JP3622597B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載された内燃機関の排気浄化技術に関し、特に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の劣化を検出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、排気中の有害ガス成分を浄化することを目的として、排気通路の途中に排気浄化触媒が設けられている。このような排気浄化触媒としては、例えば、セラミック担体の表面にアルミナをコーティングし、そのアルミナ表面に白金−ロジウム系あるいはパラジウム−ロジウム系の貴金属触媒物質を担持して構成された三元触媒等が知られている。
【0003】
三元触媒は、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気中に含まれる炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)を排気中の酸素(O2)と反応させて水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)へ酸化すると同時に、排気中に含まれる窒素酸化物(NOX)を排気中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)と反応させて水(H2O)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)へ還元する。
【0004】
このような三元触媒によれば、排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOX)を浄化することが可能となり、それらの有害ガス成分が大気中に放出されることが防止される。
【0005】
ところで、上記したような排気浄化装置では、三元触媒の性能劣化を正確に判定することも重要である。このような要求に対し、従来では、特開平8−270438号公報に記載されたような「触媒劣化判定装置」が知られている。
【0006】
上記した公報に記載された触媒劣化判定装置は、触媒コンバータから排出された排気の温度(触媒出ガス温度)に基づいて触媒の実際の温度を測定するとともに、機関運転状態や触媒コンバータの外部環境に基づいて触媒コンバータの劣化度が所定程度であるときの触媒温度を推定し、測定された触媒温度と推定された触媒温度とを比較して触媒コンバータの劣化度を判定しようとするものである。すなわち、上記した公報に記載された触媒劣化判定装置は、触媒出ガス温度をパラメータとして触媒コンバータ内で発生した反応熱の量を測定し、測定された熱量から触媒コンバータの劣化度合を判定しようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した触媒劣化判定装置では、内燃機関の運転状態や排気の温度が安定しているとき、特に内燃機関がアイドル運転状態にあるときに、触媒の劣化判定を行うことが好ましい。
【0008】
ところで、近年では触媒コンバータの容量が増加される傾向にあるため、内燃機関がアイドル運転状態にあるときのように排気の流速が低いときには、触媒コンバータ内の一部で発生した反応熱が他の部位に伝達され難く、触媒コンバータ内において部位毎の温度が異なる場合がある。
【0009】
このような触媒コンバータ内の温度差は触媒出ガス温度に反映され難いため、内燃機関がアイドル運転状態にあるときの触媒出ガス温度に基づいて触媒コンバータ内で発生した熱量を正確に測定することは困難であり、触媒劣化判定の精度が低下する虞がある。
【0010】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒の内部の温度分布を正確に判定することができる技術を提供することにより、排気浄化触媒に関する劣化判定の精度向上に寄与することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の触媒劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より下流の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記内燃機関が所定回転数以下の定常運転を一定期間継続した後に高回転運転状態へ移行する際に、前記排気温度検出手段の検出値に基づいて前記排気浄化触媒の劣化度合を判定する触媒劣化判定手段と、
を備えることを特徴としている。
【0012】
このように構成された排気浄化装置では、触媒劣化判定手段は、内燃機関が所定回転数以下の定常運転状態を一定期間継続した後の高回転運転状態へ移行する際に排気浄化触媒から排出される排気の温度に基づいて排気浄化触媒の劣化を判定する。
【0013】
ここで、内燃機関が所定回転数以下の定常運転状態を継続した後に高回転運転状態へ移行すると、内燃機関から排出される排気の流量が急激に増加し、且つ、排気の流速が急激に高まるため、内燃機関の定常運転時に排気浄化触媒内に滞留していた排気が一斉に排出されることになる。このように排気浄化触媒から一斉に排出された排気の温度は、排気浄化触媒全体の熱量を反映した温度となる。
【0014】
従って、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置では、触媒劣化判定手段は、排気浄化触媒内の温度が反映された排気温度に基づいて排気浄化触媒の劣化判定を行うことになり、判定精度が低下することがない。
【0015】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、所定回転数以下の定常運転状態としては、アイドル運転状態を例示することができ、高回転運転状態としては加速運転状態を例示することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸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2aを有する4サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。この内燃機関1には、各気筒2aの燃焼室に臨むよう点火栓2bが取り付けられている。
【0018】
前記内燃機関1には、吸気枝管3が接続され、前記吸気枝管3の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒2aの燃焼室と連通している。
前記吸気枝管3は、サージタンク4に接続され、サージタンク4は、吸気管5を介してエアクリーナボックス6に接続されている。
【0019】
