JP4417732B2 - Exhaust purification device deterioration judgment device - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気系に配設され窒素酸化物を低減させる排気浄化装置の劣化状態を判定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for determining a deterioration state of an exhaust purification apparatus that is disposed in an exhaust system of an internal combustion engine and reduces nitrogen oxides.

ディーゼルエンジンは、圧縮比が高く、筒内の燃料に対する酸素および窒素の割合が高いため窒素酸化物を生成しやすい。また、リーンバーンエンジンでは、希薄燃焼が行われるため、燃料に対する空気の割合が多い。よって、リーンバーンエンジンにおいても燃焼時における熱により空気中の窒素が空気中の酸素によって酸化され窒素酸化物(NOx)を生成しやすい。   A diesel engine has a high compression ratio, and since the ratio of oxygen and nitrogen to the fuel in the cylinder is high, it easily generates nitrogen oxides. In lean burn engines, lean combustion is performed, so the ratio of air to fuel is large. Therefore, even in a lean burn engine, nitrogen in the air is easily oxidized by oxygen in the air due to heat during combustion, and nitrogen oxides (NOx) are easily generated.

排気ガス中の窒素酸化物を低減するための触媒として、NOx吸蔵還元型触媒が知られている。NOx吸蔵還元型触媒は、リーン雰囲気中において窒素酸化物を吸収する。そして、触媒に入る排気ガスを間欠的にリッチ雰囲気とすると、吸収した窒素酸化物を還元して浄化する(特許文献1)。   A NOx occlusion reduction type catalyst is known as a catalyst for reducing nitrogen oxides in exhaust gas. The NOx occlusion reduction type catalyst absorbs nitrogen oxides in a lean atmosphere. When the exhaust gas entering the catalyst is intermittently rich, the absorbed nitrogen oxides are reduced and purified (Patent Document 1).

また、特許文献2には、通常時の数倍の還元剤を供給した際のリーンNOx触媒の温度に基づいて劣化検知を行う手法が開示されている。
特許第2845103号公報 特開2001−59413号公報
Further, Patent Document 2 discloses a technique for detecting deterioration based on the temperature of the lean NOx catalyst when supplying a reducing agent several times the normal amount.
Japanese Patent No. 2845103 JP 2001-59413 A

しかしながら、上述の手法ではリーンNOx触媒の劣化検知を行うごとに、通常に比べて大量の還元剤をエンジンに供給する必要がある。このように劣化検知の際に還元剤を大量に供給することは、燃費およびエミッションの悪化を招くおそれがある。   However, in the above-described method, it is necessary to supply a larger amount of reducing agent to the engine each time the deterioration of the lean NOx catalyst is detected. Thus, supplying a large amount of the reducing agent at the time of detecting deterioration may cause deterioration of fuel consumption and emission.

したがって、本発明は、エミッションおよび燃費の悪化を最小限にしつつ、精度の高い排気浄化装置の劣化判定装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly accurate exhaust gas purification apparatus deterioration determination device while minimizing the deterioration of emission and fuel consumption.

本発明の排気浄化装置の劣化判定装置は、発明の一形態(請求項1)によると、排気ガスの空燃比がリーンのときに窒素酸化物を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチのときに吸収した窒素酸化物を還元する排気浄化装置の劣化判定装置であって、前記排気浄化装置に供給される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記排気浄化装置に吸収された窒素酸化物の推定量を求める推定手段と、前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段と、前記排気ガスがリッチのときの前記空燃比と前記吸収された窒素酸化物の推定量とに基づいて、前記排気浄化装置の発熱量を求める算出手段と、求められた前記発熱量と検出された前記温度とに基づいて前記排気浄化装置の劣化を判定する判定手段と、を備える。これによると、求められた排気浄化装置の発熱量と実際の排気浄化装置の温度とに基づいて排気ガスのリッチ時における排気浄化装置の窒素酸化物の還元能力を監視する。よって、求められた発熱量に比して温度上昇量が小さいときは窒素酸化物の吸収能力および還元能力が落ちているとして、排気浄化装置が劣化していると判定することができ、窒素酸化物センサを配することなく安価で応答性の高い排気浄化装置の劣化判定を行うことができる。   According to one aspect of the present invention (claim 1), the deterioration determination device for an exhaust purification apparatus of the present invention absorbs nitrogen oxides when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. A deterioration determination device for an exhaust purification device that reduces nitrogen oxides absorbed in the exhaust purification device, wherein the exhaust purification device detects air / fuel ratio of exhaust gas supplied to the exhaust purification device, and is absorbed by the exhaust purification device. Estimation means for obtaining an estimated amount of nitrogen oxides, temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust purification device, the air-fuel ratio when the exhaust gas is rich, and the estimated amount of absorbed nitrogen oxides And a determination means for determining the amount of heat generated by the exhaust purification device, and a determination means for determining deterioration of the exhaust purification device based on the calculated amount of heat generation and the detected temperature. According to this, based on the calorific value of the exhaust gas purification device and the actual temperature of the exhaust gas purification device, the nitrogen oxide reducing ability of the exhaust gas purification device when the exhaust gas is rich is monitored. Therefore, when the amount of temperature rise is small compared to the calorific value obtained, it can be determined that the exhaust gas purification device has deteriorated because the nitrogen oxide absorption capacity and the reduction capacity have fallen, and nitrogen oxidation It is possible to determine the deterioration of the exhaust emission control device that is inexpensive and highly responsive without providing an object sensor.

また、この発明のもう一つの形態(請求項2)による排気浄化装置の劣化判定装置において、前記判定手段は、前記発熱量から推定される排気浄化装置の温度変化量と、検出された前記温度の変化量との差が、所定のしきい値よりも大きいときに前記排気浄化装置を劣化していると判定する。これによると、発熱量による排気浄化装置の温度変化量と実際の排気浄化装置の温度変化量との差が大きいときに排気浄化装置が劣化していると判定することができ、安価で正確に排気浄化装置の劣化判定を行うことができる。   In the exhaust gas purification apparatus deterioration determination device according to another aspect of the present invention (Claim 2), the determination means includes a temperature change amount of the exhaust gas purification apparatus estimated from the heat generation amount and the detected temperature. When the difference from the amount of change is greater than a predetermined threshold value, it is determined that the exhaust purification device has deteriorated. According to this, it is possible to determine that the exhaust purification device has deteriorated when there is a large difference between the temperature change amount of the exhaust purification device due to the heat generation amount and the actual temperature change amount of the exhaust purification device. It is possible to determine the deterioration of the exhaust purification device.

1.構成
図面を参照しつつ、本発明である排気浄化装置の劣化判定装置の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施形態に従う、車両に搭載されるディーゼルエンジンおよびその制御装置の全体的な構成図である。ここでは、ディーゼルエンジンを例として説明するが、ガソリンエンジンにおいても同様にして排気浄化装置の劣化判定装置を構成できる。
1. Configuration An embodiment of a deterioration determination apparatus for an exhaust purification apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a diesel engine and its control device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention. Here, a diesel engine will be described as an example, but a deterioration determination device for an exhaust gas purification device can be configured similarly for a gasoline engine.

電子制御ユニット(以下、「ECU」という)100は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース100b、車両の各部の制御を行うための演算を実行するCPU100a、読み取り専用メモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)を有するメモリ100d、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース100cを備えている。メモリ100dのROMには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う制御のためのプログラムは、該ROMに格納される。ROMは、EPROMのような書き換え可能なROMでもよい。RAMには、CPU100aによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、RAMに一時的に格納される。   An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 100 includes an input interface 100b that receives data sent from each part of the vehicle, a CPU 100a that performs operations for controlling each part of the vehicle, and a read-only memory (ROM) And a memory 100d having a random access memory (RAM) and an output interface 100c for sending control signals to various parts of the vehicle. The ROM of the memory 100d stores a program for controlling each part of the vehicle and various data. A program for control according to the present invention is stored in the ROM. The ROM may be a rewritable ROM such as an EPROM. The RAM is provided with a work area for calculation by the CPU 100a. Data sent from each part of the vehicle and control signals sent to each part of the vehicle are temporarily stored in the RAM.

ECU100に向けて送られた信号は入力インタフェース100bに渡され、アナログ−デジタル変換される。CPU100aは、変換されたデジタル信号を、メモリ100dに格納されているプログラムに従って処理し、車両の各部へ送るための制御信号を作り出す。出力インタフェース100cは、これらの制御信号を、スロットル106、燃料噴射装置110、およびその他不図示の各部へと送る。   The signal sent to the ECU 100 is transferred to the input interface 100b and converted from analog to digital. The CPU 100a processes the converted digital signal according to a program stored in the memory 100d, and generates a control signal for sending to each part of the vehicle. The output interface 100c sends these control signals to the throttle 106, the fuel injection device 110, and other parts not shown.

また、ECU100は、後述のプロセスを実行することによって、LNCに吸収される窒素酸化物量の推定、排気浄化装置の予測発熱量の算出、および排気浄化装置の劣化の判定を行う機能を有する。   Further, the ECU 100 has a function of estimating the amount of nitrogen oxides absorbed by the LNC, calculating the predicted heat generation amount of the exhaust purification device, and determining deterioration of the exhaust purification device by executing a process described later.

ディーゼルエンジン101には、燃料噴射装置110が取り付けられておりECU100の制御により燃料の噴射タイミングおよび燃料噴射量が制御される。燃料の噴射タイミングおよび燃料噴射量は予めメモリ100dに格納されている。燃料噴射装置110は、不図示のコモンレール(蓄圧室)に接続されており、ECU100からの信号により、圧縮行程後上死点付近で筒内へ燃料の噴射(メイン噴射)を行う。また、燃料噴射装置110は、ECU100からの信号により燃料噴射量を制御して、周期的に燃料量をリッチ(リッチスパイク)にすることもできる。さらに、燃料噴射装置110は、ECU100からの信号によりポスト噴射を行うこともできる。ポスト噴射とは、メイン噴射が終了した後の膨張行程および排気行程において追加的に行う燃料噴射である。ポスト噴射を行うと、この燃料のエネルギーはエンジンの出力に変換されず、多くが熱エネルギーなどの排気エネルギーとなる。よって、この排気ガスの熱によってNOx触媒などの排気系部位が暖められることとなり、サルファによって被毒した触媒を再生することができる。また、排気行程において燃料噴射すると、未燃焼燃料が多く排気ガスとして放出される。排気系に酸化触媒がある場合、この未燃焼燃料は酸化触媒において酸化され熱へと変化する。よって、このときも排気ガスによってNOx触媒などの排気系部位を暖めることができる。   A fuel injection device 110 is attached to the diesel engine 101, and the fuel injection timing and the fuel injection amount are controlled by the control of the ECU 100. The fuel injection timing and the fuel injection amount are stored in the memory 100d in advance. The fuel injection device 110 is connected to a common rail (accumulation chamber) (not shown), and injects fuel (main injection) into the cylinder near the top dead center after the compression stroke by a signal from the ECU 100. Further, the fuel injection device 110 can also periodically make the fuel amount rich (rich spike) by controlling the fuel injection amount by a signal from the ECU 100. Furthermore, the fuel injection device 110 can also perform post injection by a signal from the ECU 100. Post injection is fuel injection that is additionally performed in the expansion stroke and the exhaust stroke after the main injection is completed. When post-injection is performed, the energy of the fuel is not converted into engine output, and most of the energy is exhaust energy such as heat energy. Therefore, the exhaust system part such as the NOx catalyst is warmed by the heat of the exhaust gas, and the catalyst poisoned by sulfur can be regenerated. Further, when fuel is injected in the exhaust stroke, a large amount of unburned fuel is released as exhaust gas. When there is an oxidation catalyst in the exhaust system, the unburned fuel is oxidized in the oxidation catalyst and changed to heat. Therefore, at this time as well, the exhaust system part such as the NOx catalyst can be warmed by the exhaust gas.

ディーゼルエンジン101には、クランク角センサ107が設けられている。クランク角センサ107は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU100に出力する。CRK信号は、所定のクランク角(たとえば、30度)で出力されるパルス信号である。ECU100は、該CRK信号に応じ、エンジン101の回転数NEを算出する。尚、ECU100のメモリには、エンジン出力とトルク値のマップが格納されており、算出されたエンジン回転数から適宜これらを求めることができるようになっている。   The diesel engine 101 is provided with a crank angle sensor 107. The crank angle sensor 107 outputs a CRK signal and a TDC signal, which are pulse signals, to the ECU 100 as the crankshaft rotates. The CRK signal is a pulse signal output at a predetermined crank angle (for example, 30 degrees). ECU 100 calculates engine speed NE of engine 101 in accordance with the CRK signal. Note that a map of engine output and torque value is stored in the memory of the ECU 100, and these can be obtained as appropriate from the calculated engine speed.

LNC(リーンNOx触媒)107は、窒素酸化物を低減させる排気浄化装置であってNOx吸蔵還元型触媒である。NOx吸蔵還元型触媒は、リーン時に排出されるNOxを吸蔵しておき、リッチ時において吸蔵したNOxを還元浄化する。LNCにおいて、リーン時に排出されるNOがPt(白金)表面上においてNOに酸化され、吸蔵成分に硝酸塩として吸蔵される。次に、リッチの領域において、HC、CO、Hなどのガスにより吸蔵されていたNOxが還元浄化される。尚、吸蔵したNOxを還元する際に、空燃比をリッチにする必要があるため、このときトルク段差が発生しないように、かつ、吸蔵NOx量に応じてリッチ化するタイミングが最適となるようECU100によって制御される。 The LNC (lean NOx catalyst) 107 is an exhaust purification device that reduces nitrogen oxides and is a NOx occlusion reduction type catalyst. The NOx occlusion reduction type catalyst occludes NOx discharged during lean, and reduces and purifies NOx occluded during rich. In the LNC, NO exhausted at the time of lean is oxidized to NO 2 on the Pt (platinum) surface and stored as nitrate in the storage component. Next, NOx occluded by gas such as HC, CO, H 2 is reduced and purified in the rich region. Since the air-fuel ratio needs to be rich when reducing the stored NOx, the ECU 100 does not generate a torque step at this time and optimizes the timing for enrichment according to the stored NOx amount. Controlled by.

また、空燃比検出手段としての排気ガスセンサ108が排気系に取り付けられている。排気ガスセンサ108は、ここでは例としてLAFセンサ(広域空燃比センサ)であり、エンジン101から排出される排気ガスに対して、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比を検出し、ECU100に検出した空燃比を送る。   Further, an exhaust gas sensor 108 as air-fuel ratio detection means is attached to the exhaust system. The exhaust gas sensor 108 is a LAF sensor (wide area air-fuel ratio sensor) as an example here, detects an air-fuel ratio in a wide range from lean to rich with respect to the exhaust gas discharged from the engine 101, and the air-fuel ratio detected by the ECU 100 Send.

LNC107には、温度検出手段である温度センサ109が取り付けられており取得されたLNC107の温度がECU100に送られる。尚、本実施形態では、LNC107に温度センサ109が取り付けられているが、LNC107の温度とLNCの下流の排気ガス温度がほぼ同じ温度であるとみなし、LNC107の下流の排気系に温度センサ109を取り付けることとしてLNCの温度を検知することとしてもよい。   The LNC 107 is provided with a temperature sensor 109 as temperature detecting means, and the obtained temperature of the LNC 107 is sent to the ECU 100. In this embodiment, the temperature sensor 109 is attached to the LNC 107. However, it is assumed that the temperature of the LNC 107 and the exhaust gas temperature downstream of the LNC are substantially the same, and the temperature sensor 109 is installed in the exhaust system downstream of the LNC 107. It is good also as detecting the temperature of LNC as attaching.

エアフローメータ111がスロットル110の上流に取り付けられており、検出された吸入空気量がECU100へと送られる。   An air flow meter 111 is attached upstream of the throttle 110, and the detected intake air amount is sent to the ECU 100.

ディーゼルエンジン102には、粒子状物質(パティキュレート)を捕集するためのDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)102が取り付けられている。DPF102は、セラミック、金属製不織布等の耐熱性を有する多孔質のフィルタ壁からなり、排気の流れ方向に排気流路を形成する多数の流路を有している。多孔質の孔径は、10ミクロン程度であり、排気中に含まれる粒子状物質は、排気が多孔質のフィルタ壁を通過する際に捕集される。具体的には、排気流路のそれぞれは、排気流れ方向の上流端または下流端のうち一方が閉塞されている。上流端が閉塞された流路と下流端が閉塞された流路とが交互に互いに隣接して配設されている。このため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、それぞれのDPFの上流端が解放された(下流端が閉塞された)流路に流入し、流路相互を隔てる多孔質のフィルタ壁を通過して下流端が解放された流路に流入し下流端からDPF外に流出するようになっている。   A DPF (diesel particulate filter) 102 for collecting particulate matter (particulates) is attached to the diesel engine 102. The DPF 102 is composed of a porous filter wall having heat resistance such as ceramic and metal nonwoven fabric, and has a number of channels that form an exhaust channel in the exhaust flow direction. The porous pore diameter is about 10 microns, and the particulate matter contained in the exhaust gas is collected when the exhaust gas passes through the porous filter wall. Specifically, each of the exhaust flow paths is closed at either the upstream end or the downstream end in the exhaust flow direction. A flow path whose upstream end is closed and a flow path whose downstream end is closed are alternately arranged adjacent to each other. For this reason, the exhaust discharged from the exhaust port of each cylinder flows into the flow path in which the upstream end of each DPF is released (the downstream end is closed), and the porous filter wall separating the flow paths is used. It passes through the flow path that has passed through the downstream end and flows out of the DPF from the downstream end.

尚、不図示としたものもあるが、このディーゼルエンジン101を運転するために必要な他のセンサ類(水温センサ105、スロットル開度センサ112、吸気管圧力センサ)や、各種装置(スロットルバルブ106、コモンレール(蓄圧室))がエンジンの各部に取り付けられている。   Although not shown, other sensors (water temperature sensor 105, throttle opening sensor 112, intake pipe pressure sensor) necessary for operating the diesel engine 101 and various devices (throttle valve 106) are not shown. The common rail (accumulation chamber) is attached to each part of the engine.

2.LNCの劣化検知プロセス
図2のフローチャートを参照しつつ、LNCの異常・劣化検知のプロセスを説明する。
2. LNC Deterioration Detection Process An LNC abnormality / deterioration detection process will be described with reference to the flowchart of FIG.

メインプログラムから、LNCの異常・劣化検知のルーチンが呼び出されると、ECU100は、エンジン101が現在リッチスパイク中であるか否かを判定する(S201)。ここで、リッチスパイクとは、燃料の供給量を増加させて空燃比を一時的にリッチ状態にすることをいう。LNCを搭載した車両では通常、周期的にリッチスパイクを行い、LNCを再生化している。本実施形態では、このリッチスパイクが行われる時を利用してLNCの劣化の判定を行っている。リッチスパイクの時期は、トルク変動がドライバビリティに影響を与えないアイドリング時において主に行われる。この空燃比のリッチスパイクは、リッチスパイクフラグが1にセットされていることを条件として、他のルーチン(不図示)によって実行される。よって、ECU100は、メモリ100dのリッチスパイクフラグを参照し、リッチスパイクフラグが1(リッチスパイク中)であるか否かについて判定し、リッチスパイク中でないときはプロセスを終了する。一方、リッチスパイク中のときは、プロセスをS202へと進める。   When a routine for detecting abnormality / deterioration of the LNC is called from the main program, the ECU 100 determines whether or not the engine 101 is currently in rich spike (S201). Here, the rich spike refers to temporarily increasing the air-fuel ratio by increasing the fuel supply amount. A vehicle equipped with an LNC usually performs a rich spike periodically to regenerate the LNC. In the present embodiment, LNC deterioration is determined using the time when the rich spike is performed. The rich spike period is mainly performed at idling when torque fluctuation does not affect drivability. This air-fuel ratio rich spike is executed by another routine (not shown) on condition that the rich spike flag is set to 1. Therefore, the ECU 100 refers to the rich spike flag in the memory 100d, determines whether or not the rich spike flag is 1 (during rich spike), and ends the process when the rich spike is not being performed. On the other hand, when the rich spike is being performed, the process proceeds to S202.

本実施形態において、最終的にLNCが劣化していると判定されるまで、LNCの劣化判定手法について同様の手法を2回繰り返す。これは、一度LNCが劣化していると判定された場合であっても、単にLNCに硫黄化合物が付着しており、NOxの浄化性能が落ちているだけの場合があるからである。よって、本実施形態では、一度LNCの劣化を判定し(S203からS206)、劣化していると判定されたときは、暫定的に劣化しているとしておき、その後、LNCの再生処理を行う。そして、再度LNCの劣化の判定を行う(S208からS211)。   In the present embodiment, the same method is repeated twice for the LNC deterioration determination method until it is finally determined that the LNC is deteriorated. This is because even if it is determined that the LNC has once deteriorated, the sulfur compound is simply adhered to the LNC, and the NOx purification performance may simply be lowered. Therefore, in this embodiment, the degradation of the LNC is once determined (S203 to S206). When it is determined that the LNC has deteriorated, it is assumed that the LNC has deteriorated temporarily, and then the LNC regeneration process is performed. Then, the determination of the deterioration of the LNC is performed again (S208 to S211).

よって、本実施形態では、一度すでに暫定的にLNCが劣化していると判定されたか否かを判定するために、暫定劣化フラグを設けている。そして、既に一度LNCが劣化していると判定したときは、暫定劣化フラグに1がセットされる。   Therefore, in this embodiment, a temporary deterioration flag is provided to determine whether or not it has already been determined that the LNC has already been temporarily deteriorated. When it is determined that the LNC has already deteriorated, 1 is set to the temporary deterioration flag.

ECU100は、S202において、暫定劣化フラグが1であるか否かを判定する。ここでは、暫定劣化フラグに1はセットされていないため、ECU100は、リッチスパイク中の排気系における空燃比、およびLNCにおける窒素酸化物の吸着量に基づいてLNCの温度変化量の予測を行う(S203)。   In step S202, the ECU 100 determines whether or not the temporary deterioration flag is 1. Here, since the temporary deterioration flag is not set to 1, the ECU 100 predicts the temperature change amount of the LNC based on the air-fuel ratio in the exhaust system during the rich spike and the adsorption amount of nitrogen oxides in the LNC ( S203).

予測されるLNCの温度変化量は、各種マップによる触媒モデルを用いて次のように算出される。まず、ECU100は、LNCに吸収されていると推定される窒素酸化物の推定量をメモリ100dから読み出す。吸収された窒素酸化物の推定量は、次のようにしてバックグラウンドにおいてECU100によって逐次推定されメモリ100dに格納されている。メモリ100dのROM部分には、燃料噴射量およびエンジン回転数から単位時間当たりの瞬間の窒素酸化物の排出量を与える窒素酸化物排出量マップが記憶されている。このマップは、予め燃料噴射量およびエンジン回転数に対する単位時間あたりの窒素酸化物の排出量を実験的に求めて作成される。次に、ECU100は、現在の燃料噴射量およびエンジン回転数を取得し、窒素酸化物排出量マップを参照して、このときの窒素酸化物の単位時間あたりの排出量を特定する。そして、ECU100は、特定した窒素酸化物の単位時間あたりの排出量に微小時間(窒素酸化物の推定量を算出する演算周期)を乗じた値を順次積算していき、LNCに吸収された窒素酸化物の推定量を算出する。   The predicted temperature variation of the LNC is calculated as follows using catalyst models based on various maps. First, the ECU 100 reads from the memory 100d the estimated amount of nitrogen oxide that is estimated to be absorbed by the LNC. The estimated amount of absorbed nitrogen oxides is sequentially estimated by the ECU 100 in the background and stored in the memory 100d as follows. The ROM portion of the memory 100d stores a nitrogen oxide emission map that gives an instantaneous nitrogen oxide emission amount per unit time from the fuel injection amount and the engine speed. This map is created in advance by experimentally obtaining the nitrogen oxide emission amount per unit time with respect to the fuel injection amount and the engine speed. Next, the ECU 100 acquires the current fuel injection amount and the engine speed, and refers to the nitrogen oxide emission map to identify the emission amount of nitrogen oxide per unit time at this time. Then, the ECU 100 sequentially accumulates values obtained by multiplying the discharge amount per unit time of the identified nitrogen oxide by a minute time (a calculation cycle for calculating the estimated amount of nitrogen oxide), and the nitrogen absorbed by the LNC. An estimated amount of oxide is calculated.

メモリ100dのROM部分には、窒素酸化物量および空燃比から予測発熱量を与える予測発熱量マップが記憶されている。このマップは、予め窒素酸化物量および空燃比に対する予測発熱量を実験的に求めて作成されている。ECU100は、LAFセンサ108から空燃比を取得する。そして、上述において取得した空燃比およびLNCに吸収された窒素酸化物の推定量に基づいて予測発熱量マップを参照して予測発熱量を求める。   The ROM portion of the memory 100d stores a predicted heat value map that gives a predicted heat value from the nitrogen oxide amount and the air-fuel ratio. This map is prepared by experimentally obtaining the predicted calorific value with respect to the nitrogen oxide amount and the air-fuel ratio in advance. The ECU 100 acquires the air-fuel ratio from the LAF sensor 108. Then, based on the air-fuel ratio acquired above and the estimated amount of nitrogen oxides absorbed by the LNC, the predicted heat generation amount is obtained by referring to the predicted heat generation map.

上述のようにLNCが発する予測発熱量が求められると、この予測発熱量およびLNCが有する熱容量に基づいて、ECU100は所定の演算周期でLNCの温度変化量を演算し、順次メモリ100dに格納する。そして、S203において、ECU100は、メモリ100dから所定の期間dにおける温度変化量を読み出し、これらを加算して所定の期間dにおける温度変化量Δt’を求める。   When the predicted heat generation amount generated by the LNC is obtained as described above, the ECU 100 calculates the temperature change amount of the LNC at a predetermined calculation cycle based on the predicted heat generation amount and the heat capacity of the LNC, and sequentially stores them in the memory 100d. . In step S203, the ECU 100 reads out the temperature change amount in the predetermined period d from the memory 100d and adds them to obtain the temperature change amount Δt ′ in the predetermined period d.

LNCの予測された温度変化量が求められると、次にECU100は、以下のようにしてLNCの実温度の変化量を取得する(S204)。前述の通り、LNC107には温度センサ109が取り付けられている。また、バックグラウンドにおいてECU100が所定のサンプリングレートでLNC107の温度を取得して、取得した温度を順次メモリ100dに格納している。ECU100は、メモリ100dから所定時間前におけるLNC107の温度と現在のLNC107の温度とを読み出す。そして、現在の温度から所定時間前の温度を減算して所定の期間dにおけるLNCの実温度の変化量Δtを求める。   When the predicted temperature change amount of the LNC is obtained, the ECU 100 next acquires the change amount of the actual temperature of the LNC as follows (S204). As described above, the temperature sensor 109 is attached to the LNC 107. In the background, the ECU 100 acquires the temperature of the LNC 107 at a predetermined sampling rate, and sequentially stores the acquired temperature in the memory 100d. The ECU 100 reads the temperature of the LNC 107 and the current temperature of the LNC 107 at a predetermined time before from the memory 100d. Then, the amount of change Δt in the actual temperature of the LNC in a predetermined period d is obtained by subtracting the temperature before a predetermined time from the current temperature.

次にECU100は、予測したLNCの温度変化量Δt’と、LNCの実温度変化量Δtとの差を算出して、この差が所定のしきい値(許容温度差)を超えているか否かについて判定する(S205)。そして、温度変化量の差が許容温度差を超えているときは、暫定的にLNCが劣化していると判定して暫定劣化フラグを1に設定する(S206)。ここで、温度変化量の差が大きいときにLNCが劣化したと判定するのは、温度差が大きいときはリッチスパイクを実施しているにもかかわらず、LNCの還元反応の程度が低く、その結果LNCの温度上昇が小さくなっているためである。尚、許容温度差は、LNCが劣化していると判定するのに適した温度差として予め実験的に求められ、メモリ100dに格納されている。   Next, the ECU 100 calculates the difference between the predicted temperature change amount Δt ′ of the LNC and the actual temperature change amount Δt of the LNC, and whether or not this difference exceeds a predetermined threshold value (allowable temperature difference). (S205). If the temperature change amount difference exceeds the allowable temperature difference, it is determined that the LNC is temporarily deteriorated, and the temporary deterioration flag is set to 1 (S206). Here, when the temperature difference is large, it is determined that the LNC has deteriorated. When the temperature difference is large, the degree of the reduction reaction of the LNC is low even though the rich spike is performed. This is because the temperature rise of the result LNC is small. The allowable temperature difference is experimentally obtained in advance as a temperature difference suitable for determining that the LNC has deteriorated, and is stored in the memory 100d.

