JP4276472B2

JP4276472B2 - Catalyst deterioration determination device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4276472B2
Application number: JP2003154421A
Authority: JP
Inventors: 勇後藤; 睦典石井; 秀樹青木
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004353606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の触媒劣化判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないように排気系にＰＭの捕獲を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕獲され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕獲されたＰＭが該フィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを酸化せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
このフィルタの再生は、該フィルタの上流に酸化能力を有する触媒を設け、該酸化能力を有する触媒に還元剤を供給したときに発生する熱により高温となった排気をフィルタに流通させることにより行うことができる。
【０００５】
ところで、フィルタ上流に備えられた酸化触媒は、排気の熱や還元剤供給時の温度上昇により劣化する。この劣化の度合いが大きくなると、酸化触媒で反応する還元剤の量が減り、該酸化触媒下流へ流出する還元剤の量が増加する。そのため、フィルタに捕獲された粒子状物質を除去するために多くの還元剤が必要となってしまう。また、フィルタに捕獲された粒子状物質の除去が十分に行われずに、フィルタの目詰まりが生じる虞もある。このような酸化触媒の劣化を検出することができれば、ユーザ等に酸化触媒の交換を促すことができ、還元剤の供給量の増加を抑制し、また、フィルタの目詰まりを抑制することができる。そして、酸化能力を有する触媒の劣化を抑制する技術として、例えば、フィルタ上流に酸化触媒を備え、酸化触媒より上流から還元剤たる燃料を供給してＰＭを除去し、フィルタの再生を行う必要がないときには排気が酸化触媒を通過しないようにする技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。また、フィルタ上流に備えられた酸化触媒の劣化を判定する技術（例えば、特許文献２参照。）、フィルタ上流と下流との排気温度の差に基づいて還元剤の供給量を補正する技術（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−４３１１３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２７６３６号公報
【特許文献３】
特開平５−２２２９１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フィルタの再生を実施しているときには、酸化触媒に排気を流通させるため、度合いは低いが劣化を生じてしまう。このような劣化の度合いを判定することができれば、ユーザ等に触媒の交換を促したり、その劣化の度合いに応じたフィルタの再生を行ったりすることが可能となる。
【０００８】
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、内燃機関の触媒劣化判定装置において、フィルタ上流に設けられた酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の触媒劣化判定装置は、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能力を有する前段触媒と、
前記前段触媒の下流に設けられ排気中の粒子状物質を捕獲し且つ酸化能力を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、
前記前段触媒の上流から還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給して前記パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質を除去し、フィルタの再生を行う内燃機関であって、
前記前段触媒よりも下流で且つ前記パティキュレートフィルタよりも上流の排気の温度を検出する第１排気温度センサと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度を検出する第２排気温度センサと、
を備え、
前記還元剤供給手段による粒子状物質の除去を開始してから規定の時間経過後の、前記第２排気温度センサにより検出された排気温度と前記第１排気温度センサにより検出された排気温度との差が大きいほど前記前段触媒の劣化の度合いが大きいと判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の最大の特徴は、還元剤供給時のフィルタ前後の排気の温度の差に基づいて該フィルタ上流に設けられた前段触媒の劣化の度合いを判定することにある。
【００１１】
ここで、「規定の時間」とは、還元剤の供給によりフィルタの温度が上昇を開始した後の時間であって、新品の前段触媒に還元剤を供給した場合と、劣化した前段触媒に還元剤を供給した場合と、でフィルタ前後の排気の温度の差に明確な違いが表れる時間である。
【００１２】
このように構成された内燃機関の触媒劣化判定装置では、前段触媒に還元剤が供給されると、該前段触媒において還元剤が反応し、排気の温度が上昇する。このようにして温度が上昇した排気が下流のパティキュレートフィルタに流入すると、該パティキュレートフィルタに捕獲されている粒子状物質が酸化され、除去される。この場合、前段触媒から流出する排気の温度、即ち、パティキュレートフィルタよりも上流の排気の温度は高く、該パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度との差は小さくなる。
【００１３】
ここで、前段触媒は、排気の熱に晒されて、更には還元剤の反応により発生した熱に晒されて劣化を生じる。この劣化の度合いが大きくなると、還元剤の酸化能力が低下して排気の温度を上昇させることが困難となる。そして、未反応の還元剤がパティキュレートフィルタに流入すると、該パティキュレートフィルタにて還元剤が反応し、粒子状物質が酸化されると共に排気の温度が上昇する。この場合、前段触媒から流出する排気の温度、即ち、パティキュレートフィルタよりも上流の排気の温度は低く、該パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度との差は大きくなる。
【００１４】
このように、前段触媒の劣化の度合いにより、還元剤供給時のパティキュレートフィルタ下流の排気の温度と上流の排気の温度との差が変化する。即ち、劣化の度合いが大きくなるほど、還元剤供給時のパティキュレートフィルタ下流の排気の温度と上流の排気の温度との差が大きくなる。従って、パティキュレートフィルタ下流の排気の温度と上流の排気の温度との差に基づいて、該パティキュレートフィルタよりも上流に設けられた前段触媒の劣化の度合いを判定することが可能となる。
【００１５】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の触媒劣化判定装置は、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能力を有する前段触媒と、
前記前段触媒の下流に設けられ排気中の粒子状物質を捕獲し且つ酸化能力を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、