前記吸気管5には、図示しないアクセルペダルと連動して、前記吸気管5内を流れる吸気流量を調節するスロットル弁7が設けられている。スロットル弁7には、該スロットル弁7の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ8が取り付けられている。
【0020】
前記吸気管5において前記スロットル弁7より上流の部位には、吸気管5内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ9が取り付けられている。
【0021】
前記吸気枝管3の各枝管には、各気筒2aの吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁11a、11b、11c、11d(以下、燃料噴射弁11と総称する)が取り付けられている。
【0022】
各燃料噴射弁11は、燃料分配管10と連通しており、燃料分配管10は、図示しない燃料ポンプと連通している。前記燃料ポンプから吐出された燃料は、前記燃料分配管10に供給され、次いで燃料分配管10から各燃料噴射弁11へ分配されるようになっている。
【0023】
各燃料噴射弁11は、電気配線を介して駆動回路12a、12b、12c、12d(以下、駆動回路12と総称する)と接続されており、前記駆動回路12から燃料噴射弁11へ駆動電流が印加されると、前記燃料噴射弁11が開弁して燃料を噴射するようになっている。
【0024】
一方、内燃機関1には、排気枝管13が接続され、排気枝管13の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒2aの燃焼室と連通している。前記排気枝管13は、排気管14に接続され、排気管14は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【0025】
前記排気管14の途中には、該排気管14内を流れる排気に含まれる有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒15が設けられている。この排気浄化触媒15は、例えば、排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するよう格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、セラミック担体の表面にコーティングされた触媒層とを備え、触媒層が多数の細孔を有する多孔質のアルミナ(Al2O3)の表面に白金−ロジウム(Pt−Rh)系あるいはパラジウム−ロジウム(Pd−Rh)系の貴金属触媒物質を担持させて形成された三元触媒である。
【0026】
このように構成された排気浄化触媒15は、所定温度以上のときに活性し、該排気浄化触媒15に流入する排気の空燃比が所望の空燃比近傍にあると、排気に含まれる炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)を排気中の酸素O2と反応させてH2O及びCO2へ酸化すると同時に、排気中のNOXを排気中のHC及びCOと反応させてH2O、CO2、N2へ還元する。
【0027】
前記排気管14において排気浄化触媒15より上流の部位には、排気浄化触媒15へ流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ16が設けられている。
【0028】
前記空燃比センサ16は、例えば、ジルコニア(ZrO2)を筒状に焼成した固体電解質部と、この固体電解質部の外面を覆う外側白金電極と、前記固体電解質部の内面を覆う内側白金電極とから形成され、前記電極間に電圧が印加された場合に、酸素イオンの移動に伴って排気ガス中の酸素濃度(理論空燃比よりもリッチ側のときは未燃ガス成分の濃度)に比例した値の電圧を出力するセンサである。
【0029】
前記排気管14において排気浄化触媒15の直下流の部位には、排気浄化触媒15から流出した排気の温度(以下、触媒出ガス温度と称する)に対応した電気信号を出力する排気温度センサ17が設けられている。
【0030】
一方、内燃機関1には、図示しないクランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、内燃機関1のシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとから構成され、前記クランクシャフトが所定角度(例えば、30度)回転する都度、パルス信号を出力するクランクポジションセンサ18が取り付けられている。
【0031】
前記内燃機関1には、該内燃機関1のシリンダブロック及びシリンダヘッドに形成されたウォータジャケット内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ19が取り付けられている。
【0032】
この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(ECU:Electronic Control Unit)20が併設されている。ECU20には、スロットルポジションセンサ8、エアフローメータ9、空燃比センサ16、排気温度センサ17、クランクポジションセンサ18、水温センサ19等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がECU20に入力されるようになっている。
【0033】
前記ECU20には、点火栓2b、駆動回路12等が電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号値をパラメータとして点火栓2bや駆動回路12等を制御するようになっている。
【0034】
ここで、ECU20は、図2に示すように、双方向性バス21により相互に接続された、CPU22とROM23とRAM24とバックアップRAM25と入力ポート26と出力ポート27とを備えるとともに、前記入力ポート26に接続されたA/Dコンバータ(A/D)28を備えている。
【0035】
前記入力ポート26は、クランクポジションセンサ18のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をCPU22やRAM24へ送信する。
【0036】
前記入力ポート26は、スロットルポジションセンサ7、エアフローメータ9、空燃比センサ16、排気温度センサ17、水温センサ19のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をA/Dコンバータ28を介して入力し、それらの出力信号をCPU22やRAM24へ送信する。
【0037】
前記出力ポート27は、点火栓2b、駆動回路12等と電気配線を介して接続され、CPU22から出力される制御信号を、点火栓2bや駆動回路12へ送信する。
