には、保持されたカウント値に加算されていくので、劣化判定の頻度低下や精度低下は生じない。 According to the configuration of (10), when the counting of the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio and the counting of the number of times of switching of the downstream air-fuel ratio by the downstream counting unit are interrupted, the result before counting is retained. Therefore, when the interruption is canceled, it is added to the held count value, so that the frequency of deterioration determination and the accuracy are not lowered.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気浄化触媒の上流および下流にそれぞれ空燃比を検出するセンサを配設し、該触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させ、上流側センサおよび下流側センサの出力信号の変動を基に触媒の劣化を判定する触媒劣化診断装置において、排気浄化触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる上流側の空燃比の変動ボリュームの大小にかかわらず、誤判定のない判定結果を得ることができる。さらに、劣化判定の頻度が損なわれることなく判定結果を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, sensors for detecting an air-fuel ratio are provided upstream and downstream of the exhaust purification catalyst, respectively, and the air-fuel ratio upstream of the catalyst is alternately changed to lean and rich, and the upstream side In a catalyst deterioration diagnosis device that determines catalyst deterioration based on fluctuations in output signals of sensors and downstream sensors, an upstream air-fuel ratio fluctuation volume that alternately changes the air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst to lean and rich Regardless of the size, it is possible to obtain a determination result without erroneous determination. Furthermore, determination results can be provided without deteriorating the frequency of deterioration determination.
以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in these embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Only.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of other constituent elements.
図1には、本発明の幾つかの実施形態に係る内燃機関の触媒劣化診断装置の全体構成図を示す。図1のように、内燃機関としてのガソリンエンジン(以下エンジンという)1を示し、吸気ポート3に燃料を噴射する吸気ポート噴射型のエンジンについて示す。吸気管の集合部に燃料を噴射するエンジン、または燃焼室内に直接噴射する筒内噴射型のエンジンであってもよい。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 1, a gasoline engine (hereinafter referred to as an engine) 1 as an internal combustion engine is shown, and an intake port injection type engine that injects fuel into an
図1において、エンジン1には、シリンダヘッド5及びシリンダブロック7が備えられ、シリンダブロック7には、シリンダ9が形成され、シリンダ9の内部には、ピストン11が往復移動自在に収容され、ピストン11とシリンダ9とシリンダヘッド5とで燃焼室13が形成されている。
また、シリンダヘッド5には、吸気ポート3が形成され、吸気ポート3には、図示しない吸気マニホールドが接続されている。また、吸気ポート3には吸気弁15が設けられ、吸気弁15によって燃焼室13と吸気ポート3とが連通及び遮断されるようになっている。吸気マニホールドには吸気ポート3内に燃料を噴射するポート噴射インジェクタ17が設けられている。
In FIG. 1, the
An
一方、シリンダヘッド5には、排気ポート19が形成され、排気ポート19には排気マニホールド21を介して排気管(排気通路)23が接続されている。また、排気ポート19には排気弁25が設けられ、排気弁25によって燃焼室13と排気ポート19とが連通及び遮断されるようになっている。また、排気管23には、排ガス中の主に炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する排気浄化触媒(排気後処理手段)としての三元触媒(以下触媒という)27が設置されている。
On the other hand, an
この触媒27は、排気空燃比が酸化雰囲気(リーン空燃比)になった際に、HCやCOが酸化されて浄化されるとともに、排気空燃比が還元雰囲気(リッチ空燃比)になるまで、酸素(O2)をストレージする。そして、リッチ空燃比となった際に、NOxが還元されて浄化されるとともに、ストレージされたO2が放出されて、HCやCOが酸化されて浄化される。
When the exhaust air / fuel ratio becomes an oxidizing atmosphere (lean air / fuel ratio), the
また、シリンダヘッド5には、気筒毎に点火プラグ29が取り付けられ、点火プラグ29には高電圧を出力する図示しない点火コイルが接続されている。
The
触媒27の上流側の排気管23には、触媒27に流入する排気の空燃比を検出する上流側センサとしての、空燃比(A/F)センサ31が設けられている。また、触媒27の下流側の排気管23には、触媒27から排出する排気の空燃比を検出する下流側センサとしての、酸素(O2)センサ33が設けられている。
上流側の空燃比センサ31は、排ガス中の残留酸素濃度にほぼ比例した出力信号を発生するリニア空燃比センサ(LAFS)によって構成されている。また、下流側の酸素センサ33は、排ガス中の残留酸素濃度に応じた2値信号を発生し、すなわち、排ガス中の性状が理論空燃比に対してリーンであるかリッチであるかの2値信号を発生する。
The
The upstream air-