前記前段触媒の上流から還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給して前記パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質を除去し、フィルタの再生を行う内燃機関であって、
前記前段触媒よりも下流で且つ前記パティキュレートフィルタよりも上流の排気の温度を検出する第１排気温度センサと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度を検出する第２排気温度センサと、
を備え、
前記還元剤供給手段による粒子状物質の除去を開始してから規定の時間経過後であって、そのときから規定の期間内の前記第２排気温度センサにより検出された排気温度と前記第１排気温度センサにより検出された排気温度との差の増加率が大きいほど前記前段触媒の劣化の度合いが大きいと判定することを特徴とする。
【００１６】
本発明の最大の特徴は、還元剤供給時のフィルタ前後の排気の温度の差の増加率に基づいて該フィルタ上流に設けられた前段触媒の劣化の度合いを判定することにある。
【００１７】
ここで、「規定の時間」とは、還元剤の供給によりフィルタの温度が上昇を開始した後の時間であって、新品の前段触媒に還元剤を供給した場合と、劣化した前段触媒に還元剤を供給した場合と、でフィルタ前後の排気の温度の差の増加率に明確な違いが表れる時間である。
【００１８】
また、「規定の期間」とは、内燃機関の運転状態等によりフィルタ前後の排気温度の差が変動した場合であっても、その変動が前段触媒の劣化判定に影響を及ぼさないほど十分に長い期間である。即ち、排気温度の差は、内燃機関の運転状態等によっても変動する。そのため、微小時間における排気温度の差の増加率に基づいて、前段触媒の劣化の度合いを判定すると、誤判定する虞がある。そこで、誤判定する虞のない期間を予め求めておき、「規定の期間」として定めておく。
【００１９】
前記したように、前段触媒に劣化が生じていない場合若しくは劣化の度合いが小さい場合には、前段触媒から流出する排気の温度、即ち、パティキュレートフィルタよりも上流の排気の温度は高く、該パティキュレートフィルタよりも下流の排気の温度との差は小さくなる。そして、劣化の度合いが大きくなると、該パティキュレートフィルタにおける排気の温度上昇が大きくなる。
【００２０】
このように、前段触媒の劣化の度合いにより、還元剤供給時のパティキュレートフィルタ下流の排気の温度と上流の排気の温度との差が変化する。そして、劣化の度合いが大きくなるほど前記温度差は大きくなり、還元剤供給時の温度差の増加率が大きくなる。従って、パティキュレートフィルタ下流の排気の温度と上流の排気の温度との差の増加率に基づいて、該パティキュレートフィルタよりも上流に設けられた前段触媒の劣化の度合いを判定することが可能となる。
【００２１】
第１及び第２の発明においては、前記還元剤供給手段は、前記前段触媒の劣化の度合いが許容される度合いよりも大きいと判定された場合に、前記前段触媒に供給する還元剤濃度を低下させて粒子状物質の除去を行うことができる。
【００２２】
ここで、「許容される度合い」とは、現在の還元剤濃度で前段触媒に還元剤を供給したときに、フィルタの再生を行うことのできる劣化の度合いの限界である。
【００２３】
ここで、還元剤の濃度を低くすると前段触媒の主に上流側で還元剤が反応し、還元剤濃度を高くするに伴い下流側で反応するようになる。前段触媒の上流側で還元剤が反応すると、反応により生じた熱が該前段触媒の温度上昇のために作用してしまい、下流のパティキュレートフィルタの温度上昇が緩慢となる。従って、排気中の還元剤濃度を高くすることにより、効率良く粒子状物質の除去を行うことができ、還元剤の供給量を抑えることができる。しかし、前段触媒が劣化していると、還元剤が前段触媒において反応しないまま下流へと流出する虞がある。そこで、前段触媒に劣化が生じている場合には、濃度を低下させて還元剤を供給することにより前段触媒からの還元剤の流出を抑制することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定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。ここでは、本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関の触媒劣化判定装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２７】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２８】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２９】
このように構成された燃料噴射系では、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧された燃料が各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３０】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３１】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通す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１０が取り付けられている。このエアフローメータ１０によりエンジン１の吸入空気量を算出することができる。
【００３２】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１の開度を調整することにより、エンジン１の吸入空気量を調整することができる。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管１３は、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にて大気へと通じている。
【００３４】
前記排気管１４の途中には、酸化触媒を担持した前段触媒１５が設けられている。また、前段触媒１５の下流には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒とする。）を担持し、且つ排気中に含まれる粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」という。）を捕獲するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１６が設けられている。フィルタ１６は、例えばコージェライトのような多孔質材料からなり、アルミナの担体の層が形成され、この担体上にＮＯx触媒が坦持されている。
【００３５】
このフィルタ１６に担持されたＮＯx触媒は、該フィルタ１６に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）し、一方、該フィルタ１６に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯxを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の燃料が存在していれば、ＮＯx触媒から放出されたＮＯxが還元される。
【００３６】
一方、フィルタ１６により、排気中のＰＭが一旦捕獲され、大気中への放出が防止される。
【００３７】
また、前段触媒１５とフィルタ１６との間の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気温度センサ１７が取り付けられている。一方、フィルタ１６より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第２排気温度センサ１８が取り付けられている。この第２排気温度センサ１８により測定された排気温度と、第１排気温度センサ１７により測定された排気温度と、の差により、フィルタ１６前後の排気温度の差を得ることができる。
【００３８】
