JP2024077201A - Catalyst deterioration diagnostic device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To early discover deterioration of an oxidation catalyst by diagnosing deterioration of the oxidation catalyst from new viewpoints.SOLUTION: A catalyst deterioration diagnostic device for an internal combustion engine includes: an oxidation catalyst 51 provided in an exhaust passage 30; a diesel particulate filter 52 provided downstream of the oxidation catalyst 51 in the exhaust passage 30; and catalyst deterioration determination means 71 for determining deterioration of the oxidation catalyst 51. During regeneration of the diesel particulate filter 52, on the basis of information on post injection integrated quantity that is integrated quantity of post injection for regenerating the diesel particulate filter 52 and on combustion soot integrated quantity that is integrated quantity of soot burned in the diesel particulate filter 52, the catalyst deterioration determination means 71 determines that the oxidation catalyst has deteriorated when a ratio of the combustion soot integrated quantity to the post injection integrated quantity becomes lower than a predetermined threshold value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、酸化触媒及びディーゼルパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の触媒劣化診断装置に関するものである。 The present invention relates to a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine equipped with an oxidation catalyst and a diesel particulate filter.

ディーゼルエンジンなどの内燃機関では、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配置されており、酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、略して「DPF」ともいう)などが設けられている。 Internal combustion engines such as diesel engines are provided with an exhaust purification device that purifies the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. The exhaust purification device is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and is provided with an oxidation catalyst and a diesel particulate filter (hereinafter abbreviated as "DPF").

例えばディーゼルエンジンの燃料である軽油は硫黄成分が含まれており、硫黄成分が高い軽油が使用される場合がある。そのような場合、硫黄成分が酸化触媒の表面の活性点に吸着・堆積されることによって、酸化触媒の浄化率が低下したり劣化したりすることが知られている。 For example, diesel fuel, which is used in diesel engines, contains sulfur components, and diesel fuel with high sulfur content may be used. In such cases, it is known that the sulfur components are adsorbed and deposited on the active points on the surface of the oxidation catalyst, causing the purification rate of the oxidation catalyst to decrease or deteriorate.

このような酸化触媒の劣化状態を診断するものとして、特許文献1が開示されている。 Patent document 1 discloses a method for diagnosing the deterioration state of such oxidation catalysts.

特開2016-109070号公報JP 2016-109070 A

ところで、DPFにスート(煤)が溜まると、いわゆるポスト噴射を行い、DPFの上流の酸化触媒で燃料を燃焼させてDPFに流入する排気ガス温度を上昇させ、高温の排気ガスでディーゼルパティキュレートフィルタ内のスートを燃焼させる。 By the way, when soot accumulates in the DPF, a so-called post-injection is performed, and fuel is burned in an oxidation catalyst upstream of the DPF to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF, and the high-temperature exhaust gas burns the soot in the diesel particulate filter.

しかし、酸化触媒が劣化すると、DPFの再生時にポスト噴射してもディーゼルパティキュレートフィルタの入口側の温度が目論見通りに上昇しない等の懸念が生じる。ディーゼルパティキュレートフィルタの入口側の温度が再生温度に達しない場合、設定した再生温度に到達させるようフィードバック制御が実行されるが、ポスト噴射量が必要以上増加することにより、燃費の悪化の原因となり得る。 However, when the oxidation catalyst deteriorates, there are concerns that the temperature on the inlet side of the diesel particulate filter will not rise as expected even if post injection is performed during DPF regeneration. If the temperature on the inlet side of the diesel particulate filter does not reach the regeneration temperature, feedback control is performed to make it reach the set regeneration temperature, but an unnecessary increase in the amount of post injection can cause a deterioration in fuel economy.

本件の目的は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、硫黄成分の吸着・堆積などによる酸化触媒の劣化を新たな観点から診断することにより、酸化触媒の劣化を早期に発見できるようにした内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することである。 The purpose of this invention was made in consideration of the above problems, and is to provide a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine that can detect oxidation catalyst deterioration at an early stage by diagnosing the deterioration of the oxidation catalyst caused by the adsorption and accumulation of sulfur components from a new perspective.

本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
本適用例に係る内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するために排気通路に設けられ排気ガス中の成分を酸化させる酸化触媒と、当該酸化触媒よりも前記排気通路の下流側に設けられるディーゼルパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、からなる内燃機関の触媒劣化診断装置であって、前記触媒劣化判定手段は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生中、当該ディーゼルパティキュレートフィルタを再生するためのポスト噴射の積算量であるポスト噴射積算量とディーゼルパティキュレートフィルタで燃焼したスート(煤)の積算量である燃焼スート積算量との情報に基づき、前記ポスト噴射積算量に対する前記燃焼スート積算量の比率が所定閾値よりも低くなったとき、前記酸化触媒が劣化していると判定する。
The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be realized in the following aspects or application examples.
The catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine according to this application example is a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine comprising an oxidation catalyst that is provided in an exhaust passage in order to purify exhaust gas discharged from the internal combustion engine and oxidizes components in the exhaust gas, a diesel particulate filter that is provided downstream of the oxidation catalyst in the exhaust passage, and catalyst deterioration determination means that determines deterioration of the oxidation catalyst, and the catalyst deterioration determination means determines that the oxidation catalyst has deteriorated when a ratio of the post injection accumulated amount to the post injection accumulated amount becomes lower than a predetermined threshold value during regeneration of the diesel particulate filter, based on information on a post injection accumulated amount, which is an accumulated amount of post injections for regenerating the diesel particulate filter, and a combustion soot accumulated amount, which is an accumulated amount of soot burned in the diesel particulate filter.