【0038】
前記ROM23は、各点火栓2bの点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、各燃料噴射弁11から噴射すべき燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行うための空燃比フィードバック制御ルーチン、各燃料噴射弁11の燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン等のアプリケーションプログラムと、各種の制御マップを格納する。
【0039】
前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の始動時における冷却水の温度と始動時から排気浄化触媒15が活性するまでに要する時間(以下、触媒活性時間と称する)との関係を示す活性判定制御マップ等である。
【0040】
前記RAM24は、各センサからの出力信号やCPU22の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ18の出力信号より算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ18が信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【0041】
前記バックアップRAM25は、内燃機関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
前記CPU22は、前記ROM23に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作する。その際、CPU22は、RAM24に記憶された前記各センサの出力信号より内燃機関1の運転状態を判定し、その運転状態と各制御マップとから点火制御や燃料噴射制御等の各種制御を実行するとともに、本発明の要旨となる排気浄化触媒15の劣化判定制御(触媒劣化判定制御)を実行する。
【0042】
触媒劣化判定制御では、CPU22は、排気浄化触媒15より下流の排気管14に取り付けられた排気温度センサ17の出力信号値(触媒出ガス温度)に基づいて排気浄化触媒15の劣化度合を判定する。
【0043】
尚、触媒劣化判定制御は、内燃機関1から排出される排気の温度が安定しているとき、例えば内燃機関1がアイドル運転状態にあるときに実行されることが好ましい。しかしながら、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときは、排気浄化触媒15内において部位毎の温度が異なる場合があり、そのような排気浄化触媒15内の温度差が触媒出ガス温度に反映され難いため、排気浄化触媒15内の温度差が反映された触媒出ガス温度を検出する必要がある。
【0044】
ここで、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときの排気浄化触媒15内の温度分布の一例を図3に示す。図3に示す例では、排気浄化触媒が新品状態にある場合に内燃機関1がアイドル運転状態にあると、内燃機関から排出される排気の温度が低くなるため、排気浄化触媒内の入口部分は低温の排気に曝されて比較的低温となるが、中間部分から出口部分にかけての部位では有害ガス成分と触媒物質との反応が活発となり、それに応じて反応熱の量が多くなるため、急激に温度が高くなっている。
【0045】
これに対し、排気浄化触媒が劣化した状態にある場合は、排気浄化触媒内の入口部分の温度は新品状態の場合と同様に比較的低くなっているが、中間部分では有害ガス成分と触媒物質との反応が緩慢となり、それに応じて反応熱の発生量も少なくなるため、新品状態の排気浄化触媒に比して大幅に温度が低くなっている。
【0046】
このように新品状態の排気浄化触媒と劣化状態の排気浄化触媒とでは、排気浄化触媒内で発生する反応熱の量が異なるため、排気浄化触媒内で発生する反応熱の量を検出することにより、排気浄化触媒の劣化度合を判定することが可能となる。
【0047】
ところで、内燃機関1がアイドル運転状態にある場合のように排気の流速が低い場合は、触媒出ガス温度は、排気浄化触媒15内の出口部分の温度を反映し易く、且つ、排気浄化触媒全体の熱量を反映し難いため、単に内燃機関1がアイドル運転状態にあるときの触媒出ガス温度を検出しただけでは排気浄化触媒1全体の熱量を把握することは困難である。
【0048】
そこで、本実施の形態における触媒劣化判定制御では、CPU22は、内燃機関1が所定時間以上アイドル運転された後に加速運転へ移行する際の触媒出ガス温度に基づいて劣化判定処理を行うようにした。
【0049】
これは、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した時には、内燃機関1から排出される排気の流量が急激に増加するとともに排気浄化触媒15を通過する排気の流速が急激に高まり、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときに排気浄化触媒15内に滞留していた排気が排気浄化触媒15から一斉に排出されることになるため、その際の触媒出ガス温度が排気浄化触媒15全体の熱量を反映した温度となるからである。
【0050】
例えば、内燃機関1がアイドル運転されているときは、内燃機関1から排出される排気の温度が比較的低くなり、それに応じて排気浄化触媒15内に滞留する排気の温度も比較的低くなるため、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行して排気浄化触媒15内に滞留していた排気が一斉に排出されると、触媒出ガス温度が一旦低下することになる。
【0051】
その際、排気浄化触媒15が劣化していなければ、排気浄化触媒15内で発生する反応熱によって該排気浄化触媒15内に滞留していた排気が加熱されるため、排気浄化触媒15内に滞留していた排気が一斉に排出された際の触媒出ガス温度はあまり低下しないことになる。
【0052】
一方、排気浄化触媒15が劣化していれば、排気浄化触媒15内で発生する反応熱の量が少なくなり、該排気浄化触媒15内に滞留していた排気があまり加熱されなくなるため、排気浄化触媒15内に滞留していた排気が一斉に排出された際の触媒出ガス温度が大幅に低下することになる。
【0053】
この結果、内燃機関1が所定時間以上アイドル運転された後に加速運転状態へ移行した際の触媒出ガス温度は、排気浄化触媒15全体の熱量を反映した温度と言える。
【0054】
以下、本実施の形態における触媒劣化判定制御について具体的に説明する。
CPU22は、排気浄化触媒15の劣化判定制御を実行するにあたり、図4に示すような触媒劣化判定制御ルーチンを実行する。
