JP4415620B2 - Catalyst deterioration determination device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の触媒劣化判定装置に関する。 The present invention relates to a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine.
吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒という。)よりも下流に酸化機能を有する触媒を備えることにより、該NOx触媒へ還元剤を供給したときに該NOx触媒で反応せずに通過した還元剤を下流の酸化機能を有する触媒で浄化することができる。 By providing a catalyst having an oxidation function downstream of the NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as NOx catalyst), when the reducing agent is supplied to the NOx catalyst, the reducing agent passes without reacting with the NOx catalyst. Can be purified with a catalyst having a downstream oxidation function.
ところで、NOx触媒やそれよりも下流に備えられた酸化機能を有する触媒は、該NOx触媒の再生処理に伴う高温の排気の熱等により劣化する。この劣化の度合いが大きくなると、酸化機能を有する触媒で反応する還元剤の量が減り、排気の浄化率が低下する。 By the way, the NOx catalyst and the catalyst having an oxidation function provided downstream from the NOx catalyst are deteriorated by the heat of the high-temperature exhaust gas accompanying the regeneration process of the NOx catalyst. When the degree of deterioration increases, the amount of reducing agent that reacts with the catalyst having an oxidizing function decreases, and the exhaust purification rate decreases.
そして、NOx触媒のNOxパージ若しくはSOxパージ中に、NOx触媒よりも下流の酸化能を有する触媒の上下流に備えられた2つのO2センサの出力に基づいて、NOx触媒の劣化を判定する技術(例えば、特許文献1参照。)が知られている。 Further, during NOx purging or SOx purging of the NOx catalyst, a technique for judging deterioration of the NOx catalyst based on outputs of two O 2 sensors provided upstream and downstream of the catalyst having an oxidizing ability downstream of the NOx catalyst. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、NOx触媒よりも下流に備えられた酸化機能を有する触媒の劣化の度合いを
判定することも重要である。このように、酸化機能を有する触媒の劣化を検出することができれば、ユーザ等に酸化機能を有する触媒の交換を促すことができる。
Incidentally, it is also important to determine the degree of deterioration of a catalyst having an oxidation function provided downstream of the NOx catalyst. Thus, if the deterioration of the catalyst having the oxidation function can be detected, the user or the like can be prompted to replace the catalyst having the oxidation function.
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、NOx触媒よりも下流に備えられた、酸化機能を有する触媒の劣化を精
度良く判定することができる技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine, accurately determines deterioration of a catalyst having an oxidation function provided downstream of a NOx catalyst. The purpose is to provide technology that can be used.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の触媒劣化判定装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に備えられた吸蔵還元型NOx触媒と、該吸蔵還元型NOx触媒よりも下流に備えられた酸化機能を有する触媒と、少なくとも前記吸蔵還元型NOx触媒に流
入する排気の空燃比を間欠的に低下させて前記吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒を解消す
る空燃比制御手段と、
を備え、
さらに、前記空燃比制御手段により前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比
が間欠的に低下されているときに前記酸化機能を有する触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine catalyst deterioration determination apparatus according to the present invention employs the following means. That is,
A NOx storage reduction catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, a catalyst having an oxidation function provided downstream of the NOx storage reduction catalyst, and an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into at least the NOx storage reduction catalyst Air-fuel ratio control means for eliminating sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst by intermittently reducing the NOx storage reduction catalyst,
With
And a catalyst deterioration determining means for determining deterioration of the catalyst having the oxidation function when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is intermittently lowered by the air-fuel ratio control means. Features.
本発明の最大の特徴は、NOx触媒の硫黄被毒解消時に複数回行われる排気空燃比の変
動を利用して、酸化機能を有する触媒の劣化判定を精度良く行うことにある。
The most important feature of the present invention is that the deterioration determination of the catalyst having an oxidation function is accurately performed by utilizing the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that is performed a plurality of times when the sulfur poisoning of the NOx catalyst is eliminated.
すなわち、NOx触媒の硫黄被毒解消時には、間欠的に排気の空燃比が低下されるため
、酸化機能を有する触媒の上流および下流を流通する排気の空燃比が大きく変化する。そ
の際、酸化機能を有する触媒が劣化していると、該酸化機能を有する触媒より下流の排気の空燃比はその劣化に応じた値となる。すなわち、酸化機能を有する触媒の劣化の度合いが大きくなるほど、該酸化機能に流入する排気の空燃比と、流出する排気の空燃比と、の差が小さくなる。これは、酸化機能を有する触媒の劣化の度合いが大きくなるほど、該触媒を通過する排気が該触媒からの影響を受けなくなるからである。
That is, when the sulfur poisoning of the NOx catalyst is eliminated, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently lowered, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas that circulates upstream and downstream of the catalyst having an oxidation function changes greatly. At this time, if the catalyst having the oxidation function is deteriorated, the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the catalyst having the oxidation function becomes a value corresponding to the deterioration. That is, the greater the degree of deterioration of the catalyst having the oxidation function, the smaller the difference between the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation function and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out. This is because as the degree of deterioration of the catalyst having an oxidation function increases, the exhaust gas passing through the catalyst is less affected by the catalyst.