本適用例によれば、硫黄成分の吸着・堆積などによる酸化触媒の劣化を新たな観点から診断することができ、酸化触媒の劣化を早期に発見することができる。 This application example makes it possible to diagnose the deterioration of the oxidation catalyst caused by the adsorption and accumulation of sulfur components from a new perspective, enabling early detection of the deterioration of the oxidation catalyst.

本件によれば、酸化触媒の劣化を新たな観点から診断することにより、酸化触媒の劣化を早期に発見できるようになる。 According to this invention, by diagnosing the deterioration of the oxidation catalyst from a new perspective, it becomes possible to detect the deterioration of the oxidation catalyst early.

実施形態に係る内燃機関とその吸排気系及び触媒劣化診断装置を示す概略構成図である。1 is a schematic diagram showing an internal combustion engine, its intake and exhaust systems, and a catalyst deterioration diagnosis device according to an embodiment; 実施形態に係る触媒劣化診断装置による診断処理を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a diagnosis process performed by the catalyst deterioration diagnosis device according to the embodiment. 実施形態に係る触媒劣化診断装置の判定閾値を示す図であり、(a)は自動再生時の判定閾値を示し、(b)は手動再生時の判定閾値を示す。5A and 5B are diagrams showing judgment thresholds of the catalyst deterioration diagnosis device according to the embodiment, in which FIG. 5A shows judgment thresholds during automatic regeneration, and FIG. 5B shows judgment thresholds during manual regeneration. 実施形態に係る触媒劣化診断装置による診断を利用した車両の処理状況を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a processing status of a vehicle using a diagnosis by the catalyst deterioration diagnosis device according to the embodiment.

以下、図面を参照して本件の実施形態について説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、この実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせられる。 The following describes the embodiments of the present invention with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples, and are not intended to exclude the application of various modifications or techniques not explicitly stated in the embodiments. The configurations of the following embodiments can be modified in various ways without departing from the spirit of the embodiments. Furthermore, they can be selected or combined as necessary.

[1.構成]
まず、図1の概略構成図を参照して、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の構成を説明する。なお、本実施形態では、内燃機関は車両に装備されるものとする。
図1に示すように、内燃機関1はディーゼル機関であり、複数(例えば4つ)の気筒11を備えて構成される。ただし、ここでは、そのうちの一つの気筒11のみを図示する。各気筒11には燃料噴射弁12が装備され、共通のコモンレール13から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒11の筒内に燃料を噴射する。
[1. Configuration]
First, the configuration of an intake and exhaust system of an internal combustion engine according to this embodiment will be described with reference to the schematic configuration diagram of Fig. 1. In this embodiment, the internal combustion engine is mounted on a vehicle.
1, the internal combustion engine 1 is a diesel engine and is configured to include a plurality of (for example, four) cylinders 11. However, only one of the cylinders 11 is illustrated here. Each cylinder 11 is equipped with a fuel injection valve 12, which is supplied with pressurized fuel from a common rail 13 and injects fuel into the corresponding cylinder 11 when the valve opens.

なお、コモンレール13の上流には、高圧ポンプ14が接続される。燃料タンク15内の燃料(ここでは、軽油)は、燃料フィルタ16を介して高圧ポンプ14によって吸引加圧されコモンレール13に供給される。また、コモンレール13には、コモンレールから吐出される燃料の圧力を検出するレール圧センサ27が設けられている。 A high-pressure pump 14 is connected upstream of the common rail 13. Fuel (here, diesel) in a fuel tank 15 is sucked in and pressurized by the high-pressure pump 14 through a fuel filter 16 and supplied to the common rail 13. The common rail 13 is also provided with a rail pressure sensor 27 that detects the pressure of the fuel discharged from the common rail.

内燃機関1の吸気側には吸気マニホールド17が装着され、吸気マニホールド17には、吸気通路20が接続される。吸気通路20には、上流側よりエアフィルタ21、吸入空気量を計測するエアフローセンサ22、ターボチャージャ60のコンプレッサ61、インタクーラ23、吸気温センサ24,スロットルバルブ25が設けられ、スロットルバルブ25の直下流には、EGR(排ガス再循環)通路40の下流端が合流接続されている。また、この合流接続部分の下流で吸気マニホールド17の上流には、吸気マニホールド17に進入する吸気の圧力を検出するインマニ圧センサ26が設けられている。 An intake manifold 17 is attached to the intake side of the internal combustion engine 1, and an intake passage 20 is connected to the intake manifold 17. In the intake passage 20, from the upstream side, an air filter 21, an air flow sensor 22 that measures the amount of intake air, a compressor 61 of a turbocharger 60, an intercooler 23, an intake air temperature sensor 24, and a throttle valve 25 are provided, and the downstream end of an EGR (exhaust gas recirculation) passage 40 is joined and connected immediately downstream of the throttle valve 25. In addition, downstream of this joining connection and upstream of the intake manifold 17, an intake manifold pressure sensor 26 that detects the pressure of the intake air entering the intake manifold 17 is provided.