【0055】
触媒劣化判定制御ルーチンは、予めROM23に記憶されたルーチンであり、所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ18がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0056】
触媒劣化判定制御ルーチンでは、CPU22は、先ずステップ401において劣化判定条件が成立しているか否かを判別する。劣化判定条件としては、例えば、内燃機関1の暖機が完了している、排気浄化触媒15が活性状態にある、などの条件を例示することができる。
【0057】
前記ステップ401において劣化判定条件が不成立であると判定した場合は、CPU22は、ステップ408において内燃機関1がアイドル運転状態を継続している時間を計時するためのカウンタ:Cidlのカウンタ値を“0”にリセットして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0058】
一方、前記ステップ401において劣化判定条件が成立していると判定した場合は、CPU22は、ステップ402へ進み、内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態にあるか否かを判別する。
【0059】
前記ステップ402において内燃機関1がアイドル運転状態にあると判定した場合は、CPU22は、ステップ403へ進み、カウンタ:Cidlのカウンタ値を更新する。CPU22は、ステップ403の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0060】
前記ステップ402において内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態にないと判定した場合は、CPU22はステップ404へ進み、内燃機関1が加速運転状態にあるか否かを判別する。
【0061】
前記ステップ404において内燃機関1が加速運転状態にないと判定した場合、すなわち、内燃機関1がアイドル運転状態になく、且つ、加速運転状態にもないと判定した場合は、CPU22は、ステップ408においてカウンタ:Cidlのカウンタ値を“0”にリセットして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0062】
前記ステップ404において内燃機関1が加速運転状態にあると判定した場合は、CPU22は、ステップ405へ進み、カウンタ:Cidlのカウンタ値が所定時間:Cを越えているか否か、すなわち、内燃機関1がアイドル運転状態を所定時間:C以上継続した後に加速運転状態へ移行したか否かを判別する。尚、前記した所定時間:Cは、内燃機関1がアイドル運転状態を継続することに起因した排気浄化触媒15内の温度差が発生するのに十分な時間である。
【0063】
前記ステップ405においてカウンタ:Cidlの計時時間が所定時間:C以下であると判定した場合は、CPU22は、ステップ408においてカウンタ:Cidlのカウンタ値を“0”にリセットして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0064】
前記ステップ405においてカウンタ:Cidlの計時時間が所定時間:Cを越えていると判定した場合は、CPU22は、ステップ406へ進み、排気温度センサ17の出力信号値(触媒出ガス温度)を入力する。
【0065】
ステップ407では、CPU22は、前記ステップ406において入力した触媒出ガス温度に基づいて触媒劣化判定処理を実行する。すなわち、CPU22は、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した直後の触媒出ガス温度をパラメータとして排気浄化触媒15の劣化度合を判定する。
【0066】
ここで、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した直後は、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときに排気浄化触媒15内に滞留していた全ての排気が一斉に排出されることになる。
【0067】
その際、排気浄化触媒15内において比較的低温の部位の近傍に滞留していた排気は低温のまま排出され、排気浄化触媒15内において比較的高温の部位の近傍に滞留していた排気は高温のまま排出されることになる。つまり、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した直後に排気浄化触媒15から一斉に排出される排気が持つ熱量は、排気浄化触媒15内の全体の熱量を反映したものとなる。
【0068】
この結果、排気浄化触媒15から一斉に排出された排気の温度を検出することにより、排気浄化触媒15内の全体の熱量を正確に検出することが可能となる。例えば、内燃機関1がアイドル運転状態を所定時間:C以上継続した後に加速運転状態へ移行した場合に、排気浄化触媒15が劣化していなければ、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した直後の触媒出ガス温度は、図5に示すように、アイドル運転時の触媒出ガス温度に比して一旦低下するものの、その低下度合が過剰に大きくなることはない。これは、内燃機関がアイドル運転状態にあるときに、排気浄化触媒15内で触媒物質と有害ガス成分との反応が活発に行われ、その際に発生する反応熱の量が比較的多くなるためと考えられる。
【0069】
これに対し、内燃機関1がアイドル運転状態を所定時間:C以上継続した後に加速運転状態へ移行した場合に、排気浄化触媒15が劣化していると、内燃機関1がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した直後の触媒出ガス温度は、アイドル運転時の触媒出ガス温度に比して一旦低下し、その低下の度合が過剰に大きくなる。これは、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときに、排気浄化触媒15内で触媒物質と有害ガス成分との反応が緩慢となり、それに応じて反応熱の発生量も少なくなるためと考えられる。
【0070】
ここで図4の触媒劣化判定制御ルーチンに戻り、CPU22は、前記S407において触媒劣化判定処理を実行し終えると、ステップ408へ進み、カウンタ:Cidlのカウンタ値を“0”にリセットする。CPU22は、ステップ408の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0071】
このように、CPU22が触媒劣化判定制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる触媒劣化判定手段が実現される。