更に、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２が設けられている。このクランクポジションセンサ２２により、エンジン回転数を得ることができる。
【００３９】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２１が併設されている。このＥＣＵ２１は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４０】
ＥＣＵ２１には、各種センサ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の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２３の出力信号が入力されるようになっている。このアクセル開度センサ２３の出力信号により、エンジン負荷を得ることができる。
【００４１】
一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１２等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ２１が制御することが可能になっている。
【００４２】
ところで、フィルタ１６に捕獲されたＰＭが該フィルタ１６に堆積するとフィルタ１６の目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ１６上流の排気の圧力が上昇し、エンジン１の出力低下やフィルタ１６の毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ１６上に堆積したＰＭを酸化せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。このフィルタの再生は、例えば炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を前段触媒１５より上流から供給し、このときに該前段触媒１５で発生する熱により温度上昇した排気をフィルタ１６に流通させて行うことができる。従って、エンジン１からの排気の温度が低い場合は、フィルタ１６の目詰まりが発生する前に、前段触媒１５にＨＣや一酸化炭素ＣＯ等を供給して排気の温度を上昇させ、フィルタ１６に堆積したＰＭを酸化させる必要がある。
【００４３】
前段触媒１５へＨＣを供給する方法としては、エンジン１で燃料噴射弁３からの主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に、再度燃料を噴射させる副噴射を例示することができる。この副噴射により噴射された燃料（ＨＣ）は、噴射時期によっては燃焼せずに気筒２から排出される。しかも、この排出されたＨＣは、主噴射による高温の燃焼ガスにより改質され、前段触媒１５にて反応しやすい状態となっている。
【００４４】
しかし、前段触媒１５に劣化が生じＨＣの酸化能力が低下していると、該前段触媒１５で反応するＨＣが減少してしまう。このような劣化が生じると、フィルタ１６の上流側では温度上昇が緩慢となり、ＰＭの酸化が困難となる。また、ＰＭの酸化に必要となる温度まで排気の温度を上昇させるために多量のＨＣを必要とし、燃費が悪化してしまう。更に、ＰＭの酸化が十分に行われずフィルタ１６にＰＭが堆積し、フィルタ１６より上流の排気の圧力が上昇することがある。これにより、フィルタ１６の毀損やエンジン１の毀損を誘発させる虞がある。
【００４５】
その点、本実施の形態では、フィルタ１６より下流の排気の温度と、フィルタ１６より上流且つ前段触媒１５より下流の排気の温度と、の差に基づいて前段触媒１５の劣化の度合いを判定することができる。前段触媒１５の劣化の度合いが大きい場合には、ユーザに警告を発し前段触媒１５を交換することや、劣化の度合いに応じたフィルタ１６の再生方法を選択することが可能となる。
【００４６】
図２は、ＨＣ供給時の第２排気温度センサ１８により測定された排気温度と第１排気温度センサ１７により測定された排気温度との差の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００４７】
ここで、新品状態の前段触媒１５にＨＣが供給されると、該前段触媒１５においてＨＣが反応し、排気の温度が上昇する。このようにして温度が上昇した排気が下流のフィルタ１６に流入すると、該フィルタ１６に捕獲されているＰＭが酸化され、除去される。この場合、前段触媒１５から流出する排気の温度、即ち、フィルタ１６よりも上流の排気の温度は高い。また、フィルタ１６では、ＰＭが酸化される熱により排気の温度は更に上昇するが、該フィルタ１６に流入する排気の温度が高いため、該フィルタ１６よりも下流の排気の温度との差は、例えば５０℃と小さい。即ち、新品状態の前段触媒１５では、第２排気温度センサ１８により測定された排気の温度と第１排気温度センサ１７により測定された排気の温度との差は小さくなる。
【００４８】
一方、劣化の度合いが大きい前段触媒１５では、ＨＣを酸化する能力が低下して、該前段触媒１５において排気の温度を上昇させることが困難となる。そして、前段触媒１５で反応しなかったＨＣがフィルタ１６に流入すると、該フィルタ１６のＮＯx触媒でＨＣが反応し、ＰＭが酸化される。それに伴い、排気の温度が上昇する。この場合、前段触媒１５から流出する排気の温度、即ち、フィルタ１６よりも上流の排気の温度は低く、該フィルタ１６よりも下流の排気の温度との差は大きくなる。即ち、劣化の度合いが大きい前段触媒１５では、第２排気温度センサ１８により測定された排気の温度と第１排気温度センサ１７により測定された排気の温度との差は、例えば２００℃と大きくなる。
【００４９】
このように、前段触媒１５の劣化の度合いによりＨＣ供給時のフィルタ１６より下流の排気の温度と上流の排気の温度との差（以下、単に「排気温度の差」とする。）が変化する。従って、前記排気温度の差に基づいて、該フィルタ１６よりも上流に設けられた前段触媒１５の劣化の度合いを判定することが可能となる。
【００５０】
例えば、ＨＣ供給開始から規定の時間経過した後の前記排気温度の差を算出し、この排気温度の差が大きいほど劣化の度合いが大きいと判定しても良い。ここで、「規定の時間」とは、ＨＣの供給によりフィルタ１６の温度が上昇を開始した後の時間であって、新品の前段触媒１５にＨＣを供給した場合と、劣化した前段触媒１５にＨＣを供給した場合と、で前記排気温度の差に明確な違いが表れる時間であり、予め実験等により求めておく。また、規定の時間経過後の前記排気温度の差と劣化の度合いとの関係を予め実験等により求めマップ化し、該マップへ前記排気温度の差を代入して劣化の度合いを得るようにしても良い。
【００５１】
また、本実施の形態では、ＨＣ供給開始から規定の時間経過した後の前記排気温度の差が規定の差以上の場合に前段触媒１５の劣化の度合いが許容範囲よりも大きいとしても良い。ここで、「規定の差」とは、許容範囲以上に劣化した前段触媒１５にＨＣを供給したときの排気温度の差であり、予め実験等により求めておく。
【００５２】
更に、本実施の形態では、前記排気温度の差の増加率により劣化の度合いを判定しても良い。即ち、図２を見ても分かるように、前段触媒１５が劣化していると、前記排気温度の差が大きくなり、排気温度の差が増加していく途中の増加率も大きくなる。そこで、新品状態の前段触媒１５の排気温度の差の増加率を予め実験等により求めておき、この新品状態の排気温度の差の増加率に対してどれだけ大きくなっているか比較することにより劣化の度合いを得ることができる。ここで、排気温度の差は、エンジン１の運転状態によっても変動する。そのため、微小時間における排気温度の差の増加率に基づいて、前段触媒１５の劣化の度合いを判定すると、誤判定する虞がある。そこで、誤判定する虞のない期間を予め実験等により求めておき、この期間中に増加した排気温度の差を該期間で除した値を増加率として前段触媒１５の劣化の度合いを判定しても良い。また、ＨＣ供給開始から前記排気温度の差が増加するまでにある程度の時間を要するため、ＨＣ供給開始から排気温度の差の増加率が大きくなるまでの時間を予め実験等により求め、この時間が経過してから前記排気温度の差の増加率を求めても良い。さらに、排気温度の差の増加率になまし処理等を加えて前段触媒１５の劣化の度合いを判定しても良い。