一方、許容温度差を超過していないとき、ECU100は、LNCが劣化していないとしてプロセスを終了する。   On the other hand, when the allowable temperature difference is not exceeded, the ECU 100 ends the process on the assumption that the LNC has not deteriorated.

尚、LNCの実温度変化は、触媒モデルにおける温度変化よりも応答が遅く温度変化が遅れる。よって、S205において同時期における温度変化量の差と許容温度差とを比較するのではなく、異なる時期(触媒モデルの温度変化は、LNCの実温度変化よりも過去のものを使用するなど)における温度変化量の差と許容温度差とを比較することとしてもよい。   Note that the actual temperature change of the LNC is slower in response than the temperature change in the catalyst model, and the temperature change is delayed. Therefore, in S205, instead of comparing the difference in the temperature change amount and the allowable temperature difference in the same period, the temperature change of the catalyst model is different from the actual temperature change of the LNC. It is also possible to compare the difference in temperature change with the allowable temperature difference.

暫定劣化フラグに1が設定されると、LNCの再生処理が必要であるため他のルーチン(不図示)によってサルファを除去すべく再生処理が行われる。具体的には、ECU100が燃料噴射装置を制御してポスト噴射を実行して排気ガスの温度を上昇させ、高温の排気ガスによってLNCに付着した硫黄化合物を燃焼させるようにする。ここで、LNCの再生処理を行うこととしているのは、LNCに付着したサルフェートの影響により、LNCの還元能力が一時的に低下しているだけの場合があるからである。   When the temporary deterioration flag is set to 1, the LNC regeneration process is necessary, so the regeneration process is performed to remove sulfur by another routine (not shown). Specifically, the ECU 100 controls the fuel injection device to execute post injection to increase the temperature of the exhaust gas so that the sulfur compound attached to the LNC is burned by the high temperature exhaust gas. Here, the reason why the LNC regeneration process is performed is that the reducing ability of the LNC may be temporarily lowered due to the influence of the sulfate adhering to the LNC.

そして、所定の期間、再生処理が行われ再生処理が終了すると他のルーチン(不図示)によってサルファ再生済フラグに1がセットされる。一方、再生処理が終了していないときは、サルファ再生済フラグに0がセットされる。   Then, when the reproduction process is performed for a predetermined period and the reproduction process is completed, 1 is set to the sulfur reproduction completed flag by another routine (not shown). On the other hand, when the reproduction process has not ended, 0 is set to the sulfur reproduction completed flag.

つぎに、メインプログラムより、再びLNCの異常・劣化検知ルーチンが呼び出されると、ECU100は、エンジン101がリッチスパイク中であるか否かを判定する(S201)。リッチスパイク中であるか否かの判定は、前述と同様であるので説明を省略する。   Next, when the LNC abnormality / deterioration detection routine is called again from the main program, the ECU 100 determines whether or not the engine 101 is in rich spike (S201). The determination as to whether or not the rich spike is being performed is the same as described above, and a description thereof will be omitted.

次に、ECU100は、暫定劣化フラグが1であるか否かについて判定する(S202)。暫定劣化フラグは、前回の本プロセスの実行において1がセットされているので、プロセスをS207へと進める。次に、ECU100は、サルファ再生済フラグを参照してサルファの再生が完了しているか否かについて判定する。ここで、サルファ再生済フラグが1でないとき、ECU100は、本プロセスを終了する。   Next, the ECU 100 determines whether or not the temporary deterioration flag is 1 (S202). Since the temporary deterioration flag is set to 1 in the previous execution of this process, the process proceeds to S207. Next, the ECU 100 determines whether or not the regeneration of the sulfur has been completed with reference to the sulfur regeneration completed flag. Here, when the sulfur regenerated flag is not 1, the ECU 100 ends the present process.

一方、サルファ再生済フラグが1のとき、ECU100はLNCの温度変化量の予測を行う(S208)。次に、ECU100は、実際のLNCの温度変化量を取得する(S209)。そして、温度変化量の差が所定値(許容温度差)を超過したか否かについて判定する(S210)。S208からS210までのルーチンは、S203からS205までのルーチンを同様であるので説明を省略する。   On the other hand, when the sulfur regeneration flag is 1, the ECU 100 predicts the temperature change amount of the LNC (S208). Next, the ECU 100 acquires the actual temperature change amount of the LNC (S209). Then, it is determined whether or not the difference in temperature change amount exceeds a predetermined value (allowable temperature difference) (S210). Since the routines from S208 to S210 are the same as the routines from S203 to S205, the description thereof will be omitted.