従って、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関1がアイドル運転状態を所定時間以上継続した後の加速運転状態へ移行する際の触媒出ガス温度に基づいて排気浄化触媒15の劣化判定を行うことにより、内燃機関1がアイドル運転状態にあるときの排気浄化触媒15内の温度分布を反映した触媒出ガス温度に基づいて劣化判定を行うことが可能となり、判定精度を向上させることが可能となる。
【0072】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が所定回転数以下の定常運転を一定期間継続した後の高回転運転状態へ移行する際の排気温度検出手段の検出値をパラメータとして排気浄化触媒の劣化度合が判定されるため、排気浄化触媒内の温度分布が反映された検出値に基づいた精度の高い劣化判定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図2】ECUの内部構成を示すブロック図
【図3】排気浄化触媒内部の温度分布を示す図
【図4】触媒劣化判定制御ルーチンを示す図
【図5】内燃機関がアイドル運転状態から加速運転状態へ移行した際の触媒出ガス温度の態様を示す図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
2a・・・気筒
2b・・・点火栓
13・・・排気枝管
14・・・排気管
15・・・排気浄化触媒
16・・・空燃比センサ
17・・・排気温度センサ
18・・・クランクポジションセンサ
19・・・水温センサ
20・・・ECU
22・・・CPU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification technology for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to a technology for detecting deterioration of an exhaust purification catalyst provided in an exhaust system of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, an exhaust purification catalyst is provided in the middle of the exhaust passage for the purpose of purifying harmful gas components in the exhaust. As such an exhaust purification catalyst, for example, a three-way catalyst configured by coating alumina on the surface of a ceramic carrier and supporting a platinum-rhodium-based or palladium-rhodium-based noble metal catalyst substance on the alumina surface, etc. Are known.
[0003]
The three-way catalyst causes hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) contained in the exhaust to react with oxygen (O 2 ) in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is near the stoichiometric air-fuel ratio. In addition to oxidizing to water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust gas is reacted with hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas. To water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), and nitrogen (N 2 ).
[0004]
According to such a three-way catalyst, it becomes possible to purify hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust, and those harmful gas components are removed from the atmosphere. It is prevented from being released inside.
[0005]
By the way, in the exhaust purification apparatus as described above, it is also important to accurately determine the performance deterioration of the three-way catalyst. Conventionally, a “catalyst deterioration determination device” as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-270438 is known in response to such a requirement.
[0006]
