JP4134665B2 - HC concentration prediction method and HC adsorption catalyst deterioration diagnosis device - Google Patents

HC concentration prediction method and HC adsorption catalyst deterioration diagnosis device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＣ濃度予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関し、より具体的には、低温でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法、および、そのようなＨＣ吸着触媒の劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスを浄化するための触媒として、低温でＨＣを吸着し、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化する、いわゆるＨＣ吸着触媒が知られている。
【０００３】
ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する手法として、特許文献１は、排気通路においてＨＣ吸着触媒の上流側と下流側とにＯ2センサを設け、その出力値の差に基づいてＨＣ吸着触媒の劣化を判断する手法を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２１２３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断するためには、エンジン始動後の比較的短い期間内で診断を行う必要があり、実際には、特許文献１に開示されているような手法を用いても、ＨＣ吸着触媒の劣化を十分に精度良く診断することはできない。すなわち、ＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断する手法は確立されていないのが現状である。
【０００６】
また、ＨＣ吸着触媒をエンジンに実際に搭載した場合の浄化性能を精度よく見積もる手法も確立されてはいない。つまり、ある仕様のＨＣ吸着触媒が設けられたときのＨＣ濃度変化を精度よく予測する手法が見出されていない。従って、どの程度のサイズのＨＣ吸着触媒を設けることによって所望の浄化率が得られるかは、試作・検証・改良を繰り返すことによって見積もられている。そのため、開発コストの上昇や開発サイクルの長期化を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法であって、前記触媒の温度を検出する検出ステップと、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、前記触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する第１予測ステップと、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、前記第１予測ステップと同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する第２予測ステップと、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【０００９】
前記浄化モデルは、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルであることが好ましい。
【００１０】
前記ＨＣ吸着速度Ｒ1および前記ＨＣ放出速度Ｒ2は、所定の係数を含む式により算出され、前記所定の係数は、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、前記所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定されることが好ましい。
【００１１】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化診断装置であって、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度検出手段と、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する予測手段と、前記触媒の劣化を診断する劣化診断手段と、を備え、前記予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、前記ＨＣ濃度検出手段によって検出された前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測し、前記劣化診断手段は、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、前記予測手段によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、前記触媒の劣化を判断する構成を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１２】
以下、本発明の作用を説明する。
【００１３】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００１４】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００１５】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００１６】
浄化モデルとして、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを用いると、ＨＣが浄化される点について精度良く考慮した予測を好適に行うことができる。
【００１７】
ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には、所定の係数を含む式により算出される。このとき、所定の係数を、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定しておくと、すなわち、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００１８】
本発明によるＨＣ吸着触媒の劣化診断装置が有する予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出手段によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。
【００１９】
すなわち、予測手段は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測手段は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。 このように、本発明による劣化診断装置が備える予測手段は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態のＨＣ濃度変化予測方法およびＨＣ吸着触媒の劣化診断装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
（ＨＣ濃度変化予測方法）
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、所定の温度域（典型的には低温域）でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法である。
【００２２】
まず、本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理を説明する。
【００２３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法においては、ＨＣ吸着触媒（以下、単に「触媒」とも表記する。）上でのＨＣの吸着、放出（脱離）および浄化について、図１に示すようなモデルを設定し、このモデルに基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。
【００２４】
ＨＣの濃度変化を予測するために、単位時間当たりのＨＣ減少量と、単位時間当たりのＨＣ増加量とを見積もる必要がある。本実施形態の予測方法では、ＨＣ減少量については、触媒への吸着と触媒による浄化とを考慮し、ＨＣ増加量については、触媒からの放出を考慮する。
【００２５】
触媒への吸着と触媒からの放出については、Ｌａｎｇｍｕｉｒモデルに基づいてＨＣ吸着速度Ｒ1とＨＣ放出速度Ｒ2を設定する。さらに、触媒によってＨＣが浄化されるモデル（浄化モデル）に基づいて、ＨＣ浄化速度Ｒ3を設定する。
【００２６】
排気ガス中のＨＣ濃度を［ＨＣ（ｇ）］、ＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣ量を［ＨＣ（ａ）］とすると、ＨＣ濃度の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔと、触媒に吸着されたＨＣ量の単位時間当たりの変化量ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔは、ＨＣ吸着速度Ｒ1、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3を用いて下式（１）、（２）で表される。
【００２７】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−Ｒ1＋Ｒ2−Ｒ3 ・・・（１）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝Ｒ1−Ｒ2 ・・・（２）
ＨＣ吸着速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとする。また、ＨＣ吸着触媒上にＨＣが吸着できるサイトの数が限定されているものとし、理論最大吸着容量Ｖを想定して、ＨＣ吸着速度がこの理論最大吸着容量Ｖと既に吸着しているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］との差（すなわち空いているサイトの数）にも比例するものとすると、ＨＣ吸着速度Ｒ1はＨＣ吸着速度定数ｋ1を含む下式（３）で表される。
【００２８】
Ｒ1＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］） ・・・（３）
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
また、ＨＣ放出速度は触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］に比例し、ＨＣ浄化速度は排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］に比例するものとすると、ＨＣ放出速度Ｒ2およびＨＣ浄化速度Ｒ3は、ＨＣ放出速度定数ｋ2およびＨＣ浄化速度定数ｋ3をそれぞれ含む下式（４）、（５）で表される。
【００２９】
Ｒ2＝ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（４）
ｋ2：ＨＣ放出速度定数
Ｒ3＝ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（５）
ｋ3：ＨＣ浄化速度定数
式（１）、（２）に式（３）、（４）、（５）を代入すると、下式（６）、（７）が得られる。
【００３０】
ｄ［ＨＣ（ｇ）］／ｄｔ＝−ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
＋ｋ2・［ＨＣ（ａ）］−ｋ3・［ＨＣ（ｇ）］ ・・・（６）
ｄ［ＨＣ（ａ）］／ｄｔ＝ｋ1・［ＨＣ（ｇ）］・（Ｖ−［ＨＣ（ａ）］）
−ｋ2・［ＨＣ（ａ）］ ・・・（７）
ＨＣ吸着速度は、温度依存性を持たないとされている。これに対して、ＨＣ放出速度は、温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うとされている。さらに、本実施形態では、ＨＣ浄化速度が温度依存性を持ち、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従うと仮定する。そのため、上記式中の速度定数ｋ1、ｋ2、ｋ3は、下式（８）、（９）、（１０）で表される。
【００３１】
ｋ1＝Ｃｏｎｓｔ． ・・・（８）
ｋ2＝ｋ20・ｅｘｐ（−Ｅ2／ＲＴ） ・・・（９）
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
Ｔ：絶対温度
ｋ3＝ｋ30・ｅｘｐ（−Ｅ3／ＲＴ） ・・・（１０）
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
従って、式（８）、（９）、（１０）を式（６）、（７）に代入した方程式を解くことによって、ＨＣ濃度の変化を計算することができる。
【００３２】