【００５３】
このようにして、該前段触媒１５よりも下流のフィルタ１６から流出する排気温度とフィルタ１６に流入する排気温度との差が大きいほど、若しくは、排気温度の差の増加率が大きいほど、前段触媒１５の劣化の度合いが大きいと判定することができる。そして、前段触媒１５の劣化の度合いが大きいと判定された場合には、ユーザに警告することにより、該前段触媒１５の交換を促すことができる。また、前段触媒１５の劣化の度合いに応じたＨＣの供給を行うことも可能となる。以上により、燃費の悪化やフィルタ１６の毀損、更にはエンジン１の毀損を抑制することができる。
【００５４】
尚、本実施の形態においては、前段触媒１５は、酸化能力を有する触媒を担持していれば良く、酸化触媒に代えて、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒や三元触媒を担持していても良い。
【００５５】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、前段触媒１５の劣化の度合いが大きいと判定された場合に、該前段触媒１５に供給するＨＣ濃度を低下させる点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００５６】
ここで、ＨＣ濃度の低い排気（例えば、ＨＣ濃度が４００p.p.m.の排気）を前段触媒１５に供給すると、該前段触媒１５の主に上流側でＨＣが反応する。この場合、酸化反応により発生した熱の一部は前段触媒１５の温度上昇のために消費され、ＨＣの供給量に対して前段触媒１５から流出する排気の温度が低くなる。
【００５７】
一方、ＨＣ濃度の高い排気（例えば、ＨＣ濃度が１００００p.p.m.の排気）を前段触媒１５に供給すると、該前段触媒１５の主に下流側でＨＣが反応する。この場合、酸化反応により発生した熱による前段触媒１５の温度上昇が小さくなる。即ち、前段触媒１５の下流側でＨＣが反応するため、このときに発生した熱は前段触媒１５の温度を上昇させる前に該前段触媒１５から流出する。従って、ＨＣ濃度が高い排気を前段触媒１５に供給することにより、効率良くフィルタ１６の温度を上昇させることができ、燃費を向上させることができる。
【００５８】
しかし、前段触媒１５の劣化の度合いが大きくなると、該前段触媒１５でのＨＣの酸化能力が低下するため、ＨＣ濃度が高い排気を前段触媒１５に供給すると該前段触媒１５で反応しないまま下流へ流出するＨＣが多くなる。このように流出するＨＣが多くなると、フィルタ１６でＨＣが反応することになるが、該フィルタ１６の上流側では温度上昇が緩慢となり、該上流側ではＰＭの酸化が困難となる。
【００５９】
その点、本実施の形態では、前段触媒１５の劣化の度合いが大きいと判定された場合には、前記副噴射による噴射量を減量することによりＨＣ濃度を減少させる。ここで、ＨＣ濃度と吸入空気量、主噴射の燃料噴射量、副噴射の燃料噴射量との関係を予め求めてマップ化しておき、該マップへ目標となるＨＣ濃度、吸入空気量、主噴射の燃料噴射量を代入して、副噴射の燃料噴射量を得ることができる。尚、噴射の燃料噴射量は、該燃料噴射量とエンジン回転数とアクセル開度との関係を予め実験等により求めマップ化しておき、該マップへエンジン回転数とアクセル開度とを代入して得ることができる。
【００６０】
例えば、前段触媒１５の劣化の度合いが小さいと判定された場合には、ＨＣ濃度が例えば１００００p.p.m.となるように副噴射の燃料噴射量を調整する。一方、前段触媒１５の劣化の度合いが大きいと判定された場合には、ＨＣ濃度が例えば４００p.p.m.となるように副噴射の燃料噴射量を調整する。
【００６１】
このようにして、前段触媒１５の劣化の度合いが小さい場合には、ＨＣ濃度が高い排気を該前段触媒１５に流入させてフィルタの再生を行って燃費を向上させ、一方、前段触媒１５の劣化の度合いが大きい場合には、ＨＣ濃度の低い排気を該前段触媒１５に流入させてフィルタの再生を行うことができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定装置では、前段触媒よりも下流のフィルタから流出する排気温度とフィルタに流入する排気温度との差が大きいほど、若しくは、排気温度の差の増加率が大きいほど、前段触媒の劣化の度合いが大きいと判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る内燃機関の触媒劣化判定装置を適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＨＣ供給時の第２排気温度センサにより測定された排気温度と第１排気温度センサにより測定された排気温度との差の時間推移を示したタイムチャート図である。
【符号の説明】
１エンジン
１ａクランクプーリ
１ｂ排気ポート
２気筒
３燃料噴射弁
４コモンレール
５燃料供給管
６燃料ポンプ
６ａポンププーリ
７ベルト
８吸気枝管
９吸気管
１０エアフローメータ
１１吸気絞り弁
１２吸気絞り用アクチュエータ
１３排気枝管
１４排気管
１５前段触媒
１６パティキュレートフィルタ
１７第１排気温度センサ
１８第２排気温度センサ
２１ＥＣＵ
２２クランクポジションセンサ
２３アクセル開度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, removal of particulate matter (Particulate Matter: hereinafter referred to as “PM”) represented by soot, which is a particulate matter contained in the exhaust of a diesel engine, has become an important issue. For this reason, a technique is known in which a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) that captures PM in an exhaust system is provided so that PM is not released into the atmosphere.
[0003]
This filter can prevent the PM in the exhaust gas from being once trapped and released into the atmosphere. However, when PM trapped in the filter accumulates on the filter, the filter may be clogged. If this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter may increase, leading to a decrease in the output of the internal combustion engine and damage to the filter. In such a case, the PM deposited on the filter can be oxidized to be removed. The removal of PM deposited on the filter in this way is called filter regeneration.
[0004]
The regeneration of this filter is carried out by providing a catalyst having an oxidizing ability upstream of the filter and circulating the exhaust gas heated to a high temperature by heat generated when a reducing agent is supplied to the catalyst having the oxidizing ability. be able to.