The catalyst deterioration determination device described in the above publication measures the actual temperature of the catalyst based on the temperature of the exhaust gas exhausted from the catalytic converter (catalyst output gas temperature), and the engine operating state and the external environment of the catalytic converter. Is used to estimate the catalyst temperature when the degree of deterioration of the catalytic converter is a predetermined degree, and to compare the measured catalyst temperature with the estimated catalyst temperature to determine the degree of deterioration of the catalytic converter. . That is, the catalyst deterioration determination device described in the above publication measures the amount of reaction heat generated in the catalytic converter using the catalyst output gas temperature as a parameter, and tries to determine the deterioration degree of the catalytic converter from the measured heat amount. To do.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the catalyst deterioration determination device described above, it is preferable to determine the deterioration of the catalyst when the operation state of the internal combustion engine and the exhaust gas temperature are stable, particularly when the internal combustion engine is in the idle operation state.
[0008]
By the way, in recent years, since the capacity of the catalytic converter tends to increase, when the flow rate of the exhaust gas is low, such as when the internal combustion engine is in an idle operation state, the reaction heat generated in a part of the catalytic converter is different from the other. It is difficult to transmit to the part, and the temperature of each part may be different in the catalytic converter.
[0009]
Since such a temperature difference in the catalytic converter is difficult to be reflected in the catalyst outlet gas temperature, the amount of heat generated in the catalytic converter must be accurately measured based on the catalyst outlet gas temperature when the internal combustion engine is in an idle operation state. Is difficult, and there is a possibility that the accuracy of the catalyst deterioration determination is lowered.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique capable of accurately determining the temperature distribution inside the exhaust purification catalyst, thereby providing accuracy of deterioration determination regarding the exhaust purification catalyst. The purpose is to contribute to improvement.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the following means are adopted to solve the above-described problems. That is, the catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to the present invention is
An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust temperature detecting means provided in an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst, and detecting a temperature of exhaust flowing through the exhaust passage;
Catalyst deterioration for determining the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst based on the detection value of the exhaust gas temperature detecting means when the internal combustion engine shifts to a high rotation operation state after continuing a steady operation at a predetermined speed or less for a certain period. A determination means;
It is characterized by having.