内燃機関1の排気側には排気マニホールド18が装着され、排気マニホールド18には、排気通路30が接続される。排気通路30には、EGR通路40の上流端が分岐接続され、その下流に、コンプレッサ61と同軸上に連結されたターボチャージャ60のタービン62が設けられ、その下流には、排気ブレーキを作動させる排気フラップ31、触媒コンバータ50及び図示しない消音器がこの順に設けられている。
なお、EGR通路40の中間部には、EGRクーラ41が介装され、EGR通路40の下流の吸気通路20に合流接続される部分の直上流には、EGRバルブ42が設けられている。
An exhaust manifold 18 is attached to the exhaust side of the internal combustion engine 1, and an exhaust passage 30 is connected to the exhaust manifold 18. The upstream end of an EGR passage 40 is branched off and connected to the exhaust passage 30, and downstream of that is provided a turbine 62 of a turbocharger 60 that is connected coaxially to a compressor 61, and downstream of that are provided an exhaust flap 31 that operates an exhaust brake, a catalytic converter 50, and a muffler (not shown), in this order.
An EGR cooler 41 is disposed in the middle of the EGR passage 40, and an EGR valve 42 is provided immediately upstream of the portion of the EGR passage 40 which joins with the intake passage 20 downstream.

触媒コンバータ50には、上流側から酸化触媒(以下、DOCともいう)51,ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFともいう)52及び後段触媒(以下、CUCともいう)53がこの順に設けられている。
DOC51は、例えばハニカム型のセラミック担体上にプラチナ(Pt)等の貴金属からなる触媒層を担持して構成され、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)及びパティキュレート・マター(以下、PMともいう)中の可溶有機成分(以下、SOFともいう)を酸化反応させる。
The catalytic converter 50 is provided with an oxidation catalyst (hereinafter also referred to as DOC) 51, a diesel particulate filter (hereinafter also referred to as DPF) 52, and a post-catalyst (hereinafter also referred to as CUC) 53 in this order from the upstream side.
The DOC 51 is configured, for example, by supporting a catalyst layer made of a precious metal such as platinum (Pt) on a honeycomb-type ceramic carrier, and oxidizes carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and soluble organic components (hereinafter also referred to as SOF) in particulate matter (hereinafter also referred to as PM) contained in the exhaust gas.

DPF52は、例えばハニカム型のセラミック担体からなり、その多数の排ガス通路の上流側と下流側の開口部を交互に閉鎖することにより、通路を形成している多孔質の壁を経て排ガスを流通させながら排ガス中のPMを捕集する。
CUC53は、DPF52で処理しきれずに残った成分(HC、CO)を酸化して除去する。
The DPF 52 is made of, for example, a honeycomb-type ceramic carrier, and by alternately closing the upstream and downstream openings of its numerous exhaust gas passages, it captures PM in the exhaust gas while allowing the exhaust gas to flow through the porous walls that form the passages.
The CUC 53 oxidizes and removes the remaining components (HC, CO) that have not been completely treated by the DPF 52 .

また、DOC51の直上流には、DOC51に流入する排気の温度を検出する入口温度センサ32が設けられ、DOC51の直下流には、DOC51から流出する排気の温度を検出する出口温度センサ33が設けられている。さらに、その下流には、DPF52の直上流と直下流との差圧を検出する差圧センサ34が設けられている。 In addition, an inlet temperature sensor 32 is provided immediately upstream of the DOC 51 to detect the temperature of the exhaust gas flowing into the DOC 51, and an outlet temperature sensor 33 is provided immediately downstream of the DOC 51 to detect the temperature of the exhaust gas flowing out of the DOC 51. Furthermore, a differential pressure sensor 34 is provided downstream of the outlet temperature sensor 33 to detect the differential pressure between the immediately upstream and immediately downstream of the DPF 52.

なお、図1に示す内燃機関1の排気系の構成は一例であり、本件を適用しうる排気系の構成はこれに限るものではない。例えば排気系に排ガス中のNOxを浄化するNOx触媒等を備えてもよい。 Note that the configuration of the exhaust system of the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is one example, and the configuration of the exhaust system to which the present invention can be applied is not limited to this. For example, the exhaust system may be equipped with a NOx catalyst that purifies NOx in the exhaust gas.

車両には、内燃機関1の各部を制御するECU(電子制御ユニット)7が設置されている。ECU7は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等を記憶する記憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。 The vehicle is equipped with an ECU (electronic control unit) 7 that controls each part of the internal combustion engine 1. The ECU 7 includes an input/output device (not shown), a storage device (ROM, RAM, etc.) that stores control programs and control maps, a central processing unit (CPU), a timer counter, etc.

ECU7の入力側には、エアフローセンサ22、吸気温センサ24、インマニ圧センサ26、レール圧センサ27、DOC入口温度センサ32、DOC出口温度センサ33、DPF差圧センサ34、及び、その他の図示しないセンサ類(例えば、アクセル開度センサ、エンジン回転速度センサ、水温センサ、外気温センサ、外気圧センサ等)やスイッチ類(例えば、スタータースイッチ、オイルレベルスイッチ等)が接続され、各センサ類からの検出信号やスイッチ類からのオンオフ信号が入力される。 The input side of the ECU 7 is connected to the air flow sensor 22, intake air temperature sensor 24, intake manifold pressure sensor 26, rail pressure sensor 27, DOC inlet temperature sensor 32, DOC outlet temperature sensor 33, DPF differential pressure sensor 34, and other sensors (not shown) (e.g., accelerator opening sensor, engine speed sensor, water temperature sensor, outside air temperature sensor, outside air pressure sensor, etc.) and switches (e.g., starter switch, oil level switch, etc.), and detection signals from the sensors and on/off signals from the switches are input.