そして、排気の空燃比が間欠的に変動されるSOx被毒解消時に劣化判定を行うことに
より、連続的に酸化機能を有する触媒前後の空燃比を比較することができる。また、酸化機能を有する触媒がNOx触媒の下流に備えられていることにより、低い空燃比の排気が
NOx触媒を通過する際に、この低い空燃比の部分が拡散して広い範囲に広がる。これに
より、酸化触媒が劣化しているときの排気空燃比の変化がより広い範囲に表れるため、劣化判定を行うことが容易となる。このようにして、酸化機能を有する触媒の劣化判定の精度を向上させることが可能となる。
Then, by performing the deterioration determination at the time of eliminating SOx poisoning in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently changed, the air-fuel ratio before and after the catalyst having the oxidation function can be compared continuously. Further, since the catalyst having an oxidation function is provided downstream of the NOx catalyst, when the low air-fuel ratio exhaust gas passes through the NOx catalyst, the low air-fuel ratio portion diffuses and spreads over a wide range. Thereby, since the change of the exhaust air-fuel ratio when the oxidation catalyst is deteriorated appears in a wider range, it becomes easy to perform the deterioration determination. In this way, it is possible to improve the accuracy of determining deterioration of a catalyst having an oxidation function.
本発明においては、前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流で且つ前記酸化機能を有する
触媒よりも上流の排気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記酸化機能を有する触媒よりも下流の排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
を備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記空燃比制御手段により前記吸蔵還元型NOx触媒に流入
する排気の空燃比が間欠的に低下されているときに前記第1空燃比検出手段と基準値とに関連する第1の値と、前記第2空燃比検出手段の検出値と前記基準値とに関連する第2の値と、を算出し、前記第1の値と、第2の値と、を比較することによって前記酸化機能を有する触媒の劣化を判定することができる。
In the present invention, first air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst and upstream of the catalyst having the oxidation function;
Second air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the catalyst having the oxidation function;
With
The catalyst deterioration determination means relates to the first air-fuel ratio detection means and the reference value when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is intermittently lowered by the air-fuel ratio control means. A first value and a second value related to the detection value of the second air-fuel ratio detection means and the reference value are calculated, and the first value is compared with the second value. Accordingly, it is possible to determine the deterioration of the catalyst having the oxidation function.
前記したように、酸化機能を有する触媒が劣化すると、該酸化機能を有する触媒よりも下流の排気の空燃比は、その劣化の度合いに応じた値となる。そして、劣化の度合いは、第1の値と第2の値とを比較することにより得ることができる。 As described above, when the catalyst having the oxidation function is deteriorated, the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the catalyst having the oxidation function becomes a value corresponding to the degree of deterioration. The degree of deterioration can be obtained by comparing the first value and the second value.
まず、第1の値は、酸化機能を有する触媒よりも上流で検出された空燃比及び基準値に関連した値なので、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いとは無関係の値となる。ここで、基準値とは、例えば硫黄被毒解消中になり得る排気の空燃比である。また、第1の値とは、例えば排気の空燃比を低下させていき、排気の空燃比が基準値となったときの時間とすることができ、また、排気の空燃比が基準値以下となっているときの基準値と空燃比との差の積算値とすることもできる。 First, since the first value is a value related to the air-fuel ratio and the reference value detected upstream of the catalyst having an oxidation function, the first value is irrelevant to the degree of deterioration of the catalyst having the oxidation ability. Here, the reference value is, for example, an air-fuel ratio of exhaust that may be during sulfur poisoning elimination. The first value can be, for example, the time when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lowered and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the reference value, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is less than the reference value. The integrated value of the difference between the reference value and the air-fuel ratio can be used.
一方、第2の値は、酸化機能を有する触媒よりも下流で検出された空燃比及び基準値に関連した値なので、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いに応じた値となる。すなわち、酸化能力を有する触媒が劣化すると、該酸化能力を有する触媒の酸素貯蔵能力が低下する。そのため、空燃比が低下された排気が該酸化能力を有する触媒を通過しても、酸素の放出量が少なく、排気中の酸素濃度は殆ど変化しない。従って、酸化能力を有する触媒下流で検出される排気の空燃比は、酸化能力を有する触媒上流で検出される排気の空燃比に近づいていく。反対に、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが小さいほど、酸化能力を有する触媒から放出される酸素の量が多くなり、排気中の酸素濃度が高まる。そのため、酸素が放出されている間は、排気の空燃比の低下が緩慢となり、排気の空燃比が前記基準値に到達するまでの時間が長くなり、さらには、最終的に到達する空燃比が高くなる。 On the other hand, since the second value is a value related to the air-fuel ratio and the reference value detected downstream of the catalyst having the oxidation function, the second value is a value corresponding to the degree of deterioration of the catalyst having the oxidation ability. That is, when the catalyst having oxidation ability deteriorates, the oxygen storage ability of the catalyst having oxidation ability decreases. Therefore, even if the exhaust gas whose air-fuel ratio has been lowered passes through the catalyst having the oxidation ability, the amount of released oxygen is small and the oxygen concentration in the exhaust gas hardly changes. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected downstream of the catalyst having oxidation ability approaches the air-fuel ratio of the exhaust gas detected upstream of the catalyst having oxidation ability. On the contrary, the smaller the degree of deterioration of the catalyst having oxidation ability, the more oxygen is released from the catalyst having oxidation ability, and the oxygen concentration in the exhaust gas increases. For this reason, while the oxygen is released, the decrease in the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes slow, the time until the air-fuel ratio of the exhaust gas reaches the reference value becomes longer, and further, the air-fuel ratio that finally reaches the air-fuel ratio becomes smaller. Get higher.
そのため、例えば排気の空燃比を低下させたときに、第1空燃比検出手段及び第2空燃比検出手段により検出される空燃比が、基準値と等しくなったときの時間を夫々第1の値及び第2の値として比較すると、劣化の度合いが大きいほど、第2の値と第1の値との差
が小さくなる。また、例えば、第1空燃比検出手段及び第2空燃比検出手段により検出される空燃比が、基準値以下となっているときの基準値と空燃比との差の積算値を夫々第1の値及び第2の値として比較すると、劣化の度合いが大きいほど第1の値と第2の値との差が小さくなる。このようにして、劣化の度合いを判定することが可能となる。
Therefore, for example, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lowered, the time when the air-fuel ratio detected by the first air-fuel ratio detecting means and the second air-fuel ratio detecting means becomes equal to the reference value is set to the first value. When compared as the second value, the difference between the second value and the first value decreases as the degree of deterioration increases. Further, for example, the integrated value of the difference between the reference value and the air-fuel ratio when the air-fuel ratio detected by the first air-fuel ratio detecting means and the second air-fuel ratio detecting means is equal to or less than the reference value is set to the first value, respectively. When compared as the value and the second value, the difference between the first value and the second value decreases as the degree of deterioration increases. In this way, the degree of deterioration can be determined.
また、酸化機能を有する触媒の上流にNOx触媒が備えられ、このNOx触媒の硫黄被毒解消時に劣化判定を行うことにより、NOx触媒を通過する際に還元剤が拡散し、空燃比
が低下された排気の範囲が広がる。すなわち、NOx触媒が備えられていない場合と比較
して、酸化能力を有する触媒における1回あたりの空燃比の変動に要する時間が長くなる。これにより、第1空燃比検出手段及び第2空燃比検出手段に検出される空燃比が基準値以下となっている時間が長くなる。そのため、排気の空燃比が基準値以下となっているときの基準値と空燃比との差の積算値を比較する際に、この比較が容易になり、また、劣化判定の精度を向上させることができる。
In addition, a NOx catalyst is provided upstream of the catalyst having an oxidation function, and when the NOx catalyst is subjected to the deterioration determination when sulfur poisoning is eliminated, the reducing agent diffuses when passing through the NOx catalyst, and the air-fuel ratio is lowered. Exhaust range expands. That is, as compared with the case where the NOx catalyst is not provided, the time required for the fluctuation of the air-fuel ratio per time in the catalyst having the oxidation ability becomes longer. As a result, the time during which the air-fuel ratio detected by the first air-fuel ratio detecting means and the second air-fuel ratio detecting means is below the reference value is lengthened. Therefore, when comparing the integrated value of the difference between the reference value and the air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust gas is less than or equal to the reference value, this comparison is facilitated and the accuracy of deterioration determination is improved. Can do.
さらに、NOx触媒の硫黄被毒回復時に酸化能力を有する触媒の劣化判定を行うため、
第1の値と第2の値との比較を繰り返し行うことができるため、他の要因によりたまたま第1の値と第2の値との差が小さくなった場合に触媒が劣化していると判定することや、逆に、たまたま前記差が大きくなった場合に触媒が劣化しているにもかかわらず劣化していないと判定することを抑制できる。
Furthermore, in order to determine the deterioration of the catalyst having oxidation ability at the time of sulfur poisoning recovery of the NOx catalyst,
Since the comparison between the first value and the second value can be repeated, the catalyst is deteriorated when the difference between the first value and the second value happens to be small due to other factors. It is possible to suppress the determination and, conversely, when the difference happens to be large, it can be determined that the catalyst has not deteriorated despite the deterioration.
本発明においては、前記基準値は、理論空燃比であってもよい。 In the present invention, the reference value may be a stoichiometric air-fuel ratio.