ECU(電子コントロールユニット)35は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。ECU35によりエンジン1の総合的な制御が行われる。
ECU35の入力側には、前述した空燃比センサ31、酸素センサ33の他に、エンジン1のクランク角を検出するクランク角センサ36等の各種センサ類からの検出情報が入力される。
The ECU (electronic control unit) 35 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The
In addition to the air-
ECU35の出力側は、前述したポート噴射インジェクタ17、点火プラグ29等の各種出力デバイスに接続されている。各種出力デバイスは、センサ類からの検出情報に基づいてECU35で演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。また、各種センサ類からの検出情報に基づき適正な目標空燃比が設定され、実際の空燃比が目標空燃比となるように、適正量の燃料が適正タイミングでポート噴射インジェクタ17から噴射され、また、図示しないスロットルバルブによって燃焼室13内に導入される空気量が調整され、点火プラグ29によって適正タイミングで火花点火される。
The output side of the
また、ECU35には、触媒27に流入する排ガスの空燃比を、理論空燃比を境にしてリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させるようにポート噴射インジェクタ17からの燃料量及びスロットルバルブの開度を制御する空燃比制御手段37と、触媒27の浄化性能の劣化を判定する触媒劣化判定手段39とが備えられている。
触媒27の浄化性能を維持するためには、排ガスの空燃比を理論空燃比状態に維持する必要があり、そのために、空燃比制御手段37では、燃焼室13に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比を中心にしてリッチ側とリーン側とに所定の目標振幅を持って交互に変化させる制御を行っている。さらに、空燃比センサ31の出力に基づいて、触媒27の上流側の空燃比が理論空燃比になるように燃焼室13に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御している。
Further, the
In order to maintain the purification performance of the
また、触媒劣化判定手段39は、触媒27の上流側に設けられた空燃比センサ31および触媒27の下流側に設けられた酸素センサ33におけるリーン空燃比とリッチ空燃比の反転(変動)回数に基づいて触媒27の劣化を判定する。ここで、より好適にはリーン空燃比及びリッチ空燃比は理論空燃比に対してリーン空燃比及びリッチ空燃比であることが望ましい。
例えば、触媒27の上流側の空燃比センサ31の反転回数NFと、触媒27の下流側の酸素センサ33の反転回数NRを算出して、その比率(NR/NF)を算出して、その比率が所定の基準値より大きい場合には、触媒27が劣化していると判定する。
さらに、触媒劣化判定手段39は、空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲を外れるほどに大きい場合、または小さい場合には、反転回数としてのカウントアップを制限して劣化判定を一時中断するようにしている。
Further, the catalyst deterioration determination means 39 determines the number of inversions (fluctuations) of the lean air-fuel ratio and the rich air-fuel ratio in the air-
For example, the number of inversions NF of the air-
Further, when the fluctuation amount of the output signal of the air-
上記構成によれば、触媒劣化判定手段39は、上流側の空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲を外れる場合には、反転回数(変動回数)のカウントアップを制限して劣化判定を中断するので、触媒27の上流側の空燃比の変動量の大小にかかわらず、触媒27の劣化判定に適した空燃比の変動のみをピックアップして判定するため誤判定のない判定結果を得ることができる。
従って、空燃比の振幅や周期を排ガス浄化性能やドライバビリティを優先した設定としても、誤判定のない判定結果を得ることができる。
According to the above configuration, the catalyst
Therefore, even if the amplitude and period of the air-fuel ratio are set with priority on exhaust gas purification performance and drivability, a determination result without erroneous determination can be obtained.
さらに、上流側の空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲を外れる場合には、判定回数のカウントアップを制限して劣化判定を一時的に中断するので、空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲内に戻れば中断が解除されてカウントアップが続行されて劣化判定が引き続いて行われる。このため、触媒27の劣化判定の頻度や精度が損なわれない。劣化判定が中止されて新たに判定条件の成立を待つ場合に比べて劣化判定の頻度や精度の低下が防止される。
Further, when the fluctuation amount of the output signal of the upstream air-
幾つかの実施形態では、図1に示した前記触媒劣化判定手段39は、図2のように構成されている。
図2に示すように、前記触媒劣化判定手段39は、空燃比センサ31の出力に基づいて判定される触媒27の上流側における空燃比のリッチとリーンとの切り替わりを検出する上流側反転検知部41と、該上流側反転検知部41によって検出される上流側空燃比の切り替わりの回数をカウントアップする上流側カウント部43と、酸素センサ33の出力に基づいて判定される下流側における空燃比のリッチとリーンとの切り替わりを検出する下流側反転検知部45と、該下流側反転検知部45によって検出される下流側空燃比の切り替わりの回数をカウントアップする下流側カウント部47と、前記上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と前記下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率(NR/NF)に基づいて劣化判定を行う判定部49と、該判定部49による判定結果を出力して運転者等に報知する判定結果出力部51と、空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲を外れる場合に、前記上流側カウント部43及び前記下流側カウント部47のカウントアップを中断するカウント制御部53と、を有している。