[0005]
By the way, the oxidation catalyst provided upstream of the filter is deteriorated due to the heat of the exhaust or the temperature rise when the reducing agent is supplied. When the degree of deterioration increases, the amount of the reducing agent that reacts with the oxidation catalyst decreases, and the amount of the reducing agent that flows out downstream of the oxidation catalyst increases. Therefore, many reducing agents are required to remove the particulate matter captured by the filter. Further, the particulate matter trapped by the filter is not sufficiently removed, and the filter may be clogged. If such deterioration of the oxidation catalyst can be detected, it is possible to prompt the user to replace the oxidation catalyst, suppress an increase in the supply amount of the reducing agent, and suppress clogging of the filter. . As a technique for suppressing deterioration of a catalyst having oxidation ability, for example, it is necessary to provide an oxidation catalyst upstream of the filter, supply fuel as a reducing agent from the upstream of the oxidation catalyst, remove PM, and regenerate the filter. A technique for preventing exhaust from passing through an oxidation catalyst when there is no exhaust gas (see, for example, Patent Document 1) is known. Further, a technique for determining deterioration of the oxidation catalyst provided upstream of the filter (see, for example, Patent Document 2), and a technique for correcting the supply amount of the reducing agent based on the difference in exhaust temperature between the upstream and downstream of the filter (for example, Patent Document 3) is known.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 60-43113 [Patent Document 2]
JP 2002-227636 A [Patent Document 3]
JP-A-5-222916
[Problems to be solved by the invention]
However, when the filter is being regenerated, the exhaust gas is circulated through the oxidation catalyst, so that deterioration is caused to a lesser extent. If the degree of such deterioration can be determined, it is possible to prompt the user or the like to replace the catalyst, or to regenerate the filter in accordance with the degree of deterioration.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique for determining the degree of deterioration of a catalyst having oxidation ability provided upstream of a filter in a catalyst deterioration determination apparatus for an internal combustion engine. For the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the first invention is
A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxidizing ability;
A particulate filter provided downstream of the preceding catalyst and carrying a catalyst that captures particulate matter in the exhaust and has an oxidizing ability;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent from upstream of the preceding catalyst;
With
An internal combustion engine that supplies a reducing agent by the reducing agent supply means to remove particulate matter captured by the particulate filter and regenerates the filter,
A first exhaust gas temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas downstream of the upstream catalyst and upstream of the particulate filter;
A second exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust downstream of the particulate filter;
With
The exhaust temperature detected by the second exhaust temperature sensor and the exhaust temperature detected by the first exhaust temperature sensor after a lapse of a specified time from the start of the removal of the particulate matter by the reducing agent supply means. It is determined that the larger the difference is, the greater the degree of deterioration of the preceding catalyst is.
[0010]
The most important feature of the present invention is that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst provided upstream of the filter is determined on the basis of the temperature difference between the exhaust gas before and after the filter when the reducing agent is supplied.
[0011]
Here, the “specified time” is the time after the temperature of the filter starts to rise due to the supply of the reducing agent, and when the reducing agent is supplied to a new front catalyst and when the reducing catalyst is reduced to a deteriorated front catalyst. This is the time when there is a clear difference between the temperature of the exhaust before and after the filter when the agent is supplied.
[0012]
In the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine configured as described above, when the reducing agent is supplied to the preceding catalyst, the reducing agent reacts with the preceding catalyst, and the temperature of the exhaust gas rises. When the exhaust gas whose temperature has increased in this manner flows into the downstream particulate filter, the particulate matter trapped in the particulate filter is oxidized and removed. In this case, the temperature of the exhaust gas flowing out from the preceding catalyst, that is, the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter is high, and the difference from the temperature of the exhaust gas downstream of the particulate filter is small.
[0013]
Here, the pre-catalyst is exposed to the heat of the exhaust, and further exposed to the heat generated by the reaction of the reducing agent, causing deterioration. When the degree of deterioration increases, it becomes difficult to raise the temperature of the exhaust gas by reducing the oxidizing ability of the reducing agent. When the unreacted reducing agent flows into the particulate filter, the reducing agent reacts with the particulate filter, the particulate matter is oxidized, and the temperature of the exhaust gas rises. In this case, the temperature of the exhaust gas flowing out from the preceding catalyst, that is, the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter is low, and the difference from the temperature of the exhaust gas downstream of the particulate filter is large.
[0014]
As described above, the difference between the temperature of the exhaust gas downstream of the particulate filter and the temperature of the upstream exhaust gas when the reducing agent is supplied varies depending on the degree of deterioration of the upstream catalyst. That is, as the degree of deterioration increases, the difference between the temperature of the exhaust downstream of the particulate filter and the temperature of the upstream exhaust during supply of the reducing agent increases. Therefore, based on the difference between the temperature of the exhaust gas downstream of the particulate filter and the temperature of the upstream exhaust gas, it is possible to determine the degree of deterioration of the pre-stage catalyst provided upstream of the particulate filter.
[0015]
In order to achieve the above object, the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the second invention is
A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxidizing ability;
A particulate filter provided downstream of the preceding catalyst and carrying a catalyst that captures particulate matter in the exhaust and has an oxidizing ability;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent from upstream of the preceding catalyst;
With
An internal combustion engine that supplies a reducing agent by the reducing agent supply means to remove particulate matter captured by the particulate filter and regenerates the filter,
A first exhaust gas temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas downstream of the upstream catalyst and upstream of the particulate filter;
A second exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust downstream of the particulate filter;
With
The exhaust gas temperature detected by the second exhaust gas temperature sensor and the first exhaust gas after a lapse of a specified time since the start of the removal of the particulate matter by the reducing agent supply means. It is determined that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst is larger as the increase rate of the difference from the exhaust temperature detected by the temperature sensor is larger.
[0016]
The most important feature of the present invention is that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst provided upstream of the filter is determined based on the increasing rate of the temperature difference between the exhaust gas before and after the filter when the reducing agent is supplied.
[0017]
Here, the “specified time” is the time after the temperature of the filter starts to rise due to the supply of the reducing agent, and when the reducing agent is supplied to a new front catalyst and when the reducing catalyst is reduced to a deteriorated front catalyst. This is the time when there is a clear difference in the rate of increase in the difference in exhaust temperature before and after the filter when the agent is supplied.
[0018]
In addition, the “specified period” is long enough that even if the difference in the exhaust temperature before and after the filter fluctuates due to the operating state of the internal combustion engine or the like, the fluctuation does not affect the deterioration determination of the preceding catalyst. It is a period. That is, the difference in exhaust temperature varies depending on the operating state of the internal combustion engine. For this reason, if the degree of deterioration of the pre-stage catalyst is determined based on the increasing rate of the difference in exhaust gas temperature during a very short time, there is a risk of erroneous determination. Therefore, a period in which there is no possibility of erroneous determination is obtained in advance and is defined as a “specified period”.
[0019]
As described above, when the pre-stage catalyst has not deteriorated or the degree of deterioration is small, the temperature of the exhaust gas flowing out from the pre-stage catalyst, that is, the temperature of the exhaust gas upstream of the particulate filter is high. The difference with the temperature of the exhaust gas downstream from the curate filter becomes small. As the degree of deterioration increases, the temperature rise of the exhaust gas in the particulate filter increases.
[0020]
As described above, the difference between the temperature of the exhaust gas downstream of the particulate filter and the temperature of the upstream exhaust gas when the reducing agent is supplied varies depending on the degree of deterioration of the upstream catalyst. The temperature difference increases as the degree of deterioration increases, and the rate of increase in temperature difference during supply of the reducing agent increases. Therefore, it is possible to determine the degree of deterioration of the pre-stage catalyst provided upstream of the particulate filter based on the increasing rate of the difference between the exhaust gas temperature downstream of the particulate filter and the upstream exhaust gas temperature. Become.