ＨＣ濃度の変化の計算は、例えば、差分法を用いて行うことができる。
【００３３】
具体的には、まず、初期条件下における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］0とを用いて、式（６）および（７）（式（８）、（９）、（１０）が代入されたもの）に基づいて、ある時期（便宜的に「第１時期」と呼ぶ。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測する（計算する）。ここで、初期条件下の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］0は、ＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度であり、また、初期条件下で触媒に吸着されているＨＣ量は、ゼロである。従って、触媒上流のＨＣ濃度がわかれば、第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1とを予測することができる。
【００３４】
次に、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして式（６）および（７）に基づいて、第１時期よりも後のある時期（便宜的に「第２時期」と称する。）における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測する。
【００３５】
その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t（さらには触媒に吸着されているＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t）を予測することができる。
【００３６】
ＨＣ濃度変化の計算をさらに具体的な例を挙げて説明する。
【００３７】
例えば、エンジン始動後ｎ秒（ｔ＝ｎ）後までのＨＣ濃度の変化を予測する場合、まず、エンジン始動時（ｔ＝０）におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=0（＝触媒上流のＨＣ濃度）とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=0（＝０）とを用いて、１秒後（ｔ＝１）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを予測する。
【００３８】
次に、予測された１秒後のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=1とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=1とを用いて、２秒後（ｔ＝２）のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］t=2とＨＣ量［ＨＣ（ａ）］t=2を予測する。
【００３９】
その後、同様の処理を順次行うことによってｔ＝３、４、・・・、ｎ−１、ｎにおける排気ガス中のＨＣ濃度と触媒に吸着されているＨＣ量とを予測する。
【００４０】
このようにして、ｎ秒後までのＨＣ濃度の変化を予測することができる。なお、ここでは１秒ごとに計算（予測）する場合について説明したが、勿論、これに限定されず、計算（予測）を行う時間間隔は任意に設定することができる。
【００４１】
なお、式（６）〜（１０）中に含まれる以下の６つの係数は、典型的には、予め設定しておく。
【００４２】
Ｖ：理論最大吸着容量
ｋ1：ＨＣ吸着速度定数
ｋ20：ＨＣ放出速度の頻度因子
Ｅ2：ＨＣ放出速度の活性化エネルギー
ｋ30：ＨＣ浄化速度の頻度因子
Ｅ3：ＨＣ浄化速度の活性化エネルギー
例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、上記係数として仮の係数（値）を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定する。つまり、テストピースを用いて実測したＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rに対して、各係数の値を変化させながら仮のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pの合わせ込み（Ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行えばよい。このようにして、実際の触媒とモデルとの合わせ込みを行っておくと、モデルの精度が向上し、予測をより精度良く行うことができる。
【００４３】
本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法は、上述した原理に基づいてＨＣ濃度の変化を予測する。以下、本発明による実施形態のＨＣ濃度変化の予測方法を、ステップごとに説明する。
【００４４】
まず、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔを検出する（検出ステップ）。実測によって触媒の温度を検出してもよいし、エンジンの運転状態に基づく推定によって触媒の温度を検出してもよい。なお、この検出ステップは、この後、必要に応じて任意のタイミングで任意の回数実行される。
【００４５】
次に、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する（第１予測ステップ）。
【００４６】
ＨＣ吸着速度Ｒ1は、式（３）および（８）に示したように、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、ＨＣ放出速度Ｒ2は、式（４）および（９）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まる。また、浄化モデルとしては、例えば、式（５）および（１０）に示したように、検出された触媒の温度Ｔと排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルを採用することができる。また、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、実測または推定によって検出する。触媒よりも上流側でのＨＣ濃度は、例えば、エンジン運転状態マップを用いて推定することができる。
【００４７】
なお、ＨＣ吸着速度Ｒ1およびＨＣ放出速度Ｒ2は、典型的には所定の係数（例えば上記Ｖ、ｋ1、ｋ20およびＥ2）を含む式により算出される。これらの式に含まれる所定の係数は、例えば、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定される。また、ＨＣ浄化速度Ｒ3を算出する式に含まれる所定の係数（例えば上記ｋ30およびＥ3）も同様にして予め設定してもよい。
【００４８】
続いて、第１予測ステップにおいて予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2とを予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する（第２予測ステップ）。
【００４９】
このようにして、所定の時期までのＨＣ濃度変化を予測することができる。
【００５０】
本発明によるＨＣ濃度変化予測方法は、上述したように、第１予測ステップと第２予測ステップとを含んでいる。第１予測ステップは、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測するステップである。また、第２予測ステップは、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、第１予測ステップと同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測するステップである。
【００５１】
すなわち、第１予測ステップおよび第２予測ステップのいずれにおいても、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、第２予測ステップにおいて、第１予測ステップで予測されたＨＣ濃度とＨＣ量とを用いてＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００５２】
このように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。
【００５３】
図２（ａ）〜（ｃ）に、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示す。なお、図２は、以下の条件での結果を示しており、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示している。
【００５４】
ＳＶ（空間速度）：６００００／ｈ
ＨＣ（Ｃ6Ｈ6）：５００〜１５００ｐｐｍ
ＮＯｘ：１０００ｐｐｍ
ＣＯ：６１００ｐｐｍ
Ｏ2：２％
Ｈ2Ｏ：１０％
ＣＯ2：１４％
Ｎ2：Ｂａｌａｎｃｅ
温度：８０℃に所定時間保持した後に３０℃／分で昇温
図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、予測（計算）したＨＣ濃度は、実測したＨＣ濃度に非常によく一致しており、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、精度良くＨＣ濃度の変化を予測できることがわかった。
【００５５】
上述したように、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いると、簡便に、精度良くＨＣ濃度の変化を予測することができる。従って、テストピースを用いた実験値から、実際にエンジンの排気通路に触媒を搭載した場合の浄化性能を精度良く見積もることができる。そのため、ＨＣ吸着触媒の試作・検証・改良などを繰り返す必要がなく、製品の開発コストの低減と開発サイクルの短縮を図ることができる。
【００５６】
（ＨＣ吸着触媒の劣化診断装置）
図３を参照しながら、本発明による実施形態の劣化診断装置１００の構成とその機能とを説明する。本実施形態の劣化診断装置１００は、排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化を診断する装置である。
【００５７】
劣化診断装置１００は、図３に示すように、触媒温度検出手段として機能する触媒温度検出部１０と、ＨＣ濃度検出手段として機能するＨＣ濃度検出部２０と、予測手段として機能する予測部３０と、劣化診断手段として機能する劣化診断部４０とを備えている。
【００５８】
触媒温度検出部１０は、ＨＣ吸着触媒の温度を検出する。触媒温度検出部１０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ吸着触媒の温度を検出する。
【００５９】
ＨＣ濃度検出部２０は、排気ガス通路における触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出する。ＨＣ濃度検出部２０は、具体的には、実測あるいは推定によってＨＣ濃度を検出し、例えば、エンジン運転状態マップなどに基づいてＨＣ濃度を推定する。
【００６０】
予測部３０は、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する。この予測部３０は、既に説明した本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法の原理と同じ原理でＨＣ濃度の予測を行う。具体的には、予測部３０は、ＨＣ吸着速度Ｒ1と、ＨＣ放出速度Ｒ2と、ＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、ＨＣ濃度検出部２０によって検出された触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する。ここで、ＨＣ吸着速度Ｒ1は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ放出速度Ｒ2は、触媒温度検出部１０によって検出された触媒の温度と触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じて決まり、ＨＣ浄化速度Ｒ3は、検出された触媒の温度と排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じて決まる。
【００６１】
劣化診断部４０は、ＨＣ吸着触媒の劣化を診断する。劣化診断部４０は、具体的には、排気ガス通路における触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、予測部３０によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、触媒の劣化を判断する。触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば、触媒よりも下流側に設けられたリニアＯ2センサによって検出される。この関連値は実際のＨＣ濃度の値に換算され得るので、劣化診断部４０は、換算された実際のＨＣ濃度と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度とに基づいて、触媒の劣化を判断する。より具体的には、劣化診断部４０は、例えば、換算された実際のＨＣ濃度の積算値と、予測部３０によって予測されるＨＣ濃度の積算値とを比較し、これらの差が所定の値以上であるときに触媒が劣化していると判断する。