In some embodiments, the catalyst deterioration determination means 39 shown in FIG. 1 is configured as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the catalyst deterioration determination means 39 is an upstream inversion detection unit that detects a change between rich and lean air-fuel ratio upstream of the
さらに、劣化判定を行う判定部49は、比率(NR/NF)を算出し、予め設定した基準値より大きい場合には、触媒27が劣化していると判定し、その結果を判定結果出力部51によって、触媒27の劣化状態を運転者等に報知するようになっている。すなわち、触媒27の劣化が発生しているときに判定結果が出力されるようになっている。
なお、判定部49での判定は、カウントアップする毎でも、後述するように一定時間毎、または運転されている間毎、または上流側カウント数(NF)が所定回数に到達した毎等の一定条件毎に算出して判定結果として出力してもよい。
Further, the
The determination by the
上記構成によれば、上流側カウント部43による上流側空燃比の切り替わりの回数の上流側カウント数(NF)と、下流側カウント部47による下流側空燃比の切り替わりの回数の下流側カウント数(NR)との比率(NR/NF)に基づいて劣化判定を行うので、触媒27の劣化を簡単に且つ正確に判定できる。
また、カウント制御部53で、空燃比センサ31の出力信号の変動量が所定範囲を外れる場合に、上流側カウント部43及び下流側カウント部47のカウントアップを中断するので、カウントアップの中断が確実に行われる。
また、判定結果出力部51によって、触媒27が劣化状態にあることが運転者等に報知されるため、その後の処置を促すことができる。
According to the above configuration, the upstream count number (NF) of the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio by the upstream
Further, the
In addition, since the determination
幾つかの実施形態では、図2に示した触媒劣化判定手段39の下流側カウント部47は、上流側の空燃比センサ(LAFS)31による上流側空燃比の切り替わりが検出された後から次に検出される上流側空燃比の切り替わりの前までの間に、下流側の酸素センサ33の空燃比の切り替わりが検出された場合に下流側空燃比の切り替わりの回数(NR)をカウントアップするように構成されている。
In some embodiments, the
図9に、上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と、下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)のカウントアップの状態を示す。
図9(A)は、上流側の空燃比センサ(LAFS)31による酸素濃度出力信号の変化を示す。図9(B)は、その酸素濃度出力信号を基に算出した上流側酸素量の積算値の変化状態を示し、上流側空燃比の切り替わりが検出された後に積算値をゼロにリセットしてから積算される状態を示す。図9(C)は、劣化した触媒の場合の酸素センサ33からの出力信号を示す。図9(D)は、正常な触媒の場合の酸素センサ33からの出力信号を示す。図9(E)は、上流側空燃比の切り替わりの回数(NF)のカウントアップ状態を示し、段階的に増加していくことを示し、図9(F)は、劣化した触媒の場合の下流側空燃比の切り替わりの回数(NR)のカウントアップ状態を示し、上流側のカウントアップ状態と対応して増加していくことを示す。図9(G)は、正常な触媒の場合を示し、触媒で酸素が吸収されて反応に消費されるため、下流側の酸素センサ33には反転は認識されずカウントアップがされないことを示す。
FIG. 9 shows the count-up state of the upstream count number (NF) by the
FIG. 9A shows changes in the oxygen concentration output signal by the upstream air-fuel ratio sensor (LAFS) 31. FIG. 9B shows a change state of the integrated value of the upstream oxygen amount calculated based on the oxygen concentration output signal. After the upstream air-fuel ratio switching is detected, the integrated value is reset to zero. Indicates the accumulated state. FIG. 9C shows an output signal from the
図9(A)において、上流側の空燃比センサ(LAFS)31による上流側空燃比の切り替わりが検出された後から次に検出される上流側空燃比の切り替わりの前までの間に、すなわち、t1〜t2の間に、空燃比センサ31の出力はリッチを示し、その間の酸素量積算値ΣdO2は、最終的にはt2の時点でリッチ側の上限判定閾値R2と下限判定閾値R1との間に位置している。このためカウント許容領域にあり、下流側の酸素センサ(RO2S)の出力変化をみると、劣化触媒の場合にはP点でリーン領域からリッチ領域へ切り替わりが検出されるため下流側空燃比の切り替わりの回数(NR)をカウントアップする。
In FIG. 9 (A), after the upstream air-fuel ratio switch (LAFS) 31 is detected by the upstream air-fuel ratio sensor (LAFS) 31 until before the next upstream air-fuel ratio switch detected, that is, Between t 1 and t 2 , the output of the air-
下流側の酸素センサ33による切り替わりの回数カウント(NR)を、上流側の空燃比センサ31による上流側空燃比の切り替わりが検出された後から次に検出されるまでの間における検出回数として定義することによって、排ガスの空燃比の変動に則った触媒下流側の空燃比の切り替わりの回数を正確にカウントアップすることができる。すなわち、上流側の空燃比センサ31による反転周期内での下流側の酸素センサ33による反転をカウントすることで触媒下流側の空燃比の切り替わりの回数を正確にカウントアップすることが可能になる。
これによって、触媒27の劣化時であっても、排ガス空燃比の変動が小さい場合には、下流側空燃比の変動が小さく、下流側空燃比の切り替わりがないような場合に正常と誤判定してしまう問題を防止できる。
The number of times of switching (NR) by the
Thus, even when the
なお、上流側の空燃比センサ(LAFS)31による上流側空燃比の切り替わりは、空燃比センサ31の出力値が理論空燃比となった際にリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するようになっている。
また、下流側の酸素センサ33による下流側空燃比の切り替わりは、酸素センサ33の出力値がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変動し所定のリーン空燃比なった際に、またはリーン空燃比からリッチ空燃比へ変動し所定のリッチ空燃比となった際に、リッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するようになっている。
上流側の空燃比センサ31の出力値によるリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するタイミングと、下流側の酸素センサ33の出力値によるリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知するタイミングとが異なるセンサを組み合わせることで、劣化判定に必要な上流側空燃比の切り替わりの回数と、下流側空燃比の切り替わりの回数とを精度よく検知できるようになる。
The switching of the upstream air-fuel ratio by the upstream air-fuel ratio sensor (LAFS) 31 detects the switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio when the output value of the air-
In addition, the downstream air-fuel ratio is switched by the
The timing for detecting the switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio based on the output value of the upstream air-
幾つかの実施形態では、図3に示す触媒劣化判定手段57は、図2の触媒劣化判定手段39において、上流側の空燃比センサ31の出力に基づいて、上流側空燃比の切り替わりが検出された後から次に検出されるまでの間における酸素量の積算値を算出する上流側酸素量積算部59を有している。
カウント制御部61では、上流側酸素量積算部59による積算値が所定の上下限値の積算範囲を外れる場合には、上流側カウント部43による上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントアップと下流側カウント部47による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントアップとを中断するようになっている。
In some embodiments, the catalyst
In the
空燃比センサ31の出力に基づいての酸素量(dO2)[g]の算出は、空燃比センサ31の出力信号(A/F)、ポート噴射インジェクタ17からの燃料量信号(Qf)、クランク角センサ36の出力からのエンジン回転数信号を用いて算出される。具体的には次の(1)式によって算出される。
dO2={(A/F)−(A/F)c}×Qf×d×T×{Ne/(120/N)}
×0.23 …(1)
ここで、(A/F)は空燃比センサ31から得られる実際の空燃比、(A/F)cは中心A/F、Qfは一点火あたりの燃料噴射量[g]、dはガソリン比重、Tは演算周期[sec]、Neはエンジン回転速度[rpm]、Nは気筒数を表す。
(A/F)cは基本的に理論空燃比の値とするが、酸素センサ33の出力に基づくサブA/Fフィードバックによって適宜補正する。
The oxygen amount (dO 2 ) [g] based on the output of the air-
dO 2 = {(A / F) − (A / F) c} × Qf × d × T × {Ne / (120 / N)}
× 0.23 (1)
Here, (A / F) is the actual air-fuel ratio obtained from the air-
(A / F) c is basically the value of the stoichiometric air-fuel ratio, but is appropriately corrected by sub A / F feedback based on the output of the
そして、上流側酸素量積算部59では、ECU35内の演算周期ごとに算出された酸素量を積算して上流側の酸素量積算値(ΣdO2)を算出する。この酸素量積算値(ΣdO2)が、上下限値、例えば、図9(B)に示すリーン側ではL1〜L2の間、リッチ側ではR1〜R2の間の値である場合には、カウントアップを許可し、上下限値を外れる場合にはカウントアップを中断する。
上流側酸素量積算部59は、空燃比センサ31の上流側空燃比の切り替わりが検出された後に、積算値をゼロにリセットしてから積算値の算出を開始する。このように空燃比のリッチとリーンとの切り替わりに際してゼロにリセットするため、上流側酸素量積算部59による酸素量の積算値を算出が明確になり、所定の上下限値との比較を確実に行うことができる。
Then, the upstream oxygen
The upstream oxygen
上記構成によれば、上流側の空燃比センサ31の出力に基づいて、上流側空燃比の切り替わりが検出されるまでの間における触媒に流入する酸素量の積算値が、所定の上下限値の積算範囲を外れる場合には、上流側カウント部による上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントアップと下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントアップとが中断される。
従って、触媒27の劣化判定に適した空燃比の変動のみを、酸素量の積算値を用いることで確実にピックアップしてカウントアップすることができる。
According to the above configuration, the integrated value of the oxygen amount flowing into the catalyst until the switching of the upstream air-fuel ratio is detected based on the output of the upstream air-
Therefore, only the change in the air-fuel ratio suitable for determining the deterioration of the
また、上流側の空燃比センサ31の出力に基づいて、上流側空燃比の切り替わりが検出されるまでの間における触媒に流入する酸素量の積算値を、リーン側ではL1〜L2の間、リッチ側ではR1〜R2の間のように、上限値と下限値とを用いて規定した範囲によって判定するため、触媒27の劣化時であっても、排ガス空燃比の変動が小さい場合には、下流側空燃比の変動が小さく、下流側空燃比の切り替わりがないような場合には正常と誤判定してしまう問題や、触媒27が正常時であっても、排ガス空燃比の変動が大きい場合には、下流側空燃比の変動が大きく、下流側空燃比の切り替わりがあるような場合には劣化と誤判定してしまう問題を防止できる。
Further, based on the output of the upstream air-
すなわち、図10には、排ガス空燃比の変動が大きい場合と小さい場合とにおける誤判定をそれぞれ示している。
排ガス空燃比の変動が大きい場合には、図10(B)のようにリーン側ではL2を超え、リッチ側ではR2を超える場合には、図10(D)の正常触媒装着の場合でも、下流側空燃比の変動が大きく、酸素センサ33による下流側空燃比の切り替わりを検出して、図10(C)に示す劣化触媒装着の場合と同様に故障と誤判定するおそれがある。
排ガス空燃比の変動が小さい場合には、図10(B)のようにリーン側ではL1未満で、リッチ側ではR1未満の場合には、図10(C)の劣化触媒装着の場合でも、下流側空燃比の変動が小さく、酸素センサ33による下流側空燃比の切り替わりを検出せず、図10(D)に示す正常触媒装着の場合と同様に正常と誤判定するおそれがある。
That is, FIG. 10 shows misjudgment when the fluctuation of the exhaust gas air-fuel ratio is large and when it is small.
When the variation of the exhaust gas air-fuel ratio is large, as shown in FIG. 10 (B), it exceeds L2 on the lean side, and when it exceeds R2 on the rich side, even when the normal catalyst is mounted as shown in FIG. The change in the side air-fuel ratio is large, and the switching of the downstream side air-fuel ratio by the
When the fluctuation of the exhaust gas air-fuel ratio is small, as shown in FIG. 10 (B), it is less than L1 on the lean side, and when it is less than R1 on the rich side, even when the deteriorated catalyst shown in FIG. The change in the side air-fuel ratio is small, and the switching of the downstream side air-fuel ratio by the
また、カウント制御部61は、カウントアップの中断の際には、上流側カウント部43によるカウントアップ値と下流側カウント部47によるカウントアップ値とを保持し、中断が解除された際には、保持されたカウント値に加算されていくので、劣化判定の頻度低下や精度低下は生じない。
Further, the
幾つかの実施形態では、図2、3に示した触媒劣化判定手段39、57においては、判定部49が、上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率(NR/NF)を基に、その比率が所定の基準値より大きくなった時に、触媒27が劣化していると判定して判定結果を出力するようになっているが、図4に示すように、タイマー55を備えて、劣化判定の判定部69は、タイマー55からの時間に基づいて一定時間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率(NR/NF)を基に判定してもよい。
In some embodiments, in the catalyst deterioration determination means 39 and 57 shown in FIGS. 2 and 3, the
係る図4に示す構成によれば、一定時間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率を基に判定するので、一定時間毎に定期的に触媒27の劣化状態の情報が得られる。
According to the configuration shown in FIG. 4, the determination is based on the ratio between the upstream count number (NF) by the
また、幾つかの実施形態では、図2、3に示した触媒劣化判定手段39、57において、図5に示すように、上流側カウント数判定部73を備えて、上流側カウント数判定部73によって上流側カウント数(NF)が所定回数に到達した信号を基に、劣化判定の判定部69は、上流側カウント数(NF)が所定回数に到達するまでの期間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率を基に判定してもよい。
In some embodiments, the catalyst deterioration determination means 39 and 57 shown in FIGS. 2 and 3 include an upstream count
係る図5に示す構成によれば、上流側カウント数(NF)が所定回数に到達するまでの期間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率を基に判定するので、上流側カウント数(NF)が所定回数に到達するまでの時間毎に定期的に触媒27の劣化状態の情報が得られる。
According to the configuration shown in FIG. 5, the upstream count number (NF) by the
また、幾つかの実施形態では、図2、3に示した触媒劣化判定手段39、57において、図6に示すように、エンジンON/OFF信号発信部71を備えて、エンジンON/OFF信号を基に、劣化判定の判定部69は、エンジン1の始動から停止の間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率(NR/NF)を基に判定してもよい。
In some embodiments, the catalyst deterioration determination means 39 and 57 shown in FIGS. 2 and 3 include an engine ON /
係る図6に示す構成によれば、エンジン始動から停止の間における上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)との比率を基に判定するので、エンジンを停止する毎に定期的に触媒27の劣化状態の情報が得られる。
According to the configuration shown in FIG. 6, based on the ratio between the upstream count number (NF) by the