[0021]
In the first and second inventions, the reducing agent supply means reduces the concentration of reducing agent supplied to the preceding catalyst when it is determined that the degree of deterioration of the preceding catalyst is greater than an allowable degree. Thus, the particulate matter can be removed.
[0022]
Here, the “acceptable degree” is a limit of the degree of deterioration at which the filter can be regenerated when the reducing agent is supplied to the preceding catalyst at the current reducing agent concentration.
[0023]
Here, when the concentration of the reducing agent is lowered, the reducing agent reacts mainly on the upstream side of the pre-stage catalyst, and as the reducing agent concentration is increased, it reacts on the downstream side. When the reducing agent reacts on the upstream side of the upstream catalyst, the heat generated by the reaction acts to increase the temperature of the upstream catalyst, and the temperature increase of the downstream particulate filter becomes slow. Therefore, by increasing the concentration of the reducing agent in the exhaust gas, the particulate matter can be efficiently removed, and the supply amount of the reducing agent can be suppressed. However, if the front catalyst is deteriorated, the reducing agent may flow downstream without reacting in the front catalyst. Therefore, when the pre-stage catalyst has deteriorated, it is possible to suppress the outflow of the reducing agent from the pre-stage catalyst by reducing the concentration and supplying the reducing agent.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, a specific embodiment of a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0025]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and its intake / exhaust system to which the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied.
[0026]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0027]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure.
[0028]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source, and a pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) And the belt pulley 7 are connected to each other.
[0029]
In the fuel injection system configured as described above, the fuel accumulated in the common rail 4 to a predetermined pressure is distributed to the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
[0030]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0031]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9. An air flow meter 10 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9. The air flow meter 10 can calculate the intake air amount of the engine 1.
[0032]
An intake throttle valve 11 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. By adjusting the opening of the intake throttle valve 11, the intake air amount of the engine 1 can be adjusted. The intake throttle valve 11 is provided with an intake throttle actuator 12 that is configured by a step motor or the like and that drives the intake throttle valve 11 to open and close.
[0033]
On the other hand, an exhaust branch pipe 13 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 13 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port 1b. The exhaust branch pipe 13 is connected to an exhaust pipe 14, and the exhaust pipe 14 communicates with the atmosphere downstream.
[0034]
In the middle of the exhaust pipe 14, a pre-stage catalyst 15 carrying an oxidation catalyst is provided. Further, downstream of the front catalyst 15, a NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst) is supported, and particulate matter represented by soot, which is particulate matter contained in the exhaust gas. A particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 16 for capturing Matter: hereinafter referred to as “PM”) is provided. The filter 16 is made of a porous material such as cordierite, for example, and is formed with an alumina support layer, and a NOx catalyst is supported on the support.
[0035]
The NOx catalyst supported on the filter 16 occludes (absorbs, adsorbs, or adheres) NOx in the exhaust when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the filter 16 is high, while flowing into the filter 16. When the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, the stored NOx is released. At this time, if fuel such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, NOx released from the NOx catalyst is reduced.
[0036]
On the other hand, the PM in the exhaust gas is once captured by the filter 16 and is prevented from being released into the atmosphere.
[0037]
A first exhaust temperature sensor 17 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 is attached to the exhaust pipe 14 between the front catalyst 15 and the filter 16. On the other hand, a second exhaust temperature sensor 18 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 is attached to the exhaust pipe 14 downstream of the filter 16. The difference between the exhaust temperature measured by the second exhaust temperature sensor 18 and the exhaust temperature measured by the first exhaust temperature sensor 17 makes it possible to obtain the difference between the exhaust temperatures before and after the filter 16.
[0038]
Furthermore, the engine 1 is provided with a crank position sensor 22 that outputs an electrical signal corresponding to the rotational position of the crankshaft. This crank position sensor 22 can obtain the engine speed.
[0039]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 21 for controlling the engine 1. The ECU 21 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0040]
Various sensors are connected to the ECU 21 via electric wiring, and in addition to the output signals of the various sensors described above, an output signal of the accelerator opening sensor 23 that outputs an electric signal according to the amount of depression of the accelerator by the driver. It is designed to be entered. The engine load can be obtained from the output signal of the accelerator opening sensor 23.
[0041]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 12, and the like are connected to the ECU 21 via electric wiring, and the ECU 21 can control the above-described parts.
[0042]
By the way, when PM captured by the filter 16 accumulates on the filter 16, the filter 16 may be clogged. When this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter 16 increases, which may cause a reduction in the output of the engine 1 or damage to the filter 16. In such a case, the PM deposited on the filter 16 can be oxidized to be removed. The removal of PM deposited on the filter in this way is called filter regeneration. For regeneration of this filter, for example, hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO) or the like is supplied from the upstream side of the pre-stage catalyst 15, and the exhaust gas whose temperature is increased by the heat generated in the pre-stage catalyst 15 at this time is supplied to the filter 16. It can be distributed. Therefore, when the temperature of the exhaust from the engine 1 is low, before the filter 16 is clogged, HC or carbon monoxide CO is supplied to the pre-stage catalyst 15 to increase the temperature of the exhaust, It is necessary to oxidize the deposited PM.
[0043]
As a method for supplying HC to the pre-stage catalyst 15, sub-injection in which fuel is injected again during the expansion stroke or the exhaust stroke after the main injection from the fuel injection valve 3 in the engine 1 can be exemplified. The fuel (HC) injected by this sub-injection is discharged from the cylinder 2 without burning depending on the injection timing. In addition, the discharged HC is reformed by the high-temperature combustion gas by the main injection, and is in a state where it easily reacts with the pre-stage catalyst 15.
[0044]
However, if the pre-stage catalyst 15 is deteriorated and the HC oxidizing ability is lowered, the HC reacting with the pre-stage catalyst 15 is reduced. When such deterioration occurs, the temperature rises slowly on the upstream side of the filter 16 and it becomes difficult to oxidize PM. In addition, a large amount of HC is required to raise the temperature of the exhaust gas to a temperature required for PM oxidation, resulting in a deterioration in fuel consumption. Furthermore, PM is not sufficiently oxidized, and PM accumulates on the filter 16, and the pressure of exhaust gas upstream from the filter 16 may increase. This may cause damage to the filter 16 and damage to the engine 1.