【００６２】
次に、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を図４、図５および図６を参照しながら説明する。図４は、燃料噴射の手順を示すフローチャートであり、図５は劣化診断の手順を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、図６（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、図６（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、図６（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【００６３】
まず、劣化診断の手順の説明に先立ち、図４および図６を参照しながら、排気通路にＨＣ吸着触媒が配置されている場合の燃料噴射の制御手順を説明する。
【００６４】
まず、ステップＳ１において、各種データを入力する。次に、ステップＳ２において、入力された各種データに基づいて基本噴射量Ｑｂを設定する。続いて、ステップＳ３において、エンジン始動後の所定期間（典型的には２〜３秒程度）内であるか否かを判断する。
【００６５】
始動後の所定期間内である場合には、触媒の早期昇温を促すための制御が行われる。具体的には、ステップＳ４において、噴射量の増量Ｑｓを設定して始動後増量補正を行い、続いて、ステップＳ５において、基本噴射量Ｑｂに増量Ｑｓを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｓ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００６６】
一方、ステップＳ３においてエンジン始動後の所定期間内でないと判断された場合には、ステップＳ６においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にあるか否か（Ｔ1＜Ｔ＜Ｔ2であるか否か）を判断する。なお、温度Ｔ1はＨＣ吸着触媒が活性を示す温度（正常な触媒がＨＣの放出を開始する温度）であり、温度Ｔ2は、正常なＨＣ吸着触媒がＨＣの放出を終了して活性を示している温度である。
【００６７】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にある場合には、図６（ａ）に示すように、ＨＣ吸着触媒の上流の空燃比が理論空燃比よりも若干リッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１４．５程度）になるようにフィードバック制御を行う。具体的には、ステップＳ７に進んで、ＨＣ吸着触媒の上流の目標空燃比をリッチになるように（目標Ａ／Ｆ＝λ＋λＭとなるように）設定した後、ステップＳ８において、設定した目標空燃比に基づいて、ＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｈｃｆｂを設定する。
【００６８】
なお、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ1と温度Ｔ2との間にない場合には、このようなフィードバック制御は行わない。そのため、ステップＳ９において補正値Ｑｈｃｆｂ＝０と設定する。
【００６９】
その後、ＨＣ吸着触媒よりも上流側に設けられる触媒（いわゆる直ｃａｔ：典型的には三元触媒）の上流の空燃比を制御するためのフィードバック制御が行われる。具体的には、ステップＳ１０において直ｃａｔ上流のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御補正値Ｑｉｆｂを設定した後、ステップＳ１１において基本噴射量ＱｂにＨＣ吸着触媒の上流のフィードバック制御補正値Ｑｈｃｆｂと直ｃａｔ上流のフィードバック制御補正値Ｑｉｆｂを加えたものを最終噴射量Ｑｔ（＝Ｑｂ＋Ｑｈｃｆｂ＋Ｑｉｆｂ）と設定する。その後、ステップＳ１２において、最終噴射量Ｑｔで噴射が実行される。
【００７０】
次に、図５および図６を参照しながら、劣化診断装置１００を用いた劣化診断の手順を具体的に説明する。
【００７１】
本実施形態では、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるときに劣化診断を行う。所定の温度Ｔ11は、温度Ｔ1よりも高い温度であり、典型的には図６（ｂ）に示すようにＴ1＜Ｔ11＜Ｔ2である。勿論、温度Ｔ11は温度Ｔ2以上であってもよい。
【００７２】
具体的には、まず、ステップＳ１３において各種データを入力し、次に、ステップＳ１４において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であるか否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11を超えている場合には、劣化診断を行わない。
【００７３】
また、ＨＣ吸着触媒は温間始動時には機能しないので、本実施形態では、冷間始動である場合に劣化診断を行う。
【００７４】
具体的には、ステップＳ１４でＨＣ吸着触媒の温度Ｔが所定の温度Ｔ11以下であると判断された場合には、さらに、ステップＳ１５において始動時の水温（エンジン冷却水の温度）Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であることを判断し、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0以上であると判断された場合には劣化診断を行わない。
【００７５】
一方、始動時水温Ｔｗｓが所定の温度Ｔｗｓ0未満であると判断された場合には、ステップＳ１６においてＨＣ濃度検出部２０がＨＣ吸着触媒の上流のＨＣ濃度を推定（検出）し、その後、ステップＳ１７において触媒温度検出部１０がＨＣ吸着触媒の温度を推定（検出）する。触媒上流のＨＣ濃度の推定や触媒の温度の推定は、例えば、エンジン運転状態マップに基づいて行う。
【００７６】
続いて、ステップＳ１８において、予測部３０がＨＣ吸着触媒の下流のＨＣ濃度を予測する。予測部３０は、上述したようなモデルに基づいて予測を行う。
【００７７】
その後、劣化診断部４０が、予測部３０によって予測されたＨＣ濃度と、触媒の下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値とに基づいて、触媒の劣化を判断する。
【００７８】
具体的には、まず、ステップＳ１９において、ＨＣ吸着触媒の下流のＯ2濃度と還元剤濃度との関連値からＨＣ吸着触媒の下流の実際のＨＣ濃度（実ＨＣ濃度）の値を換算する。Ｏ2濃度と還元剤濃度との関連値は、例えば触媒下流に配置されたリニアＯ2センサによって検出する。触媒が劣化している場合には、図６（ｃ）に鎖線で示すように、触媒が正常な場合（同図に実線で示す）よりも、リッチ側のＡ／Ｆ値が得られる。
【００７９】
次に、ステップＳ２０において、ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11である（Ｔ＝Ｔ11）か否かを判断する。ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11でない場合には、ステップＳ２１において、ステップＳ１８で予測部３０によって予測されたＨＣ濃度の値とステップＳ１９で換算された実ＨＣ濃度の値とを記憶する。
【００８０】
ＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11に達するまで上記の処理が繰り返され、温度Ｔが温度Ｔ11に達すると、つまり、ステップＳ２０においてＨＣ吸着触媒の温度Ｔが温度Ｔ11であると判断されると、ステップＳ２２において、エンジン始動後からのＨＣ濃度の予測値と実ＨＣ濃度の換算値とを積算処理し、これらの積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒを計算する。積算値ΣＨＣｅｓおよびΣＨＣｒは、例えば、図６（ｄ）中に実線で示す実ＨＣ濃度と鎖線で示す予測ＨＣ濃度とで囲まれる部分の面積である。
【００８１】
その後、ステップＳ２３において積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きい（ΣＨＣｒ−ΣＨＣｅｓ＞Ｄ）か否かが判断され、積算値ΣＨＣｅｓとΣＨＣｒとの差が所定の値Ｄよりも大きいと判断された場合、触媒が劣化していると判断してステップＳ２４において異常を警告および／または記憶する。
【００８２】
本発明による劣化診断装置１００は、予測手段として機能する予測部３０を備えており、この予測部３０は、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着および放出のモデルに加え、ＨＣの浄化モデルにも基づいて予測を行う。従って、ＨＣの吸着および放出についてのみならず、ＨＣが浄化される点についても精度良く考慮した予測が可能になる。また、予測部３０は、ＨＣ濃度とＨＣ量とを時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度と触媒温度とを検出するだけで、触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８３】
このように、本発明による劣化診断装置１００が備える予測部３０は、簡便に精度良くＨＣ濃度を予測することができるので、本発明による劣化診断装置１００を用いると、ＨＣ吸着触媒の劣化を簡便に精度良く検出することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によると、ＨＣ吸着触媒上でのＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルに基づいて予測を行うので、ＨＣの吸着、放出および浄化について精度良く考慮した予測が可能になる。また、ＨＣ濃度を時系列で順次予測するので、任意の時期でのＨＣ濃度を精度良く予測することができる。さらに、触媒よりも上流側でのＨＣ濃度とＨＣ吸着触媒の温度とを検出（実測あるいは推定による検出）するだけで触媒よりも下流側でのＨＣ濃度を予測することができるので、ＨＣ濃度を簡便に予測することができる。
【００８５】
従って、本発明によると、精度良くＨＣ濃度変化を予測できる方法およびＨＣ吸着触媒の劣化を精度良く診断できる劣化診断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＣ濃度変化の予測方法におけるＨＣの吸着、放出および浄化についてのモデルを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるＨＣ濃度変化予測方法を用いて予測したＨＣ濃度と、実測したＨＣ濃度との関係を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、テストガス中のＨＣ排出量が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの場合の結果をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明による実施形態のＨＣ吸着触媒の劣化診断装置１００を模式的に示すブロック図である。
【図４】燃料噴射の手順を示すフローチャートである。
【図５】劣化診断の手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は時間と触媒上流の目標Ａ／Ｆ（空燃比）との関係、（ｂ）は時間と触媒の温度との関係、（ｃ）は時間と触媒下流のＡ／Ｆとの関係、（ｄ）は時間と触媒下流のＨＣ濃度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 触媒温度検出部
２０ ＨＣ濃度検出部
３０ 予測部
４０ 劣化診断部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an HC concentration prediction method and an HC adsorption catalyst deterioration diagnosis apparatus, and more specifically, HC adsorption catalyst that adsorbs HC at a low temperature and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. The present invention relates to a method for predicting a change in HC concentration downstream of a catalyst in an exhaust gas passage provided with a HC, and a deterioration diagnosis device for such an HC adsorption catalyst.