幾つかの実施形態では、例えば、図3に示す触媒劣化判定手段57の構成ブロック図において、触媒判定の制御フローを図7、8に示す。
図7に示すように、触媒劣化診断の制御が開始すると、ステップS21で、触媒27の上流側のリーン空燃比とリッチ空燃比の反転回数のカウント数(NF)と、触媒27の下流側のリーン空燃比とリッチ空燃比の反転回数のカウント数(NR)とのカウントアップを行う。このため、まず、ステップS21の「NF、NRカウントアップ」のサブルーチンについて図8を参照して説明する。
In some embodiments, for example, in the configuration block diagram of the catalyst
As shown in FIG. 7, when the control of the catalyst deterioration diagnosis is started, in step S21, the lean air-fuel ratio on the upstream side of the
図8のステップS41で、触媒27の上流側の空燃比の反転が発生したかを判定する。すなわち、空燃比センサ31の出力信号を基にリッチリーンが切り替わったかを判定する。反転していなければ、ステップS42に進み、触媒27に供給される酸素量dO2を算出する。この酸素量dO2は、前述の(1)式を用いて算出される。
そして、ステップS43で、ステップS42で算出した酸素量を積算して酸素量積算値(ΣdO2)を算出する。すなわち、前回の演算サイクルでの酸素量に今回の酸素量を加算して(ΣdO2(n)=ΣdO2(n−1)+dO2)、酸素量積算値(ΣdO2)を算出する。すなわち、酸素量積算値(ΣdO2)は、前回上流側空燃比の反転から今回上流側空燃比の切り替までの間に積算された酸素積算量となる。
In step S41 of FIG. 8, it is determined whether the reversal of the air-fuel ratio on the upstream side of the
In step S43, the oxygen amount calculated in step S42 is integrated to calculate an oxygen amount integrated value (ΣdO 2 ). That is, by adding the current oxygen content in the oxygen amount in the previous operation cycle (ΣdO 2 (n) = ΣdO 2 (n-1) + dO 2), to calculate the amount of oxygen accumulated value (ΣdO 2). That is, the oxygen amount integrated value (ΣdO 2 ) is an oxygen integrated amount integrated from the previous upstream air-fuel ratio inversion to the current upstream air-fuel ratio switching.
一方、ステップS41で、触媒27の上流側の空燃比の反転が発生した場合にはYesとなり、ステップS44に進む。ステップS44では、反転が発生するまでにステップS43で算出された酸素量積算値(ΣdO2)が、所定範囲内か判定される。すなわち、前回上流側空燃比の反転から今回上流側空燃比の切り替までの間に積算された酸素積算量が
具体的には、所定範囲の上下限値は、図9(B)に示すリーン側ではL1〜L2の間、リッチ側ではR1〜R2の間の値である。
この範囲以内の場合には、ステップS45に進んで触媒27の上流側のリーン空燃比とリッチ空燃比の反転回数のカウント数(NF)のカウントアップを行う。所定範囲を超える場合または未満の場合にはカウントアップはせずに終了する。
On the other hand, if the reversal of the air-fuel ratio on the upstream side of the
If it is within this range, the routine proceeds to step S45, where the lean air fuel ratio upstream of the
次に、ステップS46で、触媒27の下流側の酸素センサ(RO2S)33の反転フラグが成立したかを判定する。成立したと判定した場合には、ステップS47に進んで触媒27の下流側のリーン空燃比とリッチ空燃比の反転回数のカウント数(NR)のカウントアップを行い、そして、ステップS48で、酸素量積算値(ΣdO2)をゼロにリセットする。
また、反転フラグが立っていない場合にはカウントアップはせずに終了する。この酸素センサ(RO2S)33の反転フラグの成立については後述する。
Next, in step S46, it is determined whether the reverse flag of the oxygen sensor (RO 2 S) 33 on the downstream side of the
If the inversion flag is not set, the process ends without counting up. The establishment of the reverse flag of the oxygen sensor (RO 2 S) 33 will be described later.