理論空燃比とすることにより、空燃比検出手段に例えば理論空燃比を境として出力特性が大きく変化する酸素濃度センサを用いることができる。 By setting the stoichiometric air-fuel ratio, for example, an oxygen concentration sensor whose output characteristics greatly change with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary can be used as the air-fuel ratio detecting means.
本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定装置では、劣化判定の機会をより多く得ることができ、より正確な劣化判定を行うことができる。 With the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to the present invention, more opportunities for deterioration determination can be obtained, and more accurate deterioration determination can be performed.
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。 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.
図1は、本実施例に係る内燃機関の触媒劣化判定装置を適用する内燃機関1とその排気系の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
The
内燃機関1には、燃焼室と連通する排気通路2が接続されている。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。
An
前記排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒3(以下、NOx触媒3という。)が備えられている。
An occlusion reduction type NOx catalyst 3 (hereinafter referred to as NOx catalyst 3) is provided in the
NOx触媒3は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを貯蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは貯蔵していたNOxを還元する機
能を有する。
The
NOx触媒3よりも下流の排気通路2には、酸化触媒4が備えられている。
An
また、NOx触媒3よりも下流で且つ酸化触媒よりも上流の排気通路2には、該排気通
路2を流通する排気の温度を検出する第1排気温度センサ5及び排気の空燃比を検出する第1空燃比センサ6が取り付けられている。また、酸化触媒4よりも下流の排気通路には、該排気通路2を流通する排気の温度を検出する第2排気温度センサ7及び排気の空燃比を検出する第2空燃比センサ8が取り付けられている。
Further, in the
ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒3のNOx貯蔵能力が飽和する前にNOx触媒3に貯蔵されたNOxを還元させる必要がある。
By the way, when the
そこで、本実施例では、NOx触媒3より上流の排気通路2を流通する排気中に還元剤
たる燃料(軽油)を添加する還元剤添加弁9を備えている。ここで、還元剤添加弁9は、後述するECU10からの信号により開弁して燃料を噴射する。還元剤添加弁9から排気通路2内へ噴射された燃料は、排気通路2の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、NOx触媒3に貯蔵されていたNOxを還元する。
Therefore, in this embodiment, a reducing agent addition valve 9 for adding fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the
また、燃料は、NOx触媒3に貯蔵されたSOxを放出させるSOx被毒解消時において
、該NOx触媒3の温度を上昇させることにも利用される。すなわち、NOx触媒3にて燃料が反応し、このときに熱が発生し、この熱により、NOx触媒3の温度が上昇される。
このように、NOx触媒3の温度を上昇させ、その後に該NOx触媒3に流入する排気の空燃比を間欠的に低下させると、還元剤(燃料)の存在下でNOx触媒3のSOx被毒が解消される。
The fuel is also used to raise the temperature of the
As described above, when the temperature of the
ここで、図2は、還元剤添加弁9に送られるECU10の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート図である。還元剤添加弁9は、同図2(a)に示す指令信号がオン(「ON」)の状態となっているときに開弁し、燃料を噴射する。燃料添加が行われることにより、NOx触媒3に流入する排気中の燃
料濃度が高くなる(リッチスパイクが形成される)ようになる。ここで、添加期間(図2(a)参照。)を長くするほど燃料濃度の変化量(図2(b)参照。)は大きくなり、総添加期間(図2(a)参照。)を長くするほど(添加回数を多くするほど)リッチスパイクの形成期間(図2(b)参照。)も長くなる。また、添加インターバル(図2(a)参照。)を短くするほど、排気中の燃料濃度が高くなりNOx触媒3の温度の上昇量は大き
くなる。一方、燃料添加の休止期間(図2(a)参照。)の長さは、連続的に形成されるリッチスパイクの間において酸化雰囲気が継続する期間(図2(b)参照。)すなわち燃料濃度が低くなる期間の長さに対応する。この休止期間の長さにより、NOx触媒3の床
温を調整することができる。すなわち、休止期間を長くするほど、NOx触媒3の温度は
低くなる。
Here, FIG. 2 is a time chart showing the waveform of the command signal of the
ここで、図3は、総添加期間及び休止期間と酸化触媒4の温度との関係を示した図である。
Here, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the total addition period and the rest period and the temperature of the
酸化触媒4が例えば300℃よりも低い場合には、総添加期間を7秒とし休止期間を5秒とする。総添加期間を休止期間よりも長くすることにより、酸化触媒4を速やかに昇温させることができる。
When the
酸化触媒4が例えば300℃以上400℃未満の場合には、総添加期間を5秒とし休止期間を7秒とする。さらに、酸化触媒4の温度が上昇して、例えば400℃以上500℃未満の場合には、総添加期間を5秒とし休止期間を10秒とする。このように、酸化触媒4の温度が高くなるに従い、休止期間を長くすることにより、酸化触媒4の熱による劣化を抑制することが可能となる。
When the
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)10が併設されている。このECU10
は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