[0002]
[Prior art]
As a catalyst for purifying engine exhaust gas, a so-called HC adsorption catalyst that adsorbs HC at a low temperature and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises is known.
[0003]
As a method for diagnosing the deterioration of the HC adsorption catalyst, Patent Document 1 discloses that the exhaust passage is O 2 upstream and downstream of the HC adsorption catalyst. 2 A technique is disclosed in which a sensor is provided and the deterioration of the HC adsorption catalyst is determined based on the difference in output values.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-121232
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to diagnose the deterioration of the HC adsorption catalyst, it is necessary to make a diagnosis within a relatively short period after the engine is started. In practice, even if a technique as disclosed in Patent Document 1 is used, Therefore, the deterioration of the HC adsorption catalyst cannot be diagnosed with sufficient accuracy. That is, at present, a method for accurately diagnosing the deterioration of the HC adsorption catalyst has not been established.
[0006]
In addition, a method for accurately estimating the purification performance when the HC adsorption catalyst is actually mounted on the engine has not been established. That is, no method has been found for accurately predicting a change in HC concentration when an HC adsorption catalyst having a certain specification is provided. Therefore, it is estimated by repeating trial manufacture, verification, and improvement how much size the HC adsorption catalyst is provided to obtain a desired purification rate. Therefore, the development cost has been increased and the development cycle has been prolonged.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of accurately predicting a change in HC concentration and a degradation diagnosis device capable of accurately diagnosing degradation of an HC adsorption catalyst.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The method for predicting the change in HC concentration according to the present invention includes the catalyst in an exhaust gas passage provided with an HC adsorption catalyst that adsorbs HC in a predetermined temperature range and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. A method for predicting a change in HC concentration on the downstream side, a detection step of detecting the temperature of the catalyst, an HC concentration [HC (g)] in exhaust gas, and an amount of HC adsorbed on the catalyst [ HC adsorption rate R according to HC (a)] 1 HC release rate R according to the detected temperature of the catalyst and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 And a purification model in which HC is purified by the catalyst, using the HC concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst, the HC concentration in the exhaust gas in the first period [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 A first prediction step for predicting HC concentration in the predicted first time period [HC (g)] 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner as in the first prediction step, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t A second prediction step for predicting the above, whereby the above object is achieved.
[0009]
The purification model includes an HC purification rate R according to the detected temperature of the catalyst and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. Three Thus, it is preferable that the HC is purified.
[0010]
HC adsorption rate R 1 And the HC release rate R 2 Is calculated by an equation including a predetermined coefficient, and the predetermined coefficient is an HC concentration [HC (g)] in the actual exhaust gas. r HC concentration [HC (g)] predicted when a temporary coefficient is substituted as the predetermined coefficient p It is preferable to set in advance based on the above.
[0011]
The deterioration diagnosis device for an HC adsorption catalyst according to the present invention is provided in an exhaust gas passage, adsorbs HC in a predetermined temperature range, and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. A diagnostic temperature detection means for detecting the temperature of the catalyst; an HC concentration detection means for detecting an HC concentration upstream of the catalyst in the exhaust gas passage; and the catalyst in the exhaust gas passage. Prediction means for predicting a change in HC concentration on the downstream side of the exhaust gas, and deterioration diagnosis means for diagnosing deterioration of the catalyst, wherein the prediction means includes the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC adsorption rate R according to the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 HC release rate R according to the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detecting means and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC purification rate R according to the detected catalyst temperature and HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas Three HC concentration in the exhaust gas at the first timing [HC (g)] using the HC concentration upstream of the catalyst detected by the HC concentration detection means 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 And then the HC concentration [HC (g)] at the predicted first time period. 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t The deterioration diagnosis means predicts the O gas downstream of the catalyst in the exhaust gas passage. 2 The related value between the concentration and the reducing agent concentration, and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at a predetermined time predicted by the prediction means t Based on the above, the above-described object is achieved by determining the deterioration of the catalyst.
[0012]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
[0013]
The HC concentration change prediction method according to the present invention includes a first prediction step and a second prediction step. In the first prediction step, the HC adsorption rate R according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount adsorbed on the catalyst [HC (a)]. 1 HC release rate R according to the detected temperature of the catalyst and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 And the HC concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst based on the purification model in which HC is purified by the catalyst, the HC concentration in the exhaust gas at the first time [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 Is a step of predicting Further, in the second prediction step, the predicted HC concentration [HC (g)] at the first time period. 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner as in the first prediction step, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t Is a step of predicting
[0014]
That is, in both the first prediction step and the second prediction step, the prediction is performed based on the HC purification model in addition to the model of HC adsorption and release on the HC adsorption catalyst. Therefore, not only the adsorption and release of HC but also the point that HC is purified can be predicted with high accuracy. Further, in the second prediction step, the HC concentration and the HC amount are sequentially predicted in time series using the HC concentration and the HC amount predicted in the first prediction step, so that the HC concentration at an arbitrary time can be accurately determined. Can be predicted. Furthermore, since it is possible to predict the HC concentration downstream of the catalyst only by detecting the HC concentration upstream of the catalyst and the catalyst temperature, the HC concentration can be easily predicted.
[0015]
As described above, by using the HC concentration change prediction method according to the present invention, it is possible to easily and accurately predict a change in HC concentration.
[0016]
As a purification model, the HC purification rate R according to the detected catalyst temperature and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. Three If a model in which HC is purified is used, it is possible to suitably perform prediction that accurately considers the point at which HC is purified.
[0017]
HC adsorption rate R 1 And HC release rate R 2 Is typically calculated by an equation including a predetermined coefficient. At this time, the predetermined coefficient is calculated based on the HC concentration in actual exhaust gas [HC (g)]. r HC concentration [HC (g)] predicted when a temporary coefficient is substituted as a predetermined coefficient p In other words, if the actual catalyst and the model are combined in advance, the accuracy of the model is improved and the prediction can be performed with higher accuracy.
[0018]
The predicting means of the HC adsorption catalyst deterioration diagnosis device according to the present invention is the HC adsorption rate R according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount adsorbed on the catalyst [HC (a)]. 1 HC release rate R according to the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 And the HC purification rate R according to the detected catalyst temperature and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. Three Based on the above, using the HC concentration upstream of the catalyst detected by the HC concentration detection means, the HC concentration in the exhaust gas at the first timing [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 And then the predicted HC concentration in the first period [HC (g)] 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t Predict.
[0019]
That is, the predicting means performs prediction based on the HC purification model in addition to the model of HC adsorption and release on the HC adsorption catalyst. Therefore, not only the adsorption and release of HC but also the point that HC is purified can be predicted with high accuracy. Further, since the predicting means sequentially predicts the HC concentration and the HC amount in time series, the HC concentration at an arbitrary time can be accurately predicted. Furthermore, since it is possible to predict the HC concentration downstream of the catalyst only by detecting the HC concentration upstream of the catalyst and the catalyst temperature, the HC concentration can be easily predicted. As described above, the prediction means provided in the deterioration diagnosis device according to the present invention can easily and accurately predict the HC concentration. Therefore, when the deterioration diagnosis device according to the present invention is used, the deterioration of the HC adsorption catalyst is easily and accurately determined. Can be detected.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an HC concentration change prediction method and an HC adsorption catalyst deterioration diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
[0021]
(HC concentration change prediction method)
The method for predicting HC concentration change according to the present invention includes an HC adsorption catalyst that adsorbs HC in a predetermined temperature range (typically a low temperature range) and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. This is a method for predicting a change in the HC concentration downstream of the catalyst in the exhaust gas passage.
[0022]
First, the principle of the HC concentration change prediction method according to the present invention will be described.
[0023]
In the prediction method of HC concentration change according to the present invention, a model as shown in FIG. 1 is used for HC adsorption, release (desorption) and purification on an HC adsorption catalyst (hereinafter also simply referred to as “catalyst”). And a change in HC concentration is predicted based on this model.
[0024]
In order to predict the change in HC concentration, it is necessary to estimate the amount of HC decrease per unit time and the amount of HC increase per unit time. In the prediction method of this embodiment, the amount of HC reduction takes into account adsorption to the catalyst and purification by the catalyst, and the amount of HC increase takes into account the release from the catalyst.
[0025]
The adsorption to the catalyst and the release from the catalyst are based on the Langmuir model. 1 And HC release rate R 2 Set. Further, based on the model (purification model) in which HC is purified by the catalyst, the HC purification rate R Three Set.
[0026]
Assuming that the HC concentration in the exhaust gas is [HC (g)] and the HC amount adsorbed on the HC adsorption catalyst is [HC (a)], the amount of change HC concentration per unit time d [HC (g)] / dt and the change amount d [HC (a)] / dt per unit time of the amount of HC adsorbed on the catalyst are expressed as HC adsorption rate R 1 , HC release rate R 2 And HC purification rate R Three Is represented by the following formulas (1) and (2).
[0027]
d [HC (g)] / dt = −R 1 + R 2 -R Three ... (1)
d [HC (a)] / dt = R 1 -R 2 ... (2)
It is assumed that the HC adsorption rate is proportional to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. Further, assuming that the number of sites that can adsorb HC on the HC adsorption catalyst is limited, and assuming the theoretical maximum adsorption capacity V, the HC adsorption rate is equal to the theoretical maximum adsorption capacity V and the amount of HC already adsorbed. If it is also proportional to the difference from [HC (a)] (that is, the number of free sites), the HC adsorption rate R 1 Is the HC adsorption rate constant k 1 It is represented by the following formula (3) including:
[0028]
R 1 = K 1 [HC (g)] (V- [HC (a)]) (3)
k 1 : HC adsorption rate constant
Further, when the HC release rate is proportional to the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] and the HC purification rate is proportional to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas, the HC release rate R 2 And HC purification rate R Three Is the HC release rate constant k 2 And HC purification rate constant k Three Are represented by the following formulas (4) and (5).
[0029]
R 2 = K 2 ・ [HC (a)] (4)
k 2 : HC release rate constant
R Three = K Three ・ [HC (g)] (5)
k Three : HC purification rate constant
Substituting the formulas (3), (4), and (5) into the formulas (1) and (2), the following formulas (6) and (7) are obtained.
[0030]
d [HC (g)] / dt = −k 1 ・ [HC (g)] ・ (V- [HC (a)])
+ K 2 [HC (a)]-k Three ・ [HC (g)] (6)
d [HC (a)] / dt = k 1 ・ [HC (g)] ・ (V- [HC (a)])
-K 2 ・ [HC (a)] (7)
The HC adsorption rate is said to have no temperature dependence. On the other hand, the HC release rate has temperature dependence and is supposed to follow the Arrhenius equation. Furthermore, in the present embodiment, it is assumed that the HC purification rate has temperature dependence and follows the Arrhenius equation. Therefore, the speed constant k in the above formula 1 , K 2 , K Three Is represented by the following formulas (8), (9), and (10).
[0031]
k 1 = Const. ... (8)
k 2 = K 20 Exp (-E 2 / RT) (9)
k 20 : Frequency factor of HC release rate
E 2 : HC release rate activation energy
T: Absolute temperature
k Three = K 30 Exp (-E Three / RT) (10)
k 30 : Frequency factor of HC purification rate
E Three : HC purification rate activation energy
Therefore, the change in the HC concentration can be calculated by solving an equation in which the equations (8), (9), and (10) are substituted into the equations (6) and (7).
[0032]
The calculation of the change in the HC concentration can be performed using, for example, a difference method.
[0033]
Specifically, first, HC concentration in exhaust gas under initial conditions [HC (g)] 0 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 0 Is used to call a certain period (for convenience, the “first period”) based on the expressions (6) and (7) (the expressions (8), (9), and (10) are substituted). ) Concentration of HC in exhaust gas [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 Is predicted (calculated). Here, HC concentration in exhaust gas under initial conditions [HC (g)] 0 Is the HC concentration upstream of the HC adsorption catalyst, and the amount of HC adsorbed on the catalyst under the initial conditions is zero. Therefore, if the HC concentration upstream of the catalyst is known, the HC concentration in the first period [HC (g)] 1 And HC amount [HC (a)] 1 Can be predicted.
[0034]
Next, the predicted HC concentration in the first period [HC (g)] 1 And HC amount [HC (a)] 1 Similarly, based on the equations (6) and (7), the HC concentration in the exhaust gas at a certain time after the first time (referred to as “second time” for convenience) [HC (G)] 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 Predict.
[0035]
Thereafter, the same processing is sequentially performed, whereby the HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)]. t (Furthermore, the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] t ) Can be predicted.
[0036]
The calculation of the HC concentration change will be described with a more specific example.
[0037]
For example, when predicting a change in HC concentration until n seconds (t = n) after engine start, first, HC concentration at the time of engine start (t = 0) [HC (g)] t = 0 (= HC concentration upstream of catalyst) and HC amount [HC (a)] t = 0 (= 0) and HC concentration [HC (g)] after 1 second (t = 1) t = 1 And HC amount [HC (a)] t = 1 Predict.
[0038]
Next, the predicted HC concentration after 1 second [HC (g)] t = 1 And HC amount [HC (a)] t = 1 HC concentration [HC (g)] after 2 seconds (t = 2) t = 2 And HC amount [HC (a)] t = 2 Predict.
[0039]
Thereafter, the same processing is sequentially performed to predict the HC concentration in the exhaust gas and the amount of HC adsorbed on the catalyst at t = 3, 4,..., N−1, n.
[0040]
In this way, it is possible to predict a change in HC concentration up to n seconds later. Here, the case where calculation (prediction) is performed every second has been described, but of course, the present invention is not limited to this, and the time interval for performing calculation (prediction) can be arbitrarily set.
[0041]
The following six coefficients included in the equations (6) to (10) are typically set in advance.
[0042]
V: Theoretical maximum adsorption capacity
k 1 : HC adsorption rate constant
k 20 : Frequency factor of HC release rate
E 2 : HC release rate activation energy
k 30 : Frequency factor of HC purification rate
E Three : HC purification rate activation energy
For example, HC concentration in actual exhaust gas [HC (g)] r HC concentration [HC (g)] predicted when a temporary coefficient (value) is substituted as the coefficient p It sets beforehand based on. In other words, the HC concentration actually measured using the test piece [HC (g)] r In contrast, the temporary HC concentration [HC (g)] while changing the value of each coefficient p (Curve fitting) may be performed. If the actual catalyst and the model are combined in this manner, the accuracy of the model is improved and the prediction can be performed with higher accuracy.