以上のステップS41〜S48に示す「NF、NRカウントアップ」のサブルーチンが終了した後に、再び図7に戻り、図7のステップS22では、再び、触媒27の上流側の空燃比の反転が発生したかを判定する。すなわち、空燃比センサ31の出力信号を基にリッチリーンが切り替わったかを判定する。
After the “NF, NR count up” subroutine shown in steps S41 to S48 is completed, the process returns to FIG. 7 again. In step S22 of FIG. 7, the reversal of the air-fuel ratio on the upstream side of the
切り替わったと判定された場合には、ステップS23に進み、酸素センサ33のリーンフラグ(RO2Sリーンフラグ)と、酸素センサ33のリッチフラグ(RO2Sリッチフラグ)と、酸素センサ33の反転フラグ(RO2S反転フラグ)とを全てリセットする。
If it is determined that the switch has been made, the process proceeds to step S23 where the lean flag (RO 2 S lean flag) of the
そして、ステップS24で、空燃比センサ31がリッチで、且つ酸素センサ33がリーン判定値以下(リーン領域)であるかを判定する。すなわち、図9(A)、(C)に示す領域Aにあるか否かを判定する。この領域Aは、これから酸素センサ33がリーンからリッチに反転することを意味するものであり、このステップS24の判定がYesの場合には、ステップS25に進んで酸素センサ33のリーンフラグ(RO2Sリーンフラグ)を成立させる。
In step S24, it is determined whether the air-
一方、ステップS24で、Noの判定の場合には、ステップS26に進んで、空燃比センサ31がリーンで、且つ酸素センサ33がリッチ判定値以上(リッチ領域)であるかを判定する。すなわち、図9(A)、(C)に示す領域Bにあるか否かを判定する。この領域Bは、これから酸素センサ33がリッチからリーンに反転することを意味するものであり、このステップS26の判定がYesの場合には、ステップS27に進んで酸素センサ33のリッチフラグ(RO2Sリッチフラグ)を成立させる。
On the other hand, if the determination in step S24 is No, the process proceeds to step S26 to determine whether the air-
また、ステップS22で、空燃比センサ31の反転がなくNoの判定の場合には、ステップS28へ進み、酸素センサ33のリーンフラグ(RO2Sリーンフラグ)が成立し、且つ酸素センサ33がリッチ判定値以上(リッチ領域)であるかを判定する。すなわち、図9(C)に示す領域Cに、A領域から移行したか否かを判定する。ステップS28の判定がYesの場合には、ステップS30に進んで酸素センサ33の反転フラグを成立させる。
If it is determined in step S22 that the air-
ステップS28の判定がNoの場合には、ステップS29へ進んで、酸素センサ33のリッチフラグ(RO2Sリッチフラグ)が成立し、且つ酸素センサ33がリーン判定値以上(リーン領域)であるかを判定する。すなわち、図9(C)に示す領域Dに、B領域から移行したか否かを判定する。ステップS29の判定がYesの場合には、ステップS30に進んで酸素センサ33の反転フラグを成立させる。
If the determination in step S28 is No, the process proceeds to step S29, whether the rich flag (RO 2 S rich flag) of the
以上のように、ステップS30での酸素センサ33の反転フラグを成立情報が、次の演算サイクルの「NF、NRカウントアップ」のサブルーチンのステップS46において用いられて、ステップS47のNR数のカウントアップが実行される。
As described above, the information that establishes the inversion flag of the
従って、図7、8に示すフローチャートは、図9(A)、(C)に示すように、空燃比センサ31の出力がt1〜t2の間に酸素センサ33の出力がリーンからリッチに反転した場合に、酸素センサ33の反転のカウントアップを行い、同様に、空燃比センサ31の出力がt2〜t3の間に酸素センサ33の出力がリッチからリーンに反転した場合に、酸素センサ33の反転のカウントアップを行うことを示している。
Therefore, in the flowcharts shown in FIGS. 7 and 8, as shown in FIGS. 9A and 9C, the output of the
以上の図7、8の制御フローによれば、上流側カウント部43による上流側カウント数(NF)と下流側カウント部47による下流側カウント数(NR)とを算出することができる。
7 and 8, the upstream count number (NF) by the
本発明の一実施形態によれば、排気浄化触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させる上流側の空燃比の変動ボリュームの大小にかかわらず、誤判定のない判定結果を得ることができ、さらに、劣化判定の頻度が損なわれることなく判定結果が得られるので、排気浄化触媒の上流および下流にそれぞれ空燃比を検出するセンサを配設し、該触媒の上流の空燃比をリーン、リッチに交互に変化させ、上流側センサおよび下流側センサの出力信号の変動を基に触媒の劣化を判定する触媒劣化診断装置への適用に有効である。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to obtain a determination result with no erroneous determination regardless of the amount of fluctuation in the upstream air-fuel ratio that changes the air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst alternately lean and rich. In addition, since the determination result can be obtained without impairing the frequency of deterioration determination, sensors for detecting the air-fuel ratio are provided upstream and downstream of the exhaust purification catalyst, respectively, and the air-fuel ratio upstream of the catalyst is made lean. It is effective for application to a catalyst deterioration diagnosis device that changes the output alternately in a rich manner and determines deterioration of the catalyst based on fluctuations in the output signals of the upstream sensor and the downstream sensor.