The
Is a unit that controls the operating state of the
ECU10には、各種センサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。
Various sensors and the like are connected to the
一方、ECU10には、還元剤添加弁9等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU10により制御することが可能になっている。
On the other hand, the reducing agent addition valve 9 and the like are connected to the
ところで、酸化触媒4に劣化が生じ燃料の酸化能力が低下していると、該酸化触媒4で反応する燃料が減少してしまう。このような劣化が生じると、NOx触媒3で反応せずに
通過した燃料を浄化する能力が低下してしまう。
By the way, if the
その点、本実施の形態では、NOx触媒3のSOx被毒解消時における第1空燃比センサ6及び第2空燃比センサ8の出力信号に基づいて酸化触媒4の劣化判定を行うことができる。そして、酸化触媒4の劣化の度合いが大きい場合には、ユーザに警告を発し酸化触媒4を交換することや、劣化の度合いに応じて還元剤供給方法を変更することが可能となる。
In this respect, in the present embodiment, it is possible to determine the deterioration of the
図4は、燃料供給時の第1空燃比センサ6及び第2空燃比センサ8の出力信号から得られた排気の空燃比を示したタイムチャート図である。図4(a)は、酸化触媒4の劣化の度合いが大きい場合、図4(b)は、酸化触媒4の劣化の度合いが小さい場合を示している。夫々、横軸は時間、縦軸は排気の空燃比を示している。
FIG. 4 is a time chart showing the air-fuel ratio of the exhaust gas obtained from the output signals of the first air-fuel ratio sensor 6 and the second air-fuel ratio sensor 8 at the time of fuel supply. 4A shows a case where the degree of deterioration of the
また、実線は第1空燃比センサ6の検出値を示し、破線は第2空燃比センサ8の検出値を示している。さらに、理論空燃比を示す線と、第1空燃比センサ6の検出値を示す線であって理論空燃比以下となる部分と、で囲まれる面積を斜線で示し、面積aとする。同様に、理論空燃比を示す線と、第2空燃比センサ8の検出値を示す線であって理論空燃比以下となる部分と、で囲まれる面積を斜線で示し、面積bとする。面積a及び面積bは、リッチスパイク1回あたりの面積であり、リッチスパイク1回ごとに夫々算出される。また、面積aは、第1空燃比センサ6により検出される排気の空燃比が理論空燃比以下となっているときの理論空燃比と検出空燃比との差の積算値とすることもできる。同様に、面積bは、第2空燃比センサ8により検出される排気の空燃比が理論空燃比以下となっているときの理論空燃比と検出空燃比との差の積算値とすることもできる。 The solid line shows the detection value of the first air-fuel ratio sensor 6, and the broken line shows the detection value of the second air-fuel ratio sensor 8. Furthermore, an area surrounded by a line indicating the stoichiometric air-fuel ratio and a line indicating the detection value of the first air-fuel ratio sensor 6 that is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio is indicated by hatching and is defined as area a. Similarly, an area surrounded by a line indicating the stoichiometric air-fuel ratio and a line indicating the detection value of the second air-fuel ratio sensor 8 that is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio is indicated by hatching and is defined as area b. The area a and the area b are areas per rich spike and are calculated for each rich spike. The area a can also be an integrated value of the difference between the stoichiometric air-fuel ratio and the detected air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust detected by the first air-fuel ratio sensor 6 is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio. Similarly, the area b can be an integrated value of the difference between the stoichiometric air-fuel ratio and the detected air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust detected by the second air-fuel ratio sensor 8 is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio. .
また、第1空燃比センサ6の検出値がリーン空燃比からリッチ空燃比へと移行する際に理論空燃比となった時間をδ1とし、第2空燃比センサ8の検出値がリーン空燃比からリッチ空燃比へと移行する際に理論空燃比となった時間をδ2としている。 Further, the time when the detected value of the first air-fuel ratio sensor 6 becomes the stoichiometric air-fuel ratio when shifting from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio is set to δ1, and the detected value of the second air-fuel ratio sensor 8 is changed from the lean air-fuel ratio. The time when the stoichiometric air-fuel ratio is reached when shifting to the rich air-fuel ratio is defined as δ2.