また、ECU7の出力側には、燃料噴射弁12、定量高圧ポンプ14、スロットルバルブ25、EGRバルブ41、排気フラップ31や、図示しないグロープラグや警告灯が接続され、入力情報に基づいてそれぞれの作動が制御される。
つまり、ECU7は運転者のアクセル操作量(アクセル開度)やエンジン回転速度等の検出情報に基づいて燃料噴射量、噴射時期、コモンレール圧等の目標値を設定し、それらの値に基づいて燃料噴射弁12の駆動制御やコモンレール圧の調整等を実行して内燃機関1を運転する。
In addition, the output side of the ECU 7 is connected to the fuel injection valve 12, the fixed-volume high-pressure pump 14, the throttle valve 25, the EGR valve 41, the exhaust flap 31, as well as glow plugs and warning lights (not shown), and the operation of each is controlled based on the input information.
In other words, the ECU 7 sets target values for the fuel injection amount, injection timing, common rail pressure, etc. based on detection information such as the driver's accelerator operation amount (accelerator opening) and engine rotation speed, and operates the internal combustion engine 1 by controlling the drive of the fuel injection valve 12 and adjusting the common rail pressure based on these values.

内燃機関1の運転中には、内燃機関1からの排気ガスは排気マニホールド18から排気通路30に流入しDOC51を経て排気ガス中のHC、CO及び未燃燃料が燃焼されて、DPF52に流入する。DPF52では、その通路の壁を流通する際に含有するPMが捕捉され、その後、CUC53で余剰のHCやCOが酸化除去されて、大気中に排出される。
PMの捕集によりDPF52上のPM捕集量は次第に増加するが、捕集されたPMは、内燃機関1が所定の運転状態(例えば、排ガス温度が比較的高い運転状態)のときに、上流側のDOC51上での酸化反応により排ガス中のNOから生成されたNO2を酸化剤として利用して連続的に焼却除去される。
During operation of the internal combustion engine 1, exhaust gas from the internal combustion engine 1 flows from the exhaust manifold 18 into the exhaust passage 30, passes through the DOC 51, where HC, CO and unburned fuel in the exhaust gas are combusted, and the exhaust gas flows into the DPF 52. In the DPF 52, PM contained in the exhaust gas is trapped as it flows through the walls of the passage, and then excess HC and CO are oxidized and removed in the CUC 53, and the PM is discharged into the atmosphere.
As the PM is trapped, the amount of trapped PM on the DPF 52 gradually increases, but when the internal combustion engine 1 is in a predetermined operating state (for example, an operating state in which the exhaust gas temperature is relatively high), the trapped PM is continuously incinerated and removed by using, as an oxidizing agent, NO2 generated from NO in the exhaust gas by an oxidation reaction on the upstream DOC 51.

また、このようなDPF52の連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、DPF52でのPM捕集量が次第に増加して許容量を越えてしまう。このような状況を回避するため、PM捕集量に関連するパラメータのデータを常時モニタし、このモニタしたデータに基づいてPM捕集量を推定して、PM捕集量の推定値が許容量(閾値)に到達したら、DPF52上のPMを強制的に焼却除去する強制再生(以下、単に「再生」ともいう)を実施する。 Furthermore, if an operating state in which such continuous regeneration of the DPF 52 cannot be achieved continues, the amount of PM trapped in the DPF 52 will gradually increase and exceed the allowable amount. To avoid this situation, data on parameters related to the amount of trapped PM is constantly monitored, the amount of trapped PM is estimated based on this monitored data, and when the estimated amount of trapped PM reaches the allowable amount (threshold value), forced regeneration (hereinafter also simply referred to as "regeneration") is performed to forcibly incinerate and remove the PM on the DPF 52.

このPM捕集量の推定は、例えば、ECU7により内燃機関1の運転状態に基づいてDPF52に捕集されるPM量を逐次算出して積算することで求めることができ、このPM積算値がDPF52の許容量に基づいて設定されたPM量閾値以上になったら、PM捕集量が許容量に近づいたと推定し、強制再生を実施する。 This PM collection amount can be estimated, for example, by having the ECU 7 successively calculate and accumulate the amount of PM collected in the DPF 52 based on the operating state of the internal combustion engine 1. When this PM accumulation value reaches or exceeds a PM amount threshold set based on the allowable amount of the DPF 52, it is estimated that the PM collection amount is approaching the allowable amount, and forced regeneration is performed.

また、本実施形態では、これと並行して、PM捕集量の増加に伴って上昇するDPF52の前後差圧(DPF52での圧損)を差圧センサ34で検出し、この前後差圧に基づいて、前後差圧が所定の差圧閾値以上になったら、DPF52上のPMを強制的に焼却除去する強制再生を実施している。 In addition, in this embodiment, in parallel with this, the differential pressure sensor 34 detects the differential pressure before and after the DPF 52 (pressure loss in the DPF 52), which rises as the amount of PM trapped increases, and when the differential pressure before and after this differential pressure reaches or exceeds a predetermined differential pressure threshold, forced regeneration is performed to forcibly incinerate and remove the PM on the DPF 52.

本実施形態では、これらに加えて、前回の再生後の内燃機関1の累積運転時間が所定時間以上になったら、DPF52上のPMを強制的に焼却除去する強制再生を実施している。つまり、PM積算値がPM量閾値以上になること、DPF52の前後差圧が差圧閾値以上になること、強制再生後の内燃機関1の累積運転時間が所定時間以上になること、の何れかが成立したら、強制再生を実施する。 In addition to the above, in this embodiment, when the cumulative operating time of the internal combustion engine 1 after the previous regeneration reaches or exceeds a predetermined time, a forced regeneration is performed to forcibly incinerate and remove the PM on the DPF 52. In other words, forced regeneration is performed when any of the following is true: the PM integrated value reaches or exceeds the PM amount threshold, the differential pressure before and after the DPF 52 reaches or exceeds the differential pressure threshold, or the cumulative operating time of the internal combustion engine 1 after the forced regeneration reaches or exceeds a predetermined time.

本実施形態では強制再生としてポスト(所謂レイトポスト)噴射を利用しており、メイン噴射後にポスト噴射を実行することによりDOC51上に未燃燃料を供給し、未燃燃料がDOC51上で酸化反応したときの熱により下流側のDPF52を目標温度(PMを焼却除去可能な温度)まで昇温してPMを焼却除去している。なお、強制再生は、出口温度センサ33により検出された出口温度ToutからDPF52のガス温度を推定し、このガス温度を上記目標温度に接近させるように行われる。 In this embodiment, post (so-called late post) injection is used for forced regeneration. Post injection is performed after main injection to supply unburned fuel to the DOC 51, and the heat generated when the unburned fuel undergoes an oxidation reaction on the DOC 51 raises the temperature of the downstream DPF 52 to a target temperature (a temperature at which PM can be burned and removed), thereby burning and removing the PM. Note that forced regeneration is performed by estimating the gas temperature of the DPF 52 from the outlet temperature Tout detected by the outlet temperature sensor 33, and bringing this gas temperature close to the target temperature.

なお、このようなDPF52の強制再生は、車両の走行中に自動で行われる(自動再生)が、車両停止時に、車両に装備された図示しない手動再生スイッチを操作することで、車両の停止中に手動で行うこと(手動再生)もできるようになっている。 This forced regeneration of the DPF 52 is performed automatically while the vehicle is running (automatic regeneration), but it can also be performed manually while the vehicle is stopped (manual regeneration) by operating a manual regeneration switch (not shown) equipped on the vehicle when the vehicle is stopped.

ところで、このように強制再生でのDPF52の昇温はDOC51の酸化機能に依存し、DOC51の劣化は強制再生の実行不能、ひいては排気ガス浄化性能や走行性能の低下に直結することから、本実施形態の車両では、ECU7に設けられた触媒劣化判定部(触媒劣化判定手段)71により、強制再生時(自動再生時及び手動再生時)にDOC51の劣化診断を実行している。以下、触媒劣化判定部71によるDOC51の劣化診断の詳細を説明する。 The temperature rise of the DPF 52 during forced regeneration depends on the oxidation function of the DOC 51, and deterioration of the DOC 51 leads directly to the inability to execute forced regeneration, and ultimately to a decline in exhaust gas purification performance and driving performance. Therefore, in the vehicle of this embodiment, a catalyst deterioration determination unit (catalyst deterioration determination means) 71 provided in the ECU 7 performs deterioration diagnosis of the DOC 51 during forced regeneration (during automatic regeneration and manual regeneration). Details of the deterioration diagnosis of the DOC 51 by the catalyst deterioration determination unit 71 are described below.

本実施形態では、触媒劣化判定部71は、2つの診断手法でDOC51の劣化診断を実施する。
第1の診断手法(手法1)は、ポスト噴射によるDPF52の昇温状態に基づいた周知の劣化診断である。つまり、触媒劣化判定部71は、ポスト噴射を所定時間(又は、所定期間)実施しても、出口温度センサ33により検出されたDOC51の出口温度(=DPF52の入口温度)Toutが、所定の温度閾値以上に上昇しない場合、DOC51が十分に機能していないものとしてDOC51が劣化していると診断する。
In this embodiment, the catalyst deterioration determination unit 71 performs deterioration diagnosis of the DOC 51 by two diagnosis methods.
The first diagnostic method (method 1) is a well-known deterioration diagnosis based on the temperature rise state of the DPF 52 due to post injection. That is, if the outlet temperature Tout of the DOC 51 (= the inlet temperature of the DPF 52) detected by the outlet temperature sensor 33 does not rise to or exceed a predetermined temperature threshold even after post injection is performed for a predetermined time (or a predetermined period), the catalyst deterioration determination unit 71 diagnoses that the DOC 51 is degraded as the DOC 51 is not functioning sufficiently.

第2の診断手法(手法2)は、本件に特徴的な診断手法であり、ポスト噴射積算量に対する燃焼スート積算量の比率に基づいた劣化診断である。この劣化診断については、図2を参照して詳しく説明する。 The second diagnostic method (Method 2) is a diagnostic method specific to this case, and is a deterioration diagnosis based on the ratio of the accumulated amount of combustion soot to the accumulated amount of post-injection. This deterioration diagnosis will be explained in detail with reference to Figure 2.