1 エンジン(内燃機関)
17 ポート噴射インジェクタ
23 排気通路
27 触媒(排気後処理手段)
31 空燃比センサ(上流側センサ)
33 酸素センサ(下流側センサ)
35 ECU(電子コントロールユニット)
36 クランク角センサ
37 空燃比制御手段
39、57 触媒劣化判定手段
41 上流側反転検知部
43 上流側カウント部
45 下流側反転検知部
47 下流側カウント部
49 判定部
51 判定結果出力部
53、61 カウント制御部
55 タイマー
59 上流側酸素量積算部
71 エンジンON/OFF信号発信部
73 上流側カウント数判定部
1 engine (internal combustion engine)
17
31 Air-fuel ratio sensor (upstream sensor)
33 Oxygen sensor (downstream sensor)
35 ECU (Electronic Control Unit)
36
Claims (10)
前記排気後処理手段に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させる空燃比制御手段と、
前記排気後処理手段の上流側の前記排気通路に設けられ前記排気後処理手段に流入する排気の空燃比を検出する上流側センサと、
前記排気後処理手段の下流側の前記排気通路に設けられ前記排気後処理手段から流出する排気の空燃比を検出する下流側センサと、
前記上流側センサおよび前記下流側センサにおけるリーン空燃比とリッチ空燃比の変動回数に基づいて前記排気後処理手段の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、を備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記上流側センサの出力値の変動量に基づいて前記変動回数のカウントを制限することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。 Exhaust aftertreatment means provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Air-fuel ratio control means for varying the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust after-treatment means between a lean air-fuel ratio and a rich air-fuel ratio;
An upstream sensor that is provided in the exhaust passage upstream of the exhaust aftertreatment means and detects an air-fuel ratio of exhaust flowing into the exhaust aftertreatment means;
A downstream sensor that is provided in the exhaust passage downstream of the exhaust aftertreatment means and detects an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust aftertreatment means;
Catalyst deterioration determination means for determining deterioration of the exhaust aftertreatment means based on the number of fluctuations of the lean air-fuel ratio and the rich air-fuel ratio in the upstream sensor and the downstream sensor,
The catalyst deterioration diagnosing device for an internal combustion engine, wherein the catalyst deterioration determining means limits the count of the number of fluctuations based on a fluctuation amount of an output value of the upstream sensor.
前記上流側センサの出力値に基づいて判定される前記上流側における空燃比である上流側空燃比のリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知する上流側反転検知部と、
該上流側反転検知部により検出される前記切り替わりの回数をカウントする上流側カウント部と、
前記下流側センサの出力値に基づいて判定される前記下流側における空燃比である下流側空燃比のリッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知する下流側反転検知部と、
該下流側反転検知部により検出される前記切り替わりの回数をカウントする下流側カウント部と、
前記上流側カウント部による上流側カウント数と前記下流側カウント部による下流側カウント数との比率に基づいて劣化判定を行う判定部と、
前記上流側センサの出力値の変動量が所定範囲を外れる場合に、前記上流側カウント部及び前記下流側カウント部のカウントを中断するカウント制御部と、を有することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 The catalyst deterioration determination means includes
An upstream inversion detection unit that detects switching between a rich air-fuel ratio of an upstream air-fuel ratio that is an air-fuel ratio on the upstream side that is determined based on an output value of the upstream sensor, and a lean air-fuel ratio;
An upstream counting unit that counts the number of times of switching detected by the upstream inversion detection unit;
A downstream inversion detection unit that detects switching between a rich air-fuel ratio of a downstream air-fuel ratio that is an air-fuel ratio on the downstream side that is determined based on an output value of the downstream sensor, and a lean air-fuel ratio;
A downstream counting unit that counts the number of times of switching detected by the downstream inversion detection unit;
A determination unit that performs deterioration determination based on a ratio between an upstream count number by the upstream count unit and a downstream count number by the downstream count unit;
2. The counter according to claim 1, further comprising: a count control unit that interrupts counting of the upstream side count unit and the downstream side count unit when a fluctuation amount of the output value of the upstream side sensor is out of a predetermined range. Catalyst deterioration diagnosis device for internal combustion engines.
前記下流側反転検知部は前記下流側センサの出力値がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変動し所定のリーン空燃比となった際に、またはリーン空燃比からリッチ空燃比へ変動し所定のリッチ空燃比となった際に、リッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりを検知することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 The upstream inversion detection unit detects a change between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio when the output value of the upstream sensor becomes the stoichiometric air-fuel ratio,
The downstream inversion detection unit changes when the output value of the downstream sensor changes from a rich air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio to a predetermined lean air-fuel ratio, or changes from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio and changes to a predetermined rich air-fuel ratio. 3. The catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein when the air-fuel ratio is reached, switching between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio is detected.
前記カウント制御部は、前記上流側酸素量積算部による積算値が所定の上下限値の積算範囲を外れる場合には、前記上流側カウント部による上流側空燃比の切り替わりの回数のカウントと前記下流側カウント部による下流側空燃比の切り替わり回数のカウントとを中断することを特徴とする請求項2から7の何れか1項に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 Further, the catalyst deterioration determining means is based on the output of the upstream sensor, and from the time when the switching of the upstream air-fuel ratio is detected to the time before the switching of the upstream air-fuel ratio detected next. An upstream oxygen amount integrating unit that calculates an integrated value of the oxygen amount between
The count control unit counts the number of times of switching of the upstream air-fuel ratio by the upstream count unit and the downstream when the integrated value by the upstream oxygen amount integrating unit is outside a predetermined upper and lower limit integration range. The catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 7, wherein the counting of the number of times the downstream air-fuel ratio is switched by the side counting unit is interrupted.
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