ここで、酸化触媒4の劣化の度合いが大きくなると、該酸化触媒4の酸素貯蔵能力が低下する。そのため、空燃比を低下させた際に酸化触媒4において酸素の放出量が減り、該酸化触媒4より下流では、リッチ空燃比となる時間が長くなる。つまり、酸化触媒4の劣化の度合いが大きいと、図4(a)に示すように、面積aと面積bとの差が小さくなる。一方、劣化の度合いが小さいと、排気の空燃比が低下するに伴い、酸化触媒4から酸素が多く放出されるため、酸化触媒4よりも下流ではなかなか空燃比が低下せず、さらに、低下しても最終的に到達する空燃比が高くなる。つまり、酸化触媒4劣化の度合いが小さいと、図4(b)に示すように、面積aと面積bとの差が大きくなる。
Here, when the degree of deterioration of the
また、酸化触媒4に流入する排気の空燃比が低下したときには、酸化触媒4に貯蔵されている酸素が少なくなるほど、すなわち酸化触媒4の劣化の度合いが大きいほど、酸化触媒4よりも下流の排気の空燃比がより早く低下するようになる。つまり、酸化触媒4の劣化の度合いが小さい場合には、酸素が多く放出されるため、酸化触媒4よりも下流の排気の空燃比の低下は緩慢になるが、劣化の度合いが大きいと酸素の放出量が少なくなるため、酸化触媒4よりも下流の排気の空燃比はより早く低下するようになる。
Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
そのため、酸化触媒4の劣化の度合いが大きくなるほど、時間δ1から時間δ2に至るまでの時間、すなわち時間δ2と時間δ1との差が小さくなる。逆に、酸化触媒4の劣化の度合いが小さくなるほど、時間δ2と時間δ1との差が大きくなる。
Therefore, as the degree of deterioration of the
このように、面積aと面積bとの差により、または、時間δ2と時間δ1との差により酸化触媒4の劣化を判定することが可能となる。
As described above, it is possible to determine the deterioration of the
図5及び図6は、本実施例による酸化触媒4の劣化判定フローを示したフローチャート図である。本フローは、NOx触媒3のSOx被毒解消に伴う昇温制御時に実行される。このようにNOx触媒3のSOx被毒解消に伴う昇温制御時に酸化触媒4の劣化判定を行うのは、以下の理由による。すなわち、昇温制御時には連続的に空燃比が変動されるため、面積aと面積bとの差の算出、及び、時間δ2と時間δ1との差の算出を連続的に行うことができ、短時間に多くのサンプルを得て劣化判定を行うことが可能となるためである。これにより、少ないサンプルにより劣化判定を行ったときに起こり得る誤判定を抑制することが可能となる。
5 and 6 are flowcharts showing a flow for determining the deterioration of the
ステップS101では、第1排気温度センサ5により検出された排気温度TA、第2排気温度センサ7により検出された排気温度TBを読み込む。
In step S101, the exhaust temperature TA detected by the first
ステップS102では、内燃機関1が定常状態であるか否か判定する。定常状態とは、内燃機関1の回転数及び負荷が一定、若しくは規定の範囲内である場合をいう。内燃機関1が定常状態でない場合には、排気の空燃比が変動し、NOx触媒3が過熱する虞がある
ため、昇温制御を停止する。
In step S102, it is determined whether the
ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS103へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS105へ進む。 If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S103, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S105.
ステップS103では、ステップS101で読み込んだ排気温度TAが規定値α1よりも大きく、且つ規定値α2よりも小さいか否か判定する。ここで、規定値α1は、NOx
触媒3の活性化温度であり、規定値α2は、NOx触媒3が過熱する虞のない温度である
。すなわち、排気温度TAが規定値α1以下の場合には、NOx触媒3が活性化しておら
ず、燃料添加を行うことができない。また、規定値α2以上の場合には、NOx触媒3が
熱劣化する虞があるため、やはり燃料添加を行うことができない。つまり、ステップS103では、NOx触媒3の昇温制御が可能であるか否か判定している。
In step S103, it is determined whether or not the exhaust gas temperature TA read in step S101 is larger than a prescribed value α1 and smaller than a prescribed value α2. Here, the specified value α1 is NOx.
The activation temperature of the
ステップS103で肯定判定がなされた場合にはステップS104へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS105へ進む。 If an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S105.
ステップS104では、燃料添加が行われ、NOx触媒3の昇温制御が開始される。
In step S104, fuel is added, and temperature increase control of the
ステップS105では、燃料添加が行われず、NOx触媒3の昇温制御も行われない。
その後、本ルーチンを終了させる。
In step S105, fuel addition is not performed, and the temperature raising control of the
Thereafter, this routine is terminated.
ステップS106では、ステップS101で読み込んだ排気温度TBが規定値α3よりも大きいか否か判定する。ここで、規定値α3は、酸化触媒4の活性化温度である。すなわち、排気温度TBが規定値α3以下の場合には、酸化触媒4が活性化しておらず、酸化触媒4の劣化判定を行うことができない。この場合、図3に示したように、休止期間よりも総添加期間を長くして、酸化触媒4の温度上昇を早める。このように、本実施例においては、酸化触媒4の劣化判定は、該酸化触媒4が活性化している場合に限り行われる。
In step S106, it is determined whether or not the exhaust temperature TB read in step S101 is larger than a specified value α3. Here, the specified value α3 is the activation temperature of the
ステップS106で肯定判定がなされた場合にはステップS107へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 If an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
ステップS107では、触媒劣化判定制御が開始される。 In step S107, catalyst deterioration determination control is started.
ステップS108では、図2で説明した面積aと面積bとの差をn回のリッチスパイクで夫々求め、このn回の平均値を求める。または、図2で説明した時間δ2と時間δ1との差をn回のリッチスパイクごとに求め、このn回の平均値を求める。ここで、n回の平均値を求めるのは、劣化判定の精度を高めるためである。 In step S108, the difference between the area a and the area b described in FIG. 2 is obtained by n rich spikes, and the average value of n times is obtained. Alternatively, the difference between the time δ2 and the time δ1 described in FIG. 2 is obtained for every n rich spikes, and the average value of the n times is obtained. Here, the reason for obtaining the average value of n times is to improve the accuracy of the deterioration determination.
ステップS109では、ステップS108で求めた面積aと面積bとの差の平均値が規定値σよりも小さいか否か、または、時間δ2と時間δ1との差の平均値が規定値θよりも小さいか否か判定する。 In step S109, whether or not the average value of the difference between the area a and the area b obtained in step S108 is smaller than the specified value σ, or the average value of the difference between the time δ2 and the time δ1 is larger than the specified value θ. Judge whether it is small.
規定値σ及び規定値θは、夫々、酸化触媒4の劣化の度合いが許容範囲よりも大きくなったことを示す値であり、予め実験等により求めておく。
The specified value σ and the specified value θ are values indicating that the degree of deterioration of the
ステップS109で肯定判定がなされた場合にはステップS110へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 If an affirmative determination is made in step S109, the process proceeds to step S110. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
ステップS110では、酸化触媒4の劣化の度合いが大きいと判定される。
In step S110, it is determined that the degree of deterioration of the
ステップS111では、触媒劣化判定制御が終了される。 In step S111, the catalyst deterioration determination control is terminated.
このようにして、酸化触媒4の劣化の判定を行うことができる。
In this way, the deterioration of the
なお、本実施例においては、酸化触媒4の劣化判定の精度をより高めるために、ステップS109で、面積aと面積bとの差の平均値が規定値σよりも小さいか否か、及び、時間δ2と時間δ1との差の平均値が規定値θよりも小さいか否かの両方に基づいて劣化判定しても良い。
In this embodiment, in order to further improve the accuracy of the deterioration determination of the
ここで、図7は、本実施例による酸化触媒4の他の劣化判定フローを示したフローチャート図である。フローの前半は図5と同様である。また、図6と同様の処理には同一のステップ番号を付してあり、この説明は省略する。
FIG. 7 is a flowchart showing another deterioration determination flow of the
ステップS112では、図2で説明した面積aと面積bとの差をn回のリッチスパイクで夫々求め、このn回の平均値を求める。さらに、図2で説明した時間δ2と時間δ1との差をn回のリッチスパイクで夫々求め、このn回の平均値を求める。ここで、n回の平均値を求めるのは、触媒劣化の判定精度をより高めるためである。 In step S112, the difference between the area a and the area b described in FIG. 2 is obtained by n rich spikes, and the average value of n times is obtained. Further, the difference between the time δ2 and the time δ1 described in FIG. 2 is obtained by n rich spikes, and the average value of the n times is obtained. Here, the reason for obtaining the average value of n times is to further increase the accuracy of determining the catalyst deterioration.
ステップS113では、面積aと面積bとの差の平均値が規定値σよりも小さく、且つ、時間δ2と時間δ1との差の平均値が規定値θよりも小さいか否か判定する。 In step S113, it is determined whether or not the average value of the difference between the area a and the area b is smaller than the specified value σ and the average value of the difference between the time δ2 and the time δ1 is smaller than the specified value θ.