[0012]
In the exhaust purification device configured as described above, the catalyst deterioration determination means is discharged from the exhaust purification catalyst when the internal combustion engine shifts to a high rotation operation state after continuing a steady operation state at a predetermined rotation speed or lower for a certain period. The deterioration of the exhaust purification catalyst is determined based on the temperature of the exhaust gas.
[0013]
Here, when the internal combustion engine shifts to the high rotation operation state after continuing the steady operation state of the predetermined number of revolutions or less, the flow rate of the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine increases rapidly, and the flow rate of the exhaust gas increases rapidly. Therefore, the exhaust gas that has accumulated in the exhaust purification catalyst during the steady operation of the internal combustion engine is discharged all at once. In this way, the temperature of the exhaust gas discharged from the exhaust purification catalyst all at once becomes a temperature reflecting the amount of heat of the entire exhaust purification catalyst.
[0014]
Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the catalyst deterioration determination means performs the deterioration determination of the exhaust purification catalyst based on the exhaust temperature reflecting the temperature in the exhaust purification catalyst, and the determination accuracy is high. There is no decline.
[0015]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, an idle operation state can be exemplified as a steady operation state at a predetermined rotational speed or less, and an acceleration operation state can be exemplified as a high rotation operation state.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a four-cycle water-cooled gasoline engine having four
[0018]
An intake branch pipe 3 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 3 communicates with a combustion chamber of each
The intake branch pipe 3 is connected to a surge tank 4, and the surge tank 4 is connected to an air cleaner box 6 via an intake pipe 5.
[0019]
The intake pipe 5 is provided with a
[0020]
An
[0021]
Fuel injection valves 11a, 11b, 11c, and 11d (hereinafter collectively referred to as fuel injection valves 11) for injecting fuel toward the intake ports of the
[0022]
Each fuel injection valve 11 communicates with a
[0023]
Each fuel injection valve 11 is connected to drive
[0024]
On the other hand, an
[0025]
An exhaust
[0026]
The
[0027]
An air-
[0028]
The air-
[0029]
An exhaust temperature sensor 17 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 15 (hereinafter referred to as catalyst exhaust gas temperature) is provided at a position immediately downstream of the
[0030]
On the other hand, the internal combustion engine 1 includes a timing rotor attached to an end portion of a crankshaft (not shown) and an electromagnetic pickup attached to a cylinder block of the internal combustion engine 1, and the crankshaft has a predetermined angle (for example, 30 A crank
[0031]
The internal combustion engine 1 is provided with a
[0032]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 20 for controlling the internal combustion engine 1. Various sensors such as a throttle position sensor 8, an
[0033]
The
[0034]
Here, as shown in FIG. 2, the
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The control map includes, for example, an ignition timing control map indicating the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the ignition timing, a fuel injection amount control map indicating the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount, and the internal combustion engine 1. The fuel injection timing control map showing the relationship between the operating state of the engine and the fuel injection timing, the temperature of the cooling water at the start of the internal combustion engine 1 and the time required from the start to the activation of the exhaust purification catalyst 15 (hereinafter referred to as catalyst activation time) An activity determination control map showing the relationship between
[0040]
The
[0041]
The
The
[0042]
In the catalyst deterioration determination control, the
[0043]
The catalyst deterioration determination control is preferably executed when the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is stable, for example, when the internal combustion engine 1 is in an idle operation state. However, when the internal combustion engine 1 is in an idle operation state, the temperature of each part in the
[0044]
Here, FIG. 3 shows an example of the temperature distribution in the
[0045]
On the other hand, when the exhaust purification catalyst is in a deteriorated state, the temperature of the inlet portion in the exhaust purification catalyst is relatively low as in the case of a new product, but in the middle portion, harmful gas components and catalyst substances are present. Reaction is slowed down and the amount of reaction heat generated is reduced accordingly, so the temperature is significantly lower than that of a new exhaust purification catalyst.