図2に示すように、触媒劣化判定部71は、DPF52の強制再生が始まったら、以下の各処理を行う。まず、DPF52を再生するためのポスト噴射の積算量であるポスト噴射積算量Apを算出する(ステップSS10)。DPF52の再生中には、内燃機関1の運転状態に応じてサイクル毎のポスト噴射量が設定されるので、これを積算することで、ポスト噴射積算量Apを算出することができる。 As shown in FIG. 2, when forced regeneration of the DPF 52 begins, the catalyst deterioration determination unit 71 performs the following processes. First, it calculates the post injection cumulative amount Ap, which is the cumulative amount of post injections to regenerate the DPF 52 (step SS10). During regeneration of the DPF 52, the post injection amount for each cycle is set according to the operating state of the internal combustion engine 1, and by accumulating this, it is possible to calculate the post injection cumulative amount Ap.

また、ポスト噴射積算量Apと並行して、DPF52で燃焼したスート(煤)の積算量である燃焼スート積算量Asを算出する(ステップSS20)。燃焼スート量は、フィルタ温度、ガス流量、酸素流量、空気過剰率(λ)等に依存するので、これらのデータに基づいて、各サイクルにおける燃焼スート量を算出することができ、これらを積算することで、燃焼スート積算量Asを算出することができる。 In parallel with the post-injection cumulative amount Ap, the cumulative amount of burned soot As, which is the cumulative amount of soot burned in the DPF 52, is calculated (step SS20). Since the amount of burned soot depends on the filter temperature, gas flow rate, oxygen flow rate, excess air ratio (λ), etc., the amount of burned soot in each cycle can be calculated based on these data, and the cumulative amount of burned soot As can be calculated by accumulating these.

次に、ポスト噴射積算量Apに対する燃焼スート積算量Asの比率R(=As/Ap)を算出する(ステップSS30)。そして、算出した比率Rを予め設定された所定の閾値Rsと比較して、比率Rが閾値Rsよりも低いか否かを判定する(ステップSS40)。この結果、比率Rが閾値Rsよりも低くなったときに、DOC51が劣化していると判定する(ステップSS50)。また、比率Rが閾値Rsよりも低くなければ、DOC51は正常であると判定する(ステップSS60)。
このような処理は、強制再生中に、所定周期で繰り返して行われる。
Next, the ratio R (=As/Ap) of the accumulated amount of combustion soot As to the accumulated amount of post injection Ap is calculated (step SS30). The calculated ratio R is then compared with a predetermined threshold value Rs set in advance to determine whether the ratio R is lower than the threshold value Rs (step SS40). As a result, when the ratio R is lower than the threshold value Rs, it is determined that the DOC 51 has deteriorated (step SS50). On the other hand, when the ratio R is not lower than the threshold value Rs, it is determined that the DOC 51 is normal (step SS60).
This process is repeated at a predetermined interval during forced regeneration.

ただし、本実施形態では、閾値Rsは自動再生時と手動再生時とで異なる値が設定されている。これについて図3を参照して説明する。
なお、図3は横軸にポスト噴射積算量Ap及び再生時間(ポスト噴射時間)をとり、縦軸に燃焼スート積算量Asをとっており、図中の直線の傾きSが比率Rを示す。図3(a)は自動再生時の閾値Rs1に関し、図3(b)は手動再生時の閾値Rs2に関し、それぞれ説明するものである。
However, in this embodiment, the threshold value Rs is set to a different value during automatic regeneration and during manual regeneration, which will be described with reference to FIG.
In Fig. 3, the horizontal axis represents the post injection integrated amount Ap and the regeneration time (post injection time), and the vertical axis represents the combustion soot integrated amount As, and the slope S of the straight line in the figure represents the ratio R. Fig. 3(a) explains the threshold value Rs1 during automatic regeneration, and Fig. 3(b) explains the threshold value Rs2 during manual regeneration.

図3(a),(b)に示すように、強制再生によってDPF52内のスートが完全燃焼すると傾きSは最大となるが、実際の強制再生では、理論上の完全燃焼までは至らず、一般的には傾きは完全燃焼時よりも小さくなる。この傾きは再生時のコンディションに左右され、コンディションがよければ完全燃焼の傾きに近づくが、コンディションが悪いほど、完全燃焼の傾きから離れて傾きは小さくなる。この原因となるコンディションには、内燃機関1の運転状態が含まれ、内燃機関1の運転状態が安定していれば傾きSは大きくなる傾向があり、内燃機関1の運転状態が変化すると傾きSは小さくなる傾向がある。また、このコンディションの中には、DOC51の性能も含まれ、DOC51の劣化に伴って傾きSも小さくなる。 As shown in Figures 3(a) and (b), when the soot in the DPF 52 is completely combusted by forced regeneration, the slope S is at its maximum, but in actual forced regeneration, the theoretical perfect combustion is not reached and the slope is generally smaller than that of complete combustion. This slope depends on the conditions during regeneration; if the conditions are good, the slope approaches the slope of complete combustion, but the worse the conditions are, the smaller the slope becomes and the further it moves away from the slope of complete combustion. The conditions that cause this include the operating state of the internal combustion engine 1; if the operating state of the internal combustion engine 1 is stable, the slope S tends to be large, and if the operating state of the internal combustion engine 1 changes, the slope S tends to be small. The conditions also include the performance of the DOC 51, and the slope S becomes small as the DOC 51 deteriorates.

自動再生は、走行中において内燃機関1の様々な運転状況下で行われるので、コンディションが悪い場合もあり、一方、手動再生は、停止中に行われるので比較的安定して良好なコンディションで行われる。このため、図3(b)に示すように、自動再生時の傾きS(=S1)は手動再生時の傾きS(=S2)よりも小さくなる傾向があり、DOC51が劣化した場合にも、自動再生時の傾きSは手動再生時の傾きSよりも小さくなる。
そこで、本実施形態では、図3(a),(b)に示すように、自動再生時の閾値Rs1は手動再生時の閾値Rs2とは異なった別の値に設定している。これによって、自動再生時の誤検知をするリスクの低減を図っている。
Automatic regeneration is performed under various operating conditions of the internal combustion engine 1 while the engine is running, and therefore may be in poor conditions, whereas manual regeneration is performed while the engine is stopped and therefore is performed in relatively stable and good conditions. For this reason, as shown in Fig. 3(b), the slope S (= S1) during automatic regeneration tends to be smaller than the slope S (= S2) during manual regeneration, and even if the DOC 51 deteriorates, the slope S during automatic regeneration is smaller than the slope S during manual regeneration.
3A and 3B, the threshold value Rs1 during automatic regeneration is set to a value different from the threshold value Rs2 during manual regeneration, thereby reducing the risk of false detection during automatic regeneration.

本劣化診断装置では、このような触媒劣化判定部71によるDOC51の劣化判定を利用して、図4に示すように車両の診断処理を行う。
つまり、DPF自動再生が開始されたら、DOC51の劣化診断を上記の第1の手法(手法1)と第2の手法(手法2)とを用いて実施する(ステップS10)。この場合の手法2では、自動再生時の閾値Rs1を用いる。手法1,手法2ともに劣化判定されなければ、DOC51は正常(劣化なし)と判定し、自動再生終了前であれば自動再生を継続し、自動再生終了タイミングであれば自動再生を完了する(ステップS20)。一方、手法1,手法2の何れかで劣化判定されれば、DOC51は劣化していると判定し、自動再生を禁止する(ステップS30)。
In the deterioration diagnosis device, the deterioration determination of the DOC 51 by the catalyst deterioration determination unit 71 is utilized to perform a diagnosis process for the vehicle as shown in FIG.
That is, when the DPF automatic regeneration is started, the deterioration diagnosis of the DOC 51 is performed using the above-mentioned first method (method 1) and second method (method 2) (step S10). In this case, in method 2, the threshold value Rs1 during automatic regeneration is used. If deterioration is not judged in either method 1 or method 2, the DOC 51 is judged to be normal (not deteriorated), and if it is before the end of automatic regeneration, automatic regeneration is continued, and if it is the automatic regeneration end timing, automatic regeneration is completed (step S20). On the other hand, if deterioration is judged in either method 1 or method 2, the DOC 51 is judged to be deteriorated, and automatic regeneration is prohibited (step S30).

本実施形態では、自動再生が禁止された時点では、手動再生の実行する可能性を残しており、手動再生の条件が成立してDPF手動再生が開始されたら、上記と同様に、DOC51の劣化診断を上記の第1の手法(手法1)と第2の手法(手法2)とを用いて実施する(ステップS40)。この場合の手法2では、手動再生時の閾値Rs2を用いる。手法1,手法2ともに劣化判定されなければ、DOC51は正常(劣化なし)と判定し、手動再生終了前であれば手動再生を継続し、手動再生終了タイミングであれば手動再生を完了する(ステップS50)。その後、自動再生時におけるエラー解除を行い(ステップS60)、自動再生を許可する(ステップS70)。一方、手法1,手法2の何れかで劣化判定されれば、DOC51は劣化していると判定し、手動再生を禁止し、警告ランプを点灯する(ステップS80)。そして、かかる状態にまで至った場合、本実施形態では整備工場への持ち込みを案内し、修理を実施する(ステップS90)。その後は、上記のステップS60及びステップS70の処理を行う。 In this embodiment, when automatic regeneration is prohibited, there is a possibility of performing manual regeneration. When the conditions for manual regeneration are met and manual DPF regeneration is started, the deterioration diagnosis of the DOC 51 is performed using the above-mentioned first method (method 1) and second method (method 2) in the same manner as described above (step S40). In this case, method 2 uses the threshold value Rs2 during manual regeneration. If neither method 1 nor method 2 determines that the DOC 51 is deteriorated, the DOC 51 is determined to be normal (not deteriorated), and if it is before the end of manual regeneration, manual regeneration is continued, and if it is the timing to end manual regeneration, manual regeneration is completed (step S50). After that, the error during automatic regeneration is cleared (step S60), and automatic regeneration is permitted (step S70). On the other hand, if deterioration is determined by either method 1 or method 2, the DOC 51 is determined to be deteriorated, manual regeneration is prohibited, and a warning lamp is turned on (step S80). Then, if the deterioration is reached, in this embodiment, the DOC 51 is guided to a maintenance shop and repairs are performed (step S90). Then, the above steps S60 and S70 are performed.

[2.作用及び効果]
本実施形態に係る内燃機関の触媒劣化診断装置は、上記のように構成されているので、周知の診断手法(手法1)に加えて、手法1とは異なる、ポスト噴射積算量に対する燃焼スート積算量の比率に基づいた劣化診断の手法(手法2)を用いてDOC51の劣化診断を実施するので、DOC51の劣化をより速やかに発見することができ、DOC51の劣化対応処理を速やかに行うことができると共に、効率の悪いポスト噴射の実施を抑制し、燃費の悪化を抑制することができる。
[2. Actions and Effects]
The catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine in this embodiment is configured as described above, and as such, in addition to the well-known diagnosis method (Method 1), a deterioration diagnosis method (Method 2) based on the ratio of the accumulated amount of combustion soot to the accumulated amount of post injection, which is different from Method 1, is used to perform deterioration diagnosis of the DOC 51. This makes it possible to more quickly detect deterioration of the DOC 51, quickly perform deterioration response processing for the DOC 51, and suppress the implementation of inefficient post injection, thereby suppressing deterioration of fuel efficiency.

また、本実施形態では、自動再生時には自動再生時用の閾値Rs1を用い、手動再生時には手動再生時用の閾値Rs2を用いてDOC51の劣化診断を行うので、精度よく診断することができる。 In addition, in this embodiment, the threshold value Rs1 for automatic regeneration is used during automatic regeneration, and the threshold value Rs2 for manual regeneration is used during manual regeneration to perform deterioration diagnosis of the DOC51, allowing for accurate diagnosis.

[3.その他]
以上、実施形態を説明したが、かかる実施形態は一例であり、本件の内燃機関の触媒劣化診断装置は、実施形態のものに限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、手法1と手法2とを併用したが、本件に係る手法2のみを実施してもよい。
[3. Other]
Although the embodiment has been described above, this embodiment is merely an example, and the catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine of the present invention is not limited to the embodiment.
For example, in the above embodiment, the methods 1 and 2 are used in combination, but only the method 2 according to the present invention may be implemented.

1 内燃機関
7 ECU(電子制御ユニット)
11 気筒
12 燃料噴射弁
13 コモンレール
14 高圧ポンプ
15 燃料タンク
16 燃料フィルタ
17 吸気マニホールド
18 排気マニホールド
20 吸気通路
21 エアフィルタ
22 エアフローセンサ
23 インタクーラ
24 吸気温センサ
25 スロットルバルブ
26 インマニ圧センサ
27 レール圧センサ
30 排気通路
31 排気フラップ
32 DOC入口温度センサ
33 DOC出口温度センサ
34 DPF差圧センサ
40 EGR(排ガス再循環)通路
41 EGRクーラ
42 EGRバルブ
50 触媒コンバータ
51 酸化触媒(DOC)
52 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
53 後段触媒(CUC)
60 ターボチャージャ
61 ターボチャージャ60のコンプレッサ
62 ターボチャージャ60のタービン
71 触媒劣化判定部(触媒劣化判定手段)
1 Internal combustion engine 7 ECU (electronic control unit)
REFERENCE SIGNS LIST 11 cylinder 12 fuel injection valve 13 common rail 14 high-pressure pump 15 fuel tank 16 fuel filter 17 intake manifold 18 exhaust manifold 20 intake passage 21 air filter 22 air flow sensor 23 intercooler 24 intake air temperature sensor 25 throttle valve 26 intake manifold pressure sensor 27 rail pressure sensor 30 exhaust passage 31 exhaust flap 32 DOC inlet temperature sensor 33 DOC outlet temperature sensor 34 DPF differential pressure sensor 40 EGR (exhaust gas recirculation) passage 41 EGR cooler 42 EGR valve 50 catalytic converter 51 oxidation catalyst (DOC)
52 Diesel Particulate Filter (DPF)
53 Rear catalyst (CUC)
60 Turbocharger 61 Compressor of turbocharger 60 62 Turbine of turbocharger 60 71 Catalyst deterioration determination unit (catalyst deterioration determination means)

Claims (1)

内燃機関から排出された排気ガスを浄化するために排気通路に設けられ排気ガス中の成分を酸化させる酸化触媒と、当該酸化触媒よりも前記排気通路の下流側に設けられるディーゼルパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、からなる内燃機関の触媒劣化診断装置であって、
前記触媒劣化判定手段は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生中、当該ディーゼルパティキュレートフィルタを再生するためのポスト噴射の積算量であるポスト噴射積算量とディーゼルパティキュレートフィルタで燃焼したスートの積算量である燃焼スート積算量との情報に基づき、前記ポスト噴射積算量に対する前記燃焼スート積算量の比率が所定閾値よりも低くなったとき、前記酸化触媒が劣化していると判定する
内燃機関の触媒劣化診断装置。
A catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine, comprising: an oxidation catalyst that is provided in an exhaust passage to purify exhaust gas discharged from an internal combustion engine and oxidizes components in the exhaust gas; a diesel particulate filter that is provided downstream of the oxidation catalyst in the exhaust passage; and catalyst deterioration determination means that determines deterioration of the oxidation catalyst,
The catalyst deterioration determination means is a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine that determines that the oxidation catalyst is deteriorated when a ratio of a post injection integrated amount, which is an integrated amount of post injections for regenerating the diesel particulate filter, to a combustion soot integrated amount, which is an integrated amount of soot burned in the diesel particulate filter, becomes lower than a predetermined threshold value during regeneration of the diesel particulate filter.
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