ステップS113で肯定判定がなされた場合にはステップS114へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 If an affirmative determination is made in step S113, the process proceeds to step S114. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
ステップS114では、酸化触媒4の劣化の度合いが大きいか否かを表す仮フラグをONとする。仮フラグがONとは、触媒の劣化の度合いが大きいことを示す。
In step S114, a temporary flag indicating whether or not the degree of deterioration of the
ステップS115では、仮フラグがONの状態が連続N回以上であるか否か判定する。ここで、N回は、劣化判定において、その精度を高めるために設定される回数であり、どの程度の精度を要求するのかによりNの値が異なる。N回は、その数が多いほど精度が高まる。すなわち、酸化触媒4の劣化以外の何らかの要因で仮フラグがONとされることもあり、このような場合であってもすぐには、触媒劣化の度合いが大きいと判定されない。これにより、誤判定を抑制している。
In step S115, it is determined whether or not the temporary flag is ON continuously N times or more. Here, N times is the number of times set in order to increase the accuracy in the deterioration determination, and the value of N differs depending on how much accuracy is required. N times, the higher the number, the higher the accuracy. That is, the temporary flag may be turned ON for some reason other than the deterioration of the
ステップS115で肯定判定がなされた場合にはステップS110へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 If an affirmative determination is made in step S115, the process proceeds to step S110. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
このようにして、酸化触媒4の劣化判定をより精度良く行うことができる。
In this way, the deterioration determination of the
なお、本実施例においては、第1空燃比センサ6及び第2空燃比センサ8は、排気の空燃比を検出するもであったが、これに代えて、排気の空燃比がリーンであるかリッチであるかのみを検出可能なO2センサを備えていても良い。このO2センサによれば、時間δ1及び時間δ2を検出することができる。また、第1空燃比センサ6若しくは第2空燃比センサの何れか一方をO2センサとして、時間δ1及び時間δ2を検出しても良い。 In the present embodiment, the first air-fuel ratio sensor 6 and the second air-fuel ratio sensor 8 detect the air-fuel ratio of the exhaust gas. Instead, is the air-fuel ratio of the exhaust gas lean? only is rich or may comprise a detectable O 2 sensor. According to this O 2 sensor, the time δ1 and the time δ2 can be detected. Alternatively, the time δ1 and the time δ2 may be detected using either the first air-fuel ratio sensor 6 or the second air-fuel ratio sensor as an O 2 sensor.
また、本実施例においては、理論空燃比を基準値として面積a,b、時間δ1,2を求めているが、他の空燃比を基準値として設定して面積a,b、時間δ1,2を求めるようにしても良い。 In this embodiment, the areas a and b and the times δ1 and 2 are obtained using the theoretical air-fuel ratio as a reference value, but the areas a and b and the times δ1 and 2 are set using other air-fuel ratios as reference values. May be requested.
1 内燃機関
2 排気通路
3 NOx触媒
4 酸化触媒
5 第1排気温度センサ
6 第1空燃比センサ
7 第2排気温度センサ
8 第2空燃比センサ
9 還元剤添加弁
10 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (3)
入する排気の空燃比を間欠的に低下させて前記吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒を解消す
る空燃比制御手段と、
を備え、
さらに、前記空燃比制御手段により前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比
が間欠的に低下されているときに前記酸化機能を有する触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流で且つ前記酸化機能を有する触媒よりも上流の排
気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記酸化機能を有する触媒よりも下流の排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
を備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記空燃比制御手段により前記吸蔵還元型NOx触媒に流入
する排気の空燃比が低下されているときであって、前記第2空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値となるまでの時間と、前記第1空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値となるまでの時間と、の差が規定値未満のときに前記酸化機能を有する触媒が劣化していると判定することを特徴とする内燃機関の触媒劣化判定装置。 A NOx storage reduction catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, a catalyst having an oxidation function provided downstream of the NOx storage reduction catalyst, and an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into at least the NOx storage reduction catalyst Air-fuel ratio control means for eliminating sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst by intermittently reducing the NOx storage reduction catalyst,
With
Further, catalyst deterioration determination means for determining deterioration of the catalyst having the oxidation function when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is intermittently lowered by the air-fuel ratio control means ;
Emissions downstream of the NOx storage reduction catalyst and upstream of the catalyst having the oxidation function
First air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio of the air;
Second air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the catalyst having the oxidation function;
With
The catalyst deterioration determination means flows into the NOx storage reduction catalyst by the air-fuel ratio control means.
The time until the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the second air-fuel ratio detection means reaches a reference value when the air-fuel ratio of the exhaust gas to be reduced is detected by the first air-fuel ratio detection means A catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine , wherein the catalyst having an oxidation function is determined to be deteriorated when a difference between the time until the air-fuel ratio of the exhaust gas reaches a reference value and a predetermined value is less than a specified value .
する排気の空燃比が低下されているときであって、
前記第2空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値となるまでの時間と、前記第1空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値となるまでの時間と、の差が規定値未満のときで、
且つ、前記第2空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値以下となっているときの基準値と空燃比との差の積算値と、前記第1空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が基準値以下となっているときの基準値と空燃比との差の積算値と、の差が規定値未満のときに前記酸化機能を有する触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の触媒劣化判定装置。 The catalyst deterioration determination means flows into the NOx storage reduction catalyst by the air-fuel ratio control means.
When the air-fuel ratio of the exhaust gas
A time until the air-fuel ratio of the exhaust detected by the second air-fuel ratio detection means becomes a reference value; a time until the air-fuel ratio of the exhaust detected by the first air-fuel ratio detection means becomes a reference value; When the difference is less than the specified value,
In addition, the integrated value of the difference between the reference value and the air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the second air-fuel ratio detection means is below the reference value and the first air-fuel ratio detection means are detected. When the difference between the reference value when the air-fuel ratio of the exhaust gas is less than the reference value and the integrated value of the difference between the air-fuel ratio is less than the specified value, it is determined that the catalyst having the oxidation function has deteriorated catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that.
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