温度変化量の差が許容温度差を超えているとき、ECU100は、LNCが劣化しているとして、触媒劣化フラグに1をセットする(S211)。また、触媒劣化フラグに1がセットされたとき、LNCが劣化したことを知らせるように車両における所定のランプを点灯させることとしてもよい。   When the difference in the temperature change amount exceeds the allowable temperature difference, the ECU 100 sets the catalyst deterioration flag to 1 assuming that the LNC has deteriorated (S211). Further, when the catalyst deterioration flag is set to 1, a predetermined lamp in the vehicle may be turned on so as to notify that the LNC has deteriorated.

一方、温度変化量の差が許容温度差を超過していないとき、ECU100は、プロセスをS212へと進める。そして、本プロセスによって1にセットされた暫定劣化フラグを0にリセットする(S212)。そして、本プロセスを終了する。   On the other hand, when the difference in temperature change amount does not exceed the allowable temperature difference, the ECU 100 advances the process to S212. Then, the temporary deterioration flag set to 1 by this process is reset to 0 (S212). Then, this process ends.

本実施形態においてS206で暫定的にLNCを劣化していると判定しているが、別の実施形態として、S206において最終的にLNCが劣化しているものと判定することとしてもよい。この場合、S202およびS207からS212までのフローは削除され、一度の判定によってLNCの劣化状態を判定することとなる。   In this embodiment, it is determined that the LNC is provisionally deteriorated in S206. However, as another embodiment, it may be determined that the LNC is finally deteriorated in S206. In this case, the flow from S202 and S207 to S212 is deleted, and the degradation state of the LNC is determined by a single determination.

これによると、求められたLNCの発熱量と実際のLNCの温度とに基づいて排気ガスのリッチ時におけるLNCの窒素酸化物の還元能力を監視する。よって、求められた発熱量に比して温度上昇量が小さいときは窒素酸化物の吸収能力および還元能力が落ちているとして、LNCが劣化していると判定することができ、窒素酸化物センサを配することなく安価で応答性の高いLNCの劣化判定を行うことができる。また、リッチスパイクが行われたときを利用してLNCの劣化を判定するので、従来よりもエミッションおよび燃費を悪化させることなく劣化判定を実行することができる。   According to this, based on the calculated calorific value of the LNC and the actual LNC temperature, the reduction ability of the nitrogen oxides of the LNC when the exhaust gas is rich is monitored. Therefore, when the temperature rise amount is smaller than the calculated calorific value, it can be determined that the LNC has deteriorated because the nitrogen oxide absorption capacity and the reduction capacity have fallen, and the nitrogen oxide sensor It is possible to determine the deterioration of an LNC with low cost and high responsiveness without arranging In addition, since the deterioration of the LNC is determined using the time when the rich spike is performed, the deterioration determination can be executed without deteriorating the emission and fuel consumption as compared with the conventional case.

本発明の一実施形態に従う、ディーゼルエンジンおよびその制御装置の概略図。1 is a schematic diagram of a diesel engine and its control device according to one embodiment of the present invention. この発明の一実施形態に従う、LNCの劣化検知のフローチャート。The flowchart of the deterioration detection of LNC according to one Embodiment of this invention.

Claims (2)

排気ガスの空燃比がリーンのときに窒素酸化物を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチのときに吸収した窒素酸化物を還元する排気浄化装置の劣化判定装置であって、
前記排気浄化装置に供給される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置に吸収された窒素酸化物の推定量を求める推定手段と、
前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段と、
リッチスパイク中に、検出された前記排気ガスの空燃比と前記吸収された窒素酸化物の推定量とに基づいて、前記排気浄化装置の予測発熱量を求める算出手段と、
求められた前記予測発熱量とリッチスパイク中に検出された前記温度とに基づいて前記排気浄化装置の劣化を判定する判定手段と、
を備える排気浄化装置の劣化判定装置。
A deterioration determination device for an exhaust purification device that absorbs nitrogen oxide when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and reduces nitrogen oxide absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich,
Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification device;
Estimating means for obtaining an estimated amount of nitrogen oxides absorbed by the exhaust purification device;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust purification device;
A calculation means for obtaining a predicted calorific value of the exhaust emission control device based on the detected air-fuel ratio of the exhaust gas and the estimated amount of absorbed nitrogen oxide during the rich spike ;
Determining means for determining deterioration of the exhaust purification device based on the calculated predicted heat generation amount and the temperature detected during the rich spike ;
An exhaust gas purification device deterioration determination device comprising:
前記判定手段は、前記予測発熱量から推定される排気浄化装置の温度変化量と、検出された前記温度の変化量との差が、所定のしきい値よりも大きいときに前記排気浄化装置を劣化していると判定する請求項1記載の排気浄化装置の劣化判定装置。 The determination means determines the exhaust purification device when a difference between a temperature change amount of the exhaust purification device estimated from the predicted heat generation amount and the detected change amount of the temperature is larger than a predetermined threshold value. The deterioration determination device for an exhaust emission control device according to claim 1, wherein the deterioration determination device is determined to be deteriorated.
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