[0043]
The HC concentration change prediction method according to the present invention predicts a change in HC concentration based on the principle described above. Hereinafter, the prediction method of the HC concentration change of the embodiment according to the present invention will be described step by step.
[0044]
First, the temperature T of the HC adsorption catalyst is detected (detection step). The temperature of the catalyst may be detected by actual measurement, or the temperature of the catalyst may be detected by estimation based on the operating state of the engine. This detection step is thereafter executed an arbitrary number of times at an arbitrary timing as required.
[0045]
Next, HC adsorption rate R 1 HC release rate R 2 And the HC concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst based on the purification model in which HC is purified by the catalyst, the HC concentration in the exhaust gas at the first time [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 Is predicted (first prediction step).
[0046]
HC adsorption rate R 1 Is determined according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount adsorbed on the catalyst [HC (a)], as shown in equations (3) and (8). HC release rate R 2 Is determined according to the detected temperature T of the catalyst and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)], as shown in equations (4) and (9). Further, as the purification model, for example, as shown in the equations (5) and (10), the HC purification rate corresponding to the detected catalyst temperature T and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. R Three Thus, a model in which HC is purified can be adopted. Further, the HC concentration upstream of the catalyst is detected by actual measurement or estimation. The HC concentration upstream of the catalyst can be estimated using, for example, an engine operating state map.
[0047]
HC adsorption rate R 1 And HC release rate R 2 Is typically a predetermined coefficient (eg, V, k above) 1 , K 20 And E 2 ). The predetermined coefficient included in these expressions is, for example, the actual HC concentration in the exhaust gas [HC (g)]. r HC concentration [HC (g)] predicted when a temporary coefficient is substituted as a predetermined coefficient p Based on the above, it is set in advance. HC purification rate R Three A predetermined coefficient included in the equation for calculating (for example, k 30 And E Three ) May be preset in the same manner.
[0048]
Subsequently, the HC concentration [HC (g)] at the first time predicted in the first prediction step. 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner as in the first prediction step, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in exhaust gas [HC (g)] at a predetermined time by sequentially performing the same processing thereafter t Is predicted (second prediction step).
[0049]
In this way, it is possible to predict HC concentration changes up to a predetermined time.
[0050]
As described above, the HC concentration change prediction method according to the present invention includes the first prediction step and the second prediction step. In the first prediction step, the HC adsorption rate R according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount adsorbed on the catalyst [HC (a)]. 1 HC release rate R according to the detected temperature of the catalyst and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 And the HC concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst based on the purification model in which HC is purified by the catalyst, the HC concentration in the exhaust gas at the first time [HC (g)] 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 Is a step of predicting Further, in the second prediction step, the predicted HC concentration [HC (g)] at the first time period. 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner as in the first prediction step, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t Is a step of predicting
[0051]
That is, in both the first prediction step and the second prediction step, the prediction is performed based on the HC purification model in addition to the model of HC adsorption and release on the HC adsorption catalyst. Therefore, not only the adsorption and release of HC but also the point that HC is purified can be predicted with high accuracy. Further, in the second prediction step, the HC concentration and the HC amount are sequentially predicted in time series using the HC concentration and the HC amount predicted in the first prediction step, so that the HC concentration at an arbitrary time can be accurately determined. Can be predicted. Furthermore, since it is possible to predict the HC concentration downstream of the catalyst only by detecting the HC concentration upstream of the catalyst and the catalyst temperature, the HC concentration can be easily predicted.
[0052]
As described above, by using the HC concentration change prediction method according to the present invention, it is possible to easily and accurately predict a change in HC concentration.
[0053]
2A to 2C show the relationship between the HC concentration predicted using the HC concentration change prediction method according to the present invention and the actually measured HC concentration. FIG. 2 shows the results under the following conditions. FIGS. 2A, 2B and 2C show the results when the HC emissions in the test gas are 500 ppm, 1000 ppm and 1500 ppm. Each is shown.
[0054]
SV (space velocity): 60000 / h
HC (C 6 H 6 ): 500-1500 ppm
NOx: 1000ppm
CO: 6100 ppm
O 2 : 2%
H 2 O: 10%
CO 2 : 14%
N 2 : Balance
Temperature: Hold at 80 ° C for a predetermined time, then heat up at 30 ° C / min
As shown in FIGS. 2A to 2C, the predicted (calculated) HC concentration agrees very well with the actually measured HC concentration. With the HC concentration change prediction method according to the present invention, the accuracy can be improved. It was found that changes in HC concentration can be predicted well.
[0055]
As described above, when the HC concentration change prediction method according to the present invention is used, a change in HC concentration can be predicted easily and accurately. Therefore, it is possible to accurately estimate the purification performance when the catalyst is actually mounted in the engine exhaust passage from the experimental value using the test piece. Therefore, it is not necessary to repeat trial manufacture, verification, and improvement of the HC adsorption catalyst, and it is possible to reduce the product development cost and the development cycle.
[0056]
(HC adsorption catalyst deterioration diagnosis device)
With reference to FIG. 3, the configuration and function of the degradation diagnosis apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described. The deterioration diagnosis apparatus 100 of the present embodiment is provided in an exhaust gas passage, and adsorbs HC in a predetermined temperature range, and diagnoses deterioration of an HC adsorption catalyst that releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. It is a device to do.
[0057]
As shown in FIG. 3, the deterioration diagnosis apparatus 100 includes a catalyst temperature detection unit 10 that functions as a catalyst temperature detection unit, an HC concentration detection unit 20 that functions as an HC concentration detection unit, and a prediction unit 30 that functions as a prediction unit. And a deterioration diagnosis unit 40 that functions as a deterioration diagnosis means.
[0058]
The catalyst temperature detection unit 10 detects the temperature of the HC adsorption catalyst. Specifically, the catalyst temperature detection unit 10 detects the temperature of the HC adsorption catalyst by actual measurement or estimation.
[0059]
The HC concentration detector 20 detects the HC concentration upstream of the catalyst in the exhaust gas passage. Specifically, the HC concentration detection unit 20 detects the HC concentration by actual measurement or estimation, and estimates the HC concentration based on, for example, an engine operation state map.
[0060]
The prediction unit 30 predicts a change in HC concentration on the downstream side of the catalyst in the exhaust gas passage. The prediction unit 30 predicts the HC concentration based on the same principle as that of the HC concentration change prediction method according to the present invention described above. Specifically, the prediction unit 30 calculates the HC adsorption rate R 1 HC release rate R 2 HC purification rate R Three Based on the above, using the HC concentration upstream of the catalyst detected by the HC concentration detector 20, the HC concentration in the exhaust gas [HC (g)] at the first timing 1 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 And then the predicted HC concentration in the first period [HC (g)] 1 And HC amount [HC (a)] 1 In the same manner, the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at the second time after the first time is used. 2 And the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time [HC (g)] t Predict. Where HC adsorption rate R 1 Is determined according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount [HC (a)] adsorbed on the catalyst, and the HC release rate R 2 Is determined according to the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detector 10 and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)], and the HC purification rate R Three Is determined according to the detected temperature of the catalyst and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas.
[0061]
The deterioration diagnosis unit 40 diagnoses deterioration of the HC adsorption catalyst. Specifically, the deterioration diagnosis unit 40 is a downstream of the catalyst in the exhaust gas passage. 2 The related value between the concentration and the reducing agent concentration and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas at a predetermined time predicted by the prediction unit 30 t Based on the above, the deterioration of the catalyst is determined. O downstream from the catalyst 2 The related value between the concentration and the reducing agent concentration is, for example, a linear O provided downstream of the catalyst. 2 It is detected by a sensor. Since this related value can be converted into an actual HC concentration value, the deterioration diagnosis unit 40 determines the deterioration of the catalyst based on the converted actual HC concentration and the HC concentration predicted by the prediction unit 30. To do. More specifically, the deterioration diagnosis unit 40 compares, for example, the converted integrated value of the actual HC concentration with the integrated value of the HC concentration predicted by the prediction unit 30, and the difference between them is a predetermined value. When it is above, it is judged that the catalyst has deteriorated.
[0062]
Next, a procedure for deterioration diagnosis using the deterioration diagnosis apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of fuel injection, and FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of deterioration diagnosis. 6A shows the relationship between time and target A / F (air-fuel ratio) upstream of the catalyst, FIG. 6B shows the relationship between time and catalyst temperature, and FIG. 6C shows the time and catalyst downstream. FIG. 6D is a graph showing the relationship between time and the HC concentration downstream of the catalyst.
[0063]
First, prior to the description of the deterioration diagnosis procedure, the fuel injection control procedure when the HC adsorption catalyst is disposed in the exhaust passage will be described with reference to FIGS. 4 and 6.
[0064]
First, in step S1, various data are input. Next, in step S2, a basic injection amount Qb is set based on the inputted various data. Subsequently, in step S3, it is determined whether or not it is within a predetermined period (typically about 2 to 3 seconds) after the engine is started.
[0065]
If it is within a predetermined period after startup, control is performed to promote early temperature rise of the catalyst. Specifically, in step S4, the injection amount increase Qs is set and the post-startup increase correction is performed. Subsequently, in step S5, the basic injection amount Qb plus the increase Qs is obtained as the final injection amount Qt (= Qb + Qs). Thereafter, in step S12, the injection is executed with the final injection amount Qt.
[0066]
On the other hand, if it is determined in step S3 that it is not within the predetermined period after the engine is started, the temperature T of the HC adsorption catalyst is changed to the temperature T in step S6. 1 And temperature T 2 Whether or not (T 1 <T <T 2 Whether or not). The temperature T 1 Is the temperature at which the HC adsorption catalyst is active (the temperature at which a normal catalyst starts releasing HC), and the temperature T 2 Is the temperature at which a normal HC adsorption catalyst has shown activity after completing the release of HC.
[0067]
The temperature T of the HC adsorption catalyst is the temperature T 1 And temperature T 2 6 (a), the air-fuel ratio upstream of the HC adsorption catalyst is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F = 14.5). Feedback control is performed. Specifically, the process proceeds to step S7, the target air-fuel ratio upstream of the HC adsorption catalyst is set to be rich (target A / F = λ + λM), and then the set target air-fuel ratio is set in step S8. Based on the fuel ratio, an upstream feedback (F / B) control correction value Qhcfb of the HC adsorption catalyst is set.
[0068]
Note that the temperature T of the HC adsorption catalyst is the temperature T 1 And temperature T 2 If not, the feedback control is not performed. Therefore, the correction value Qhcfb = 0 is set in step S9.
[0069]
Thereafter, feedback control for controlling the air-fuel ratio upstream of a catalyst (so-called direct cat: typically a three-way catalyst) provided upstream of the HC adsorption catalyst is performed. Specifically, after setting the direct cat upstream feedback (F / B) control correction value Qifb in step S10, in step S11, the basic injection amount Qb is added to the feedback control correction value Qhcfb upstream of the HC adsorption catalyst and the direct cat upstream. The final injection amount Qt (= Qb + Qhcfb + Qifb) is set by adding the feedback control correction value Qifb. Thereafter, in step S12, the injection is executed with the final injection amount Qt.
[0070]
Next, a procedure for deterioration diagnosis using the deterioration diagnosis apparatus 100 will be specifically described with reference to FIGS.
[0071]
In this embodiment, the temperature T of the HC adsorption catalyst is a predetermined temperature T. 11 Deterioration diagnosis is performed when: Predetermined temperature T 11 Is the temperature T 1 Higher temperature, typically T as shown in FIG. 1 <T 11 <T 2 It is. Of course, temperature T 11 Is the temperature T 2 It may be the above.
[0072]
Specifically, first, various data are input in step S13, and then in step S14, the temperature T of the HC adsorption catalyst is set to a predetermined temperature T. 11 It is determined whether or not: The temperature T of the HC adsorption catalyst is the temperature T 11 If it exceeds, deterioration diagnosis is not performed.
[0073]
Further, since the HC adsorption catalyst does not function at the time of warm start, in this embodiment, deterioration diagnosis is performed when it is cold start.
[0074]
Specifically, in step S14, the temperature T of the HC adsorption catalyst is changed to a predetermined temperature T. 11 If it is determined that the water temperature is lower than the predetermined temperature Tws, the water temperature (engine cooling water temperature) Tws at the time of start-up is further determined in step S15. 0 It is determined that the water temperature Tws at the time of starting is a predetermined temperature Tws. 0 If it is determined that the above is true, the deterioration diagnosis is not performed.
[0075]
On the other hand, the starting water temperature Tws is a predetermined temperature Tws. 0 If it is determined that the HC concentration is less than the HC concentration detection unit 20, the HC concentration detection unit 20 estimates (detects) the HC concentration upstream of the HC adsorption catalyst in step S16. Estimate (detect) the temperature. The estimation of the HC concentration upstream of the catalyst and the estimation of the catalyst temperature are performed based on, for example, an engine operating state map.
[0076]
Subsequently, in step S18, the prediction unit 30 predicts the HC concentration downstream of the HC adsorption catalyst. The prediction unit 30 performs prediction based on the model as described above.
[0077]
Thereafter, the deterioration diagnosis unit 40 determines the HC concentration predicted by the prediction unit 30 and the O downstream of the catalyst. 2 The deterioration of the catalyst is determined based on the related value between the concentration and the reducing agent concentration.
[0078]
Specifically, first, in step S19, the downstream O of the HC adsorption catalyst. 2 The actual HC concentration (actual HC concentration) downstream of the HC adsorption catalyst is converted from the related value between the concentration and the reducing agent concentration. O 2 The related value between the concentration and the reducing agent concentration is, for example, a linear O placed downstream of the catalyst. 2 Detect by sensor. When the catalyst is deteriorated, as shown by a chain line in FIG. 6C, a richer A / F value is obtained than when the catalyst is normal (shown by a solid line in FIG. 6).
[0079]
Next, in step S20, the temperature T of the HC adsorption catalyst is changed to the temperature T. 11 (T = T 11 ) Or not. The temperature T of the HC adsorption catalyst is the temperature T 11 If not, in step S21, the value of the HC concentration predicted by the prediction unit 30 in step S18 and the value of the actual HC concentration converted in step S19 are stored.
[0080]
The temperature T of the HC adsorption catalyst is the temperature T 11 Until the temperature T reaches the temperature T 11 That is, in step S20, the temperature T of the HC adsorption catalyst is changed to the temperature T. 11 In step S22, the predicted value of the HC concentration after the engine start and the converted value of the actual HC concentration are integrated, and the integrated values ΣHCes and ΣHCr are calculated. The integrated values ΣHCes and ΣHCr are, for example, the area of the portion surrounded by the actual HC concentration indicated by the solid line and the predicted HC concentration indicated by the chain line in FIG.
[0081]
Thereafter, in step S23, it is determined whether or not the difference between the integrated values ΣHCes and ΣHCr is larger than a predetermined value D (ΣHCr−ΣHCes> D). If it is determined that it is larger, it is determined that the catalyst has deteriorated, and an abnormality is warned and / or stored in step S24.
[0082]
The degradation diagnosis apparatus 100 according to the present invention includes a prediction unit 30 that functions as a prediction unit, and the prediction unit 30 includes a model for HC adsorption and release on the HC adsorption catalyst, as well as an HC purification model. Predict based on. Therefore, not only the adsorption and release of HC but also the point that HC is purified can be predicted with high accuracy. Further, since the prediction unit 30 sequentially predicts the HC concentration and the HC amount in time series, it can accurately predict the HC concentration at an arbitrary time. Furthermore, since it is possible to predict the HC concentration downstream of the catalyst only by detecting the HC concentration upstream of the catalyst and the catalyst temperature, the HC concentration can be easily predicted.