[0045]
In this regard, in the present embodiment, the degree of deterioration of the front catalyst 15 is determined based on the difference between the temperature of the exhaust downstream from the filter 16 and the temperature of the exhaust upstream from the filter 16 and downstream from the front catalyst 15. be able to. When the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 is large, it is possible to issue a warning to the user and replace the pre-stage catalyst 15 or to select a regeneration method for the filter 16 according to the degree of deterioration.
[0046]
FIG. 2 is a time chart showing the time transition of the difference between the exhaust temperature measured by the second exhaust temperature sensor 18 during HC supply and the exhaust temperature measured by the first exhaust temperature sensor 17.
[0047]
Here, when HC is supplied to the new pre-stage catalyst 15, HC reacts in the pre-stage catalyst 15, and the temperature of the exhaust gas rises. When the exhaust gas whose temperature has increased in this way flows into the downstream filter 16, the PM trapped in the filter 16 is oxidized and removed. In this case, the temperature of the exhaust gas flowing out from the front catalyst 15, that is, the temperature of the exhaust gas upstream of the filter 16 is high. Further, in the filter 16, the temperature of the exhaust gas further increases due to the heat by which the PM is oxidized, but since the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 16 is high, the difference from the temperature of the exhaust gas downstream from the filter 16 is For example, it is as small as 50 ° C. That is, in the pre-stage catalyst 15 in a new state, the difference between the exhaust temperature measured by the second exhaust temperature sensor 18 and the exhaust temperature measured by the first exhaust temperature sensor 17 becomes small.
[0048]
On the other hand, in the pre-stage catalyst 15 having a large degree of deterioration, the ability to oxidize HC decreases, and it becomes difficult to raise the temperature of the exhaust gas in the pre-stage catalyst 15. When HC that has not reacted with the front catalyst 15 flows into the filter 16, the HC reacts with the NOx catalyst of the filter 16, and PM is oxidized. Along with this, the temperature of the exhaust gas rises. In this case, the temperature of the exhaust gas flowing out from the front catalyst 15, that is, the temperature of the exhaust gas upstream of the filter 16 is low, and the difference from the temperature of the exhaust gas downstream of the filter 16 becomes large. That is, in the pre-stage catalyst 15 having a large degree of deterioration, the difference between the exhaust temperature measured by the second exhaust temperature sensor 18 and the exhaust temperature measured by the first exhaust temperature sensor 17 is as large as 200 ° C., for example. .
[0049]
As described above, the difference between the temperature of the exhaust downstream of the filter 16 and the temperature of the upstream exhaust at the time of HC supply (hereinafter simply referred to as “exhaust temperature difference”) varies depending on the degree of deterioration of the front catalyst 15. . Therefore, it is possible to determine the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 provided upstream of the filter 16 based on the difference in the exhaust temperature.
[0050]
For example, the difference in exhaust temperature after a lapse of a specified time from the start of HC supply may be calculated, and it may be determined that the degree of deterioration is greater as the difference in exhaust temperature is larger. Here, the “specified time” is the time after the temperature of the filter 16 starts to rise due to the supply of HC, and when the HC is supplied to a new front catalyst 15 and to the deteriorated front catalyst 15. This is a time when a clear difference appears in the difference in exhaust gas temperature between when HC is supplied and is obtained in advance by experiments or the like. Further, the relationship between the difference in exhaust temperature and the degree of deterioration after a lapse of a specified time may be obtained in advance by experiments and mapped, and the degree of deterioration is obtained by substituting the difference in exhaust temperature into the map. good.
[0051]
Further, in the present embodiment, the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 may be larger than the allowable range when the difference in the exhaust gas temperature after the lapse of a specified time from the start of HC supply is equal to or greater than the specified difference. Here, the “specified difference” is a difference in exhaust gas temperature when HC is supplied to the pre-stage catalyst 15 that has deteriorated beyond an allowable range, and is obtained in advance by experiments or the like.
[0052]
Furthermore, in the present embodiment, the degree of deterioration may be determined based on the increase rate of the difference in exhaust gas temperature. That is, as can be seen from FIG. 2, when the pre-catalyst 15 is deteriorated, the difference in the exhaust temperature increases, and the rate of increase during the increase in the difference in the exhaust temperature also increases. Therefore, the rate of increase in the difference in the exhaust temperature of the pre-stage catalyst 15 in the new state is obtained in advance by experiments or the like, and the deterioration is made by comparing how large it is with respect to the rate of increase in the difference in the exhaust temperature in the new state. Can be obtained. Here, the difference in the exhaust gas temperature also varies depending on the operating state of the engine 1. For this reason, if the degree of deterioration of the pre-catalyst 15 is determined based on the increasing rate of the difference in exhaust gas temperature during a very short time, there is a risk of erroneous determination. Therefore, a period in which there is no possibility of misjudgment is obtained in advance by experiments or the like, and the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 is determined by using a value obtained by dividing the difference in exhaust temperature increased during this period by the increase rate. Also good. In addition, since a certain amount of time is required from the start of HC supply until the difference in exhaust temperature increases, the time from the start of HC supply until the increase rate of the difference in exhaust temperature increases is obtained in advance by experiments or the like. You may obtain | require the increase rate of the difference of the said exhaust gas temperature after progress. Furthermore, the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 may be determined by adding a smoothing process or the like to the increasing rate of the difference in exhaust gas temperature.
[0053]
In this way, the larger the difference between the exhaust temperature flowing out of the filter 16 downstream from the upstream catalyst 15 and the exhaust temperature flowing into the filter 16, or the larger the increase rate of the exhaust temperature difference, the larger the upstream catalyst. It can be determined that the degree of degradation of 15 is large. When it is determined that the degree of deterioration of the front catalyst 15 is large, the user can be prompted to replace the front catalyst 15 by warning the user. It is also possible to supply HC according to the degree of deterioration of the front catalyst 15. As described above, deterioration of fuel consumption, damage to the filter 16, and further damage to the engine 1 can be suppressed.
[0054]
In the present embodiment, the pre-stage catalyst 15 only needs to carry a catalyst having oxidation ability, and instead of the oxidation catalyst, for example, an occlusion reduction type NOx catalyst or a three-way catalyst may be carried. .