[0046]
As described above, since the amount of reaction heat generated in the exhaust purification catalyst differs between the new exhaust purification catalyst and the deteriorated exhaust purification catalyst, the amount of reaction heat generated in the exhaust purification catalyst is detected. It becomes possible to determine the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst.
[0047]
By the way, when the flow rate of the exhaust gas is low as in the case where the internal combustion engine 1 is in the idling operation state, the catalyst outgas temperature easily reflects the temperature of the outlet portion in the
[0048]
Therefore, in the catalyst deterioration determination control in the present embodiment, the
[0049]
This is because when the internal combustion engine 1 shifts from the idle operation state to the acceleration operation state, the flow rate of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 increases rapidly, and the flow rate of the exhaust gas passing through the
[0050]
For example, when the internal combustion engine 1 is idling, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is relatively low, and accordingly, the temperature of the exhaust gas staying in the
[0051]
At this time, if the
[0052]
On the other hand, if the
[0053]
As a result, it can be said that the catalyst outgas temperature when the internal combustion engine 1 shifts to the acceleration operation state after the idling operation for a predetermined time or longer reflects the heat amount of the entire
[0054]
Hereinafter, the catalyst deterioration determination control in the present embodiment will be specifically described.
In executing the deterioration determination control of the
[0055]
The catalyst deterioration determination control routine is a routine stored in the
[0056]
In the catalyst deterioration determination control routine, the
[0057]
When it is determined in
[0058]
On the other hand, if it is determined in
[0059]
When it is determined in step 402 that the internal combustion engine 1 is in the idling state, the
[0060]
If it is determined in step 402 that the operation state of the internal combustion engine 1 is not in the idle operation state, the
[0061]
If it is determined in
[0062]
When it is determined in
[0063]
If it is determined in step 405 that the time measured by the counter: Cidl is equal to or less than the predetermined time: C, the
[0064]
If it is determined in step 405 that the time measured by the counter: Cidl exceeds the predetermined time: C, the
[0065]
In step 407, the
[0066]
Here, immediately after the internal combustion engine 1 shifts from the idle operation state to the acceleration operation state, all the exhaust gas remaining in the
[0067]
At that time, the exhaust gas staying in the vicinity of the relatively low temperature portion in the
[0068]
As a result, it is possible to accurately detect the total amount of heat in the
[0069]
On the other hand, when the internal combustion engine 1 has been in the idle operation state for a predetermined time: C or more and then shifted to the acceleration operation state, if the
[0070]
Here, returning to the catalyst deterioration determination control routine of FIG. 4, when the
[0071]
Thus, when the
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the exhaust gas purification is performed based on the catalyst exhaust gas temperature when the internal combustion engine 1 shifts to the acceleration operation state after continuing the idle operation state for a predetermined time or more. By performing the deterioration determination of the
[0072]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas purification is performed using the detected value of the exhaust gas temperature detection means as a parameter when the internal combustion engine shifts to a high rotation operation state after continuing a steady operation at a predetermined speed or less for a certain period. Since the degree of deterioration of the catalyst is determined, it is possible to perform highly accurate deterioration determination based on the detection value reflecting the temperature distribution in the exhaust purification catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to the present invention is applied. FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU. FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution inside an exhaust purification catalyst. 4 is a diagram showing a catalyst deterioration determination control routine. FIG. 5 is a diagram showing a mode of catalyst output gas temperature when the internal combustion engine is shifted from an idle operation state to an acceleration operation state.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......
22 ... CPU
Claims (2)
前記排気浄化触媒より下流の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記内燃機関が所定回転数以下の定常運転を一定期間継続した後に高回転運転状態へ移行する際に、前記排気温度検出手段の検出値に基づいて前記排気浄化触媒の劣化度合を判定する触媒劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust temperature detecting means provided in an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst and detecting a temperature of exhaust flowing through the exhaust passage;
Catalyst deterioration for determining the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst based on the detected value of the exhaust gas temperature detecting means when the internal combustion engine shifts to the high rotation operation state after continuing the steady operation at a predetermined speed or less for a certain period. A determination means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
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