[0083]
As described above, the prediction unit 30 included in the deterioration diagnosis apparatus 100 according to the present invention can easily and accurately predict the HC concentration. Therefore, when the deterioration diagnosis apparatus 100 according to the present invention is used, the deterioration of the HC adsorption catalyst can be easily performed. Can be detected with high accuracy.
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the prediction is performed based on the model of HC adsorption, release and purification on the HC adsorption catalyst, it is possible to make a prediction considering the HC adsorption, release and purification with high accuracy. In addition, since the HC concentration is predicted sequentially in time series, the HC concentration at an arbitrary time can be predicted with high accuracy. Furthermore, the HC concentration downstream of the catalyst can be predicted only by detecting the HC concentration upstream of the catalyst and the temperature of the HC adsorption catalyst (measurement or detection by estimation). It can be easily predicted.
[0085]
Therefore, according to the present invention, there are provided a method capable of accurately predicting a change in HC concentration and a degradation diagnosis device capable of accurately diagnosing degradation of the HC adsorption catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a model of HC adsorption, release and purification in a method for predicting HC concentration change according to the present invention.
FIGS. 2A to 2C are graphs showing the relationship between the HC concentration predicted by using the HC concentration change prediction method according to the present invention and the actually measured HC concentration. (A), (b) and (c) are graphs showing the results when the HC emissions in the test gas are 500 ppm, 1000 ppm and 1500 ppm, respectively.
FIG. 3 is a block diagram schematically showing an HC adsorption catalyst deterioration diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of fuel injection.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of deterioration diagnosis.
6A is a relationship between time and target A / F (air-fuel ratio) upstream of the catalyst, FIG. 6B is a relationship between time and catalyst temperature, and FIG. 6C is a time / A / F downstream of the catalyst. (D) is a graph showing the relationship between time and the HC concentration downstream of the catalyst, respectively.
[Explanation of symbols]
10 Catalyst temperature detector
20 HC concentration detector
30 Predictor
40 Deterioration diagnosis unit

Claims (4)

所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒が設けられた排気ガス通路における、前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する方法であって、
前記触媒の温度を検出する検出ステップと、
排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記触媒によりＨＣが浄化される浄化モデルとに基づき、前記触媒よりも上流側での排気ガス中のＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測する第１予測ステップと、
前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、前記第１予測ステップと同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、その後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測する第２予測ステップと、
を包含する、ＨＣ濃度変化予測方法。Changes in HC concentration downstream of the catalyst in the exhaust gas passage provided with an HC adsorption catalyst that adsorbs HC in a predetermined temperature range and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises. A prediction method,
A detecting step for detecting the temperature of the catalyst;
HC adsorption rate R 1 according to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)], the detected temperature of the catalyst and the adsorption to the catalyst the HC release rate R 2 in accordance with the amount of HC [HC (a)] which is based on the purification model HC are purified by the catalyst, the HC concentration in the exhaust gas on the upstream side of the catalyst And a first prediction step for predicting the HC concentration [HC (g)] 1 in the exhaust gas and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 1 in the first period,
Using the predicted HC concentration [HC (g)] 1 and HC amount [HC (a)] 1 at the first time, the first time after the first time is the same as in the first prediction step. Predict the HC concentration [HC (g)] 2 in the exhaust gas at two timings and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 , and then perform the same processing in sequence, and then at a predetermined timing A second prediction step for predicting the HC concentration [HC (g)] t in the exhaust gas;
A method for predicting HC concentration change. 前記浄化モデルは、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3でＨＣが浄化されるモデルである、請求項１に記載のＨＣ濃度変化予測方法。The said purification model is a model in which HC is purified at an HC purification rate R 3 according to the detected temperature of the catalyst and the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas. HC concentration change prediction method. 前記ＨＣ吸着速度Ｒ1および前記ＨＣ放出速度Ｒ2は、所定の係数を含む式により算出され、
前記所定の係数は、実際の排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］rと、前記所定の係数として仮の係数を代入したときに予測されるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］pとに基づいて予め設定される、請求項１または２に記載のＨＣ濃度変化予測方法。The HC adsorption rate R 1 and the HC release rate R 2 are calculated by an equation including a predetermined coefficient,
The predetermined coefficient is an HC concentration [HC (g)] r in actual exhaust gas and an HC concentration [HC (g)] p predicted when a temporary coefficient is substituted as the predetermined coefficient. The HC concentration change prediction method according to claim 1 or 2, which is preset based on the method. 排気ガス通路に設けられ、所定の温度域でＨＣを吸着し、昇温されるに伴って吸着したＨＣを放出するとともに浄化するＨＣ吸着触媒の劣化診断装置であって、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記排気ガス通路における前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度検出手段と、
前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＨＣ濃度変化を予測する予測手段と、
前記触媒の劣化を診断する劣化診断手段と、を備え、
前記予測手段は、排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ吸着速度Ｒ1と、前記触媒温度検出手段によって検出された触媒の温度と前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］とに応じたＨＣ放出速度Ｒ2と、前記検出された触媒の温度と前記排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］とに応じたＨＣ浄化速度Ｒ3とに基づき、前記ＨＣ濃度検出手段によって検出された前記触媒よりも上流側でのＨＣ濃度を用いて、第１時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を予測し、その後、前記予測された第１時期におけるＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］1およびＨＣ量［ＨＣ（ａ）］1を用いて、同様にして、前記第１時期よりも後の第２時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］2および前記触媒に吸着されたＨＣ量［ＨＣ（ａ）］2を予測し、さらにその後、同様の処理を順次行うことによって所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tを予測し、
前記劣化診断手段は、前記排気ガス通路における前記触媒よりも下流側でのＯ2濃度と還元剤濃度との関連値と、前記予測手段によって予測される所定の時期における排気ガス中のＨＣ濃度［ＨＣ（ｇ）］tとに基づいて、前記触媒の劣化を判断する、ＨＣ吸着触媒の劣化診断装置。An HC adsorption catalyst deterioration diagnosis device that is provided in an exhaust gas passage, adsorbs HC in a predetermined temperature range, and releases and purifies the adsorbed HC as the temperature rises.
Catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the catalyst;
HC concentration detection means for detecting the HC concentration upstream of the catalyst in the exhaust gas passage;
Predicting means for predicting HC concentration change downstream of the catalyst in the exhaust gas passage;
Deterioration diagnosis means for diagnosing deterioration of the catalyst,
The predicting means is detected by the HC adsorption rate R 1 corresponding to the HC concentration [HC (g)] in the exhaust gas and the HC amount adsorbed on the catalyst [HC (a)], and the catalyst temperature detecting means. HC release rate R 2 according to the temperature of the catalyst and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)], the detected catalyst temperature and the HC concentration in the exhaust gas [HC (g )] And the HC concentration upstream of the catalyst detected by the HC concentration detecting means on the basis of the HC purification rate R 3 according to (g)] 1 and the amount of HC adsorbed on the catalyst [predict HC (a)] 1, then the predicted HC concentration in the first period was [HC (g)] 1 and HC amount [HC ( with a)] 1, in the same way, later than the first timing second Predicts the exhaust HC concentration in the gas [HC (g)] 2 and the amount of HC adsorbed on the catalyst [HC (a)] 2 in time, Thereafter, in a given time by sequentially performing the same process Predict the HC concentration [HC (g)] t in the exhaust gas,
The deterioration diagnosing means includes a relation value between the O 2 concentration and the reducing agent concentration downstream of the catalyst in the exhaust gas passage, and an HC concentration in the exhaust gas at a predetermined time predicted by the predicting means [ HC (g)] t , a deterioration diagnosis device for an HC adsorption catalyst that determines deterioration of the catalyst.
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