[0055]
<Second Embodiment>
The present embodiment is different from the first embodiment in that the concentration of HC supplied to the pre-stage catalyst 15 is reduced when it is determined that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 is large. In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0056]
Here, when exhaust having a low HC concentration (for example, exhaust having an HC concentration of 400 ppm) is supplied to the front catalyst 15, HC reacts mainly on the upstream side of the front catalyst 15. In this case, a part of the heat generated by the oxidation reaction is consumed for the temperature increase of the front catalyst 15, and the temperature of the exhaust gas flowing out from the front catalyst 15 becomes lower than the supply amount of HC.
[0057]
On the other hand, when exhaust gas having a high HC concentration (for example, exhaust gas having an HC concentration of 10,000 ppm) is supplied to the front catalyst 15, HC reacts mainly on the downstream side of the front catalyst 15. In this case, the temperature rise of the pre-stage catalyst 15 due to the heat generated by the oxidation reaction is reduced. That is, since HC reacts on the downstream side of the front catalyst 15, the heat generated at this time flows out from the front catalyst 15 before the temperature of the front catalyst 15 is raised. Therefore, by supplying exhaust gas having a high HC concentration to the pre-stage catalyst 15, the temperature of the filter 16 can be increased efficiently, and the fuel efficiency can be improved.
[0058]
However, when the degree of deterioration of the front stage catalyst 15 increases, the HC oxidation ability of the front stage catalyst 15 decreases. Therefore, when exhaust gas having a high HC concentration is supplied to the front stage catalyst 15, the front stage catalyst 15 does not react and goes downstream. More HC flows out. When the amount of HC flowing out in this way increases, HC reacts in the filter 16, but the temperature rise is slow on the upstream side of the filter 16, and PM is difficult to oxidize on the upstream side.
[0059]
In this regard, in this embodiment, when it is determined that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst 15 is large, the HC concentration is decreased by reducing the injection amount by the sub-injection. Here, the relationship between the HC concentration, the intake air amount, the fuel injection amount of the main injection, and the fuel injection amount of the sub-injection is obtained in advance and mapped, and the target HC concentration, intake air amount, main injection are mapped to the map. By substituting these fuel injection amounts, the sub-injection fuel injection amount can be obtained. The fuel injection amount of the injection is obtained by experimentally determining the relationship between the fuel injection amount, the engine speed, and the accelerator opening in advance, and substituting the engine speed and the accelerator opening into the map. Obtainable.
[0060]
For example, when it is determined that the degree of deterioration of the front catalyst 15 is small, the fuel injection amount of the sub-injection is adjusted so that the HC concentration becomes, for example, 10,000 p.pm. On the other hand, when it is determined that the degree of deterioration of the front catalyst 15 is large, the fuel injection amount of the sub-injection is adjusted so that the HC concentration becomes, for example, 400 ppm.
[0061]
In this way, when the degree of deterioration of the front catalyst 15 is small, exhaust having a high HC concentration is introduced into the front catalyst 15 to regenerate the filter to improve fuel efficiency, while the deterioration of the front catalyst 15 When the degree of the exhaust gas is large, exhaust with a low HC concentration can flow into the front catalyst 15 to regenerate the filter.
[0062]
【The invention's effect】
In the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to the present invention, the greater the difference between the exhaust temperature flowing out from the downstream filter than the upstream catalyst and the exhaust temperature flowing into the filter, or the larger the increase rate of the exhaust temperature difference. It can be determined that the degree of deterioration of the pre-stage catalyst is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine to which an internal combustion engine catalyst deterioration determination apparatus according to an embodiment is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2 is a time chart showing a time transition of a difference between an exhaust temperature measured by a second exhaust temperature sensor during HC supply and an exhaust temperature measured by a first exhaust temperature sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 1a Crank pulley 1b Exhaust port 2 Cylinder 3 Fuel injection valve 4 Common rail 5 Fuel supply pipe 6 Fuel pump 6a Pump pulley 7 Belt 8 Intake branch pipe 9 Intake pipe 10 Air flow meter 11 Intake throttle valve 12 Intake throttle actuator 13 Exhaust branch pipe 14 Exhaust pipe 15 Pre-stage catalyst 16 Particulate filter 17 First exhaust temperature sensor 18 Second exhaust temperature sensor 21 ECU
22 Crank position sensor 23 Accelerator position sensor

Claims

A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxidizing ability;
A particulate filter provided downstream of the preceding catalyst and carrying a catalyst that captures particulate matter in the exhaust and has an oxidizing ability;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent from upstream of the preceding catalyst;
With
An internal combustion engine that supplies a reducing agent by the reducing agent supply means to remove particulate matter captured by the particulate filter and regenerates the filter,
A first exhaust gas temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas downstream of the upstream catalyst and upstream of the particulate filter;
A second exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust downstream of the particulate filter;
With
The exhaust temperature detected by the second exhaust temperature sensor and the exhaust temperature detected by the first exhaust temperature sensor after a lapse of a specified time from the start of the removal of the particulate matter by the reducing agent supply means. A catalyst deterioration determination apparatus for an internal combustion engine, wherein the degree of deterioration of the preceding catalyst is determined to be greater as the difference is larger.

A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxidizing ability;
A particulate filter provided downstream of the preceding catalyst and carrying a catalyst that captures particulate matter in the exhaust and has an oxidizing ability;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent from upstream of the preceding catalyst;
With
An internal combustion engine that supplies a reducing agent by the reducing agent supply means to remove particulate matter captured by the particulate filter and regenerates the filter,
A first exhaust gas temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas downstream of the upstream catalyst and upstream of the particulate filter;
A second exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust downstream of the particulate filter;
With
The exhaust gas temperature detected by the second exhaust gas temperature sensor and the first exhaust gas after a lapse of a specified time since the start of the removal of the particulate matter by the reducing agent supply means. An apparatus for determining catalyst deterioration of an internal combustion engine, wherein the degree of deterioration of the preceding catalyst is determined to be greater as the rate of increase in the difference from the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor is greater.

The reducing agent supply means reduces particulate matter by reducing the concentration of the reducing agent supplied to the upstream catalyst when it is determined that the deterioration of the upstream catalyst is greater than an allowable level. The catalyst deterioration determination apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein