JP4635365B2

JP4635365B2 - Exhaust purification catalyst deterioration judgment device

Info

Publication number: JP4635365B2
Application number: JP2001112481A
Authority: JP
Inventors: 公二郎岡田; 保樹田村; 拓也岡本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP2002309927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関にそなえられた排気浄化触媒の劣化判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の排気ガスを浄化するシステムとして、三元触媒が広く知られている。このような三元触媒では、耐久劣化とともに、ＮＯ_X浄化効率が悪化する。特に、排気系にＦＣＣ（フロント触媒）及びＵＣＣ（床下触媒）が取り付けられている場合、あるいは、排気系にＭＣＣ（エキマニ触媒）及びＵＣＣ（床下触媒）が取り付けられている場合には、ＮＯ_X浄化効率の悪化が顕著に現れる。
【０００３】
空燃比の平均値（以下、平均Ａ／Ｆという）を調整すると、ＮＯ_X，ＣＯ，ＴＨＣをいずれも浄化性能を良好な状態にすることができるが、最適Ａ／Ｆはその許容範囲が狭く、触媒の劣化状態によっても異なるため、予めマップ等で求めることは困難である。例えば、劣化状態の異なる触媒では、ＮＯ_Xを最も効率良く浄化する平均Ａ／Ｆも異なるものとなる。
【０００４】
これは主に以下の理由による。すなわち、リッチ雰囲気でＣＯが流入するが、酸素がほとんど存在しないため触媒のＣＯ被毒が起こり、触媒性能が低下するのである。ＣＯ被毒は、ＣＯ吸着とＣＯ脱離（あるいは酸化）などの微妙なバランスによって起こり、また触媒の劣化状態によってＣＯ被毒状態が異なる。
また、下式に示すように、ＣＯ被毒以外にもＣｅの不活性（ＣｅＯ₂＋ＣＯ→Ｃｅ₂Ｏ₃＋ＣＯ₂）による水性ガス反応の不活性によりＮＯ_X浄化効率が低下する場合がある。
【０００５】
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋ＣＯ₂
２ＮＯ＋２Ｈ₂→Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏ
これら還元雰囲気で触媒性能が劣化することを以下、還元被毒という。
特に、ガソリン筒内直接噴射エンジン等のリーンバーンエンジンにおいては、リーン運転時に三元触媒はＮＯ_X浄化効率が低下するため、ＮＯ_X浄化効率の悪化の影響が大きく、ＮＯ_X排出量の低減が課題となり、リーン連転時のＮＯ_X排出量低減のために、例えば吸蔵型ＮＯ_X触媒等のＮＯ_X触媒を三元触媒に加えて装着する技術が開発されている。もちろんこのようなＮＯ_X触媒も耐久劣化する。
【０００６】
このように三元触媒や吸蔵型ＮＯ_X触媒等の排気浄化触媒が劣化すると排気浄化能力が低下してしまうので、触媒が劣化したら（排気浄化能力が低下したら）エンジンチェックランプの点灯等によって運転者に警告して触媒の交換等を行なう必要が生じる。無駄なく適切に排気浄化触媒を管理するためには、触媒劣化の検出することが必要になる。
【０００７】
従来の一般的な触媒劣化の検出方法としては、触媒の上流側と下流側とにそれぞれＯ₂センサ（酸素濃度センサ）を装着して、このＯ₂センサの振幅あるいは周波数を比較する方法が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の一般的な触媒劣化の検出方法では、触媒の上流側と下流側との両方にＯ₂センサが必要となる。空燃比をＯ₂フィードバック制御する場合は触媒の上流側にＯ₂センサがそなえられるが、Ａ／Ｆ強制変調制御等によりＡ／Ｆ制御する場合は触媒上流のＯ₂センサは不要であり、この場合には、触媒劣化検出のためだけに触媒上流に新たにＯ₂センサを設けなくてはならず、コスト増を招くことになる。
【０００９】
また、上述のような従来の一般的な方法では、上流側と下流側の二つのＯ₂センサ信号を同時に比較して使用するため、上流側のセンサも下流側のセンサと同じ信号レベルで、触媒劣化検出に対応した精度の良いセンサでないと、誤判定を招くおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、Ｏ₂センサ等の排気センサを複数要することなく、低コストで簡素なシステムにより内燃機関の排気浄化触媒の劣化を検出することができるようにした、排気浄化触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の排気浄化触媒の劣化判定装置では、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の上流側の排気空燃比を、空燃比制御手段により周期的に変動させ、触媒下流に設けられた排気センサにより上記触媒下流の排気空燃比に相関する状態量を検出して、触媒劣化判定手段により、上記空燃比制御手段が、上記触媒下流の排気空燃比が還元雰囲気となるように上記上流側の排気空燃比を周期的に変動させている運転状態において、上記排気センサの出力に基づき、上記触媒下流の排気空燃比が上記触媒を還元被毒可能とする所定の還元雰囲気であると判定される時に上記排気センサの出力の振幅の大きさにより上記触媒の劣化状態を判定するように構成する。これにより、複数の排気センサを必須とすることなく低コストで簡素なシステムにより触媒の劣化を判定できるようになる。
上記空燃比制御手段は、上記上流側の排気空燃比の周期的な変動を、オープンループ制御と、上記排気センサの出力に基づくフィードバック制御とのいずれかによって、実行することが好ましい。
上記触媒劣化判定手段は、上記排気センサの出力値の変化が所定値以上であるか、又は、上記排気センサの出力値が所定値以上であるかによって、上記触媒が還元被毒可能な状態にあるかを判定し、上記触媒が還元被毒可能な状態にあると上記触媒下流の排気空燃比が所定の還元雰囲気であると判定することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１実施形態にかかる排気浄化触媒の劣化判定装置について説明する。
図１に示すように、本装置はここでは筒内噴射型内燃機関に適用されている。この筒内噴射型内燃機関について簡単に説明すると、燃焼室１には、吸気弁４を介して吸気通路２が接続され、また、排気弁５を介して排気通路３が接続されている。
【００１２】
また、吸気通路２には、エアクリーナ２ａ,吸入空気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）２ｂ，吸入空気量を制御するスロットル弁２ｃ，スロットル弁２ｃの開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２ｄなどが設けられている。また、排気通路３には、排気浄化触媒としての三元触媒（以下、単に触媒とも言う）６が設けられており、触媒６の下流側には、排気中のＯ₂濃度を検出するＯ₂センサ（排気センサ）３ａ等が設けられている。また、図示はしないが触媒６の上流側にもＯ₂センサが設けられている。
【００１３】
また、燃焼室１には、インジェクタ８が燃焼室１へ燃料を直接噴射すべくその開口を燃焼室１に臨ませて配置されている。このような構成により、スロットル弁２ｃの開度に応じエアクリーナ２ａを通じて吸入された空気が、吸気通路２及び吸気弁４を介して燃焼室１内に吸入され、ＥＣＵ（制御手段）２０からの信号に基づいてインジェクタ８から噴射された燃料と混合されるようになっている。そして、燃焼室１内で点火プラグ７を適宜のタイミングで点火させて混合気を燃焼させたのち、燃焼室１内から排気弁５を介して排気通路３へ排気ガスが排出され、触媒６で浄化されてから図示しないマフラで消音されて排出されるようになっている。
【００１４】
なお、このエンジンには、上述のＡＦＳ２ｂ，ＴＰＳ２ｄ，Ｏ₂センサ３ａ，触媒温度センサ３ｂのほかに、例えば、クランクシャフト９に付設されたクランク角検出装置９ａや、シリンダブロック内のウォータジャケット１ｂ内に挿設されエンジンの冷却水温を検出する冷却水温センサ１ｃ等の種々のセンサが設けられており，これらのセンサからの検出情報がＥＣＵ２０へ送られるようになっている。
【００１５】
ここで、筒内噴射エンジンでは、燃焼室１内で吸入空気を縦渦流（逆タンブル流）として生成することにより、点火プラグ７近傍に少量の燃料を集めて層状燃焼させ、混合気全体としては極めてリーンな空燃比での燃焼（希薄燃焼）が可能に構成されており、燃料噴射の態様として、ストイキオよりもリーンな空燃比下で運転を行なうリーン運転モードと、空燃比が理論空燃比（ストイキオ）近傍となるように、触媒６の上流側のＯ₂センサ（図示省路）からの検出情報等に基づいてフィードバック制御を行なうストイキオ運転モードと、ストイキオよりもリッチな空燃比で運転を行なうリッチ運転モードとが設けられている。
【００１６】
そして、このような運転モードの選択は、ＥＣＵ２０により運転状態に応じて行なわれる。つまり、ＥＣＵ２０は、ＴＰＳ２ｄ及びクランク角検出手段９ａの検出情報に基づきエンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅ（運転状態）を計算し、この運転状態に応じてエンジンの運転モードを設定するようになっており、エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅが大きくなるほど、リーン運転，ストイキオ運転，リッチ運転の順に運転モードを設定するようになっている。
【００１７】
次に、本装置の要部構成について説明すると、
上記のＥＣＵ２０には触媒６の上流の排気空燃比Ａ／Ｆを周期的に変動させる空燃比制御手段２０１と、触媒６の劣化状態を判定する触媒劣化判定手段２０２とが設けられている。そして、触媒劣化判定手段２０２では、Ｏ₂センサ（排気センサ）３ａからの検出情報に基づいて、触媒６の下流の排気空燃比が所定の還元雰囲気であると判定された時に上記Ｏ₂センサ３ａからの出力の振幅の大きさに応じて触媒６の劣化状態を判定する。
【００１８】
なお、触媒６の下流側の排気センサ３ａとしてはＯ₂センサに限定されるものではなく、触媒６の下流の排気空燃比に相関する状態量を検出するセンサであればＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）やＨ₂センサ，ＨＣセンサ等のガスセンサを適用してもよい。
ここで、図２は触媒６が還元被毒（ＣＯ被毒）したとき（即ち、触媒が劣化したとき）のＯ₂センサ３ａの出力値及び触媒下流の排気空燃比を示す図である。図中において線ａはＮＯ_X排出量（ｐｐｍ）、線ｂはＯ₂センサ３ａの出力値（Ｖ）、線ｃは触媒６の下流における排気空燃比である。
【００１９】
この図からも、触媒６の還元被毒（ＣＯ被毒）の度合い（即ち、触媒の劣化の度合い：触媒の劣化レベル）は、触媒下流のＯ₂センサ値又は排気空燃比に対応していることがわかる。
本発明はこのような点に着目したものである。つまり、触媒６の上流の排気空燃比を周期的に変動させている運転状態〔例えば、触媒６の上流のＯ₂センサ（図示省路）からの検出情報に基づいてフィードバック制御を行なうストイキオ運転モード時〕において、触媒６の下流の排気空燃比が所定の還元雰囲気であるとき、Ｏ₂センサ３ａの出力（又は、排気空燃比）の振幅は、触媒の劣化レベルに対応していることになるので、この振幅の大きさにより触媒６の劣化状態を判定する。
【００２０】
なお、空燃比制御手段２０１は、触媒上流の排気空燃比に相関する状態量を検出する排気センサ（上述した図示しないＯ₂センサ）と触媒下流に設けられたＯ₂センサ３ａとの出力に基づいて空燃比をストイキオ近傍にフィードバック制御するようにしても良い。
本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置は上述のように構成されているので、以下の条件が成立すると、図３に示すようなフローチャートに基づいて空燃比が制御される。まず、制御実行条件について説明すると、排気空燃比が振幅（パータベーション）していることが前提となる。パータベーションは、触媒６の上流側Ｏ₂センサ又は下流側Ｏ₂センサ３ａの出力値をフィードバックしても良いし、Ｏ／Ｌ（オープンループ制御）で行なってもよい。
【００２１】
そして、上記の条件が成立すると、ステップＳ１においてＯ₂センサ３ａからの情報によりＯ₂センサ値の振幅及びＯ₂センサ値の変化（変化率）が取り込まれる。
Ｏ₂センサ値の振幅は、（Ｏ₂センサ出力値の最大値−Ｏ₂センサ出力値の最小値）として求めることができる。この振幅は１サイクル毎に求めても良いし、所定期間（又は所定サイクル間）の最大値あるいは平均値としてもよい。
【００２２】
また、Ｏ₂センサ値の変化は、所定期間（又は所定サイクル間）の変化量として求めてもよいし、あるいは、所定期間（又は所定サイクル間）の平均的なＯ₂センサ値の変化量として求めてもよい。平均的なＯ₂センサ値としては、例えばフィルタリングした値、又は移動平均した値を用いることができる。または、所定区間（所定期間×所定回数）の平均変化量としてもよい。
【００２３】
さらには、Ｏ₂センサ変化は下式により求めても良い。
【００２４】
【数１】

なお、上記最大値，最小値及びＯ₂センサ変化は１サイクル毎に求めても良いし、所定期間（又は所定サイクル間）の最大値あるいは平均値としてもよい。
【００２５】
次に、ステップＳ２に進み、Ｏ₂センサ出力値の変化が所定値１／所定値２（所定値１≧所定値２）よりも大きいか否かが判定される。この判定は、リーン運転以外の運転状態（ｗ／ｏリーン）後、Ｏ₂センサ値の変化が所定値１よりも大きくなって、その後所定値２以下となったか否かを判断するものであり、還元被毒可能な状態となったか否かを判定するものである。Ｏ₂センサ出力値の変化が所定値１／所定値２よりも大きいと、還元被毒可能な状態となったとする。そして、還元被毒可能な状態が検出されなければ、それ以降の制御は実行されない。
【００２６】
なお、上記の判定手法に代えて、Ｏ₂センサ出力値＞所定値（例えば、０．５５Ｖ）か否かを判定してもよい。この場合、Ｏ₂センサ出力値＞所定値ならば還元被毒可能な状態（即ち、還元雰囲気）となったと判定する。
上記ステップＳ２でＹＥＳの場合、ステップＳ４に進み、Ｏ₂センサ３ａの感度が判定され、感度が高いと判定されるとリターンし、そうでなければステップＳ６に進む。
【００２７】
ここで、例えばＯ₂センサ出力値＞所定値（例えばO.６Ｖ）であれば、感度が高いと判定される。これは、センサにもよるが、多くの場合、Ｏ₂センサ出力値が所定値（例えばO.６Ｖ）以下では、空燃比に対するＯ₂センサ出力値の変化量が上記所定値以上とでは大きく異なる〔すなわち、空燃比に対するＯ₂センサ出力値の特性が線形ではなく所定値（例えば０．６Ｖ）近傍を境に異なる〕ことから、振幅値を同一レベルでは比較制御できないためである。
【００２８】
なお、上記所定値は、Ｏ₂センサ３ａの劣化度合いに応じて補正してもよい。また、Ｏ₂センサ３ａの出力値に応じてＯ₂センサ振幅を補正する場合〔例えば振幅＝実振幅＊補正係数（Ｏ₂センサ出力のマップより設定される）〕、あるいは、ストイキオ近傍のＯ₂センサ感度（出力ｖｓＡ／Ｆ）特性が略均一の場合は、ステッブＳ４を省略しても良い。
【００２９】
また、ステップＳ４からステップＳ６に進んだ場合には、Ｏ₂センサ振幅が所定値３よりも大きいか否かが判定されて、所定値３よりも大きければステップＳ３に進んで触媒劣化判定が行なわれる。
また、Ｏ₂センサ振幅が所定値３以下の場合には、ステップＳ６からステップＳ７に進み、Ｏ₂センサ変化が正の所定値４よりも大きいか否かが判定される。ここで、Ｏ₂センサ変化が所定値４よりも大きければ、やはりステップＳ３に進んで触媒劣化判定が行なわれる。
【００３０】
また、Ｏ₂センサ変化が所定値４以下の場合には、リターンする。
また、上記のステップＳ６，ステップＳ７は上記の順番に限定されるものではなく、適宜入れ替えてもよい。
また、ステップＳ２に直列に触媒温度（又は排気温度）の高温判定（触媒温度が所定温度以上であるかどうかの判定）を実行するようにすることでさらに精度が向上する。これは、触媒温度（触媒の活性度合）によって還元被毒レベルとＯ₂センサ３ａの出力値との関係も異なってくるためである。この時の触媒温度は、触媒温度センサ３ｂによって検出した値を基に求めればよい。
【００３１】
以上詳述したように、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒６の上流の排気空燃比が周期的に変動している状態で触媒６の下流の排気空燃比が所定の還元雰囲気であるときのＯ₂センサ３ａの出力値の振幅は、触媒６の還元被毒レベルに対応していることに着目して、この振幅の大きさにより正確に触媒６の劣化を検出できるという利点がある。
【００３２】
なお、上述の判定制御において、パータベーション時の燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）は、トルク差が生じないように設定してもよい。例えば、空燃比を矩形波でパータベーションする場合、第１Ａ／Ｆ（リーン側）と第２Ａ／Ｆ（リッチ側）とをトルク差が生じないように予め設定する。この場合、点火時期の変更等の制御を併用しても良い。
【００３３】
また、このときの排気空燃比をＡＦ１，ＡＦ２とし、ＡＦ１をリーン側，ＡＦ２をリッチ側とした場合、ＡＦ１−理論空燃比＞理論空燃比−ＡＦ２となるように、すなわち、理論空燃比からの還元雰囲気化度合いよりも酸化雰囲気化度合いを大きくするのが好ましい。また、三角波でパータベーションする場合も同様である。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置について説明すると、この第２実施形態は、上記第１実施形態に対して判定制御のステップの一部のみが異なっている。したがって、以下では、第１実施形態と異なる部分について着目して説明する。
図４に示すように、本第２実施形態では制御が簡略化されており、実質的には、第１実施形態のステップＳ７が省略されたものである。すなわち、ステッブＳ１１でエンジンの運転状態がリーン運転時以外（ｗ／ｏリーン）であると判定されると、ステップＳ１２に進んで、Ｏ₂センサ値が判定値１（例えば０．６Ｖ）よりも大きいか否かが判定される。このとき、判定値１よりも小さければリターンし、そうでなければ、ステップＳ１４に進む。つまり、Ｏ₂センサ出力値の大きさから還元被毒可能な状態（即ち、還元雰囲気）にあるか否かを判定しており、Ｏ₂センサ出力値＞所定値ならば還元被毒可能な状態（即ち、還元雰囲気）となったと判定し、ステップＳ１４に進む。
【００３５】
また、ステップＳ１４に進むと、Ｏ₂センサ３ａの振幅値が算出される。このとき、振幅値はリアルタイム値を用いても良いし、平均的な値を用いてもよい。そして、ステップＳ１５に進み、Ｏ₂センサ振幅が所定値よりも大きいか否かが判定されて所定値よりも大きければ、ステップＳ１６に進み触媒劣化と判定する。
【００３６】
そして、このような構成により、本発明の第２実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置では、上述の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本発明の実施形態は、上述のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
また、例えば、複数の触媒が排気系に設置されている場合には、各触媒のうち、触媒の下流に少なくとも１つ以上のＯ₂センサを設けて本発明を適用すればよい。
【００３７】
上記実施形態では、触媒上流のＯ₂センサの検出値に基づいて空燃比をＯ₂フィードバック制御して、排気空燃比を周期的に変動させているが、Ａ／Ｆ強制変調制御等によりＡ／Ｆ制御する場合は触媒上流のＯ₂センサを用いずに排気空燃比を周期的に変動させることもできる。この場合、触媒上流のＯ₂センサを要しないで触媒の劣化判定を行うことのできる本装置のコスト上のメリットをより有効に発揮することができる。
【００３８】
また、上記実施形態のように触媒の上流のＯ₂センサを使用し空燃比をＯ₂フィードバック制御して排気空燃比を周期的に変動させる場合でも、上流のＯ₂センサは、触媒劣化検出に使用する必要はなく、排気空燃比を周期的に変動させるのに用いるだけなので、必要最低限の精度の先さでよく、より簡素化されたセンサを使用することができる。これによって、システムの簡素化とともにコスト低減にもつなげることができる。
【００３９】
なお、触媒下流Ｏ₂センサが２つ以上ある場合には、運転条件によって使用するＯ₂センサを切り換えるようにしても良い。
また、本装置を適用しうる排気浄化触媒は、上記実施形態のような三元触媒だけでなく、吸蔵型ＮＯ_X触媒にも適用することができる。
例えば、図５（ａ）に示すように、ＵＣＣ（床下触媒）として、触媒ケース内に上流側から三元触媒６ａ，吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂ，三元触媒６ｃの順に設置された構成のものにおいて、上流側の三元触媒６ａ及び吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂの劣化を判定するには、吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂの直下流側（下流側の三元触媒６ｃよりも上流側）に触媒下流Ｏ₂センサ３ａを設置して、この触媒下流Ｏ₂センサ３ａの検出情報を利用して上記実施形態と同様に判定することができる。
【００４０】
また、例えば、図５（ｂ）に示すように、ＵＣＣ（床下触媒）として、触媒ケース内に上流側から吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂ、三元触媒６ｃが設置されたものにおいて、吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂの劣化を判定するには、吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｂの直下流側（下流側の三元触媒６ｃよりも上流側）に触媒下流Ｏ₂センサ３ａを設置すればよい。
【００４１】
なお、吸蔵型ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵能力の劣化を検知するメカニズムは、次のようなものであると推定される。吸蔵型ＮＯ_X触媒に把持している貴金属の劣化により酸化機能(三元機能)が劣化してくると、ＮＯをＮＯ₂へ酸化する機能も劣化し、吸蔵型ＮＯ_X触媒は吸蔵剤(バリウム，カリウム，ナトリウム等のアルカリ金属，アルカリ土類鋼)にＮＯ_Xを吸蔵できなくなる。これは、吸蔵型ＮＯ_X触媒はＮＯをＮＯ₂の形にしてから吸蔵剤に吸蔵するためである。そのため、上記実施形態と同様に三元触媒の三元機能（酸化機能）の劣化を検出する方法と同じ方法で、吸蔵型ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵能力の劣化を検出できる。
【００４２】
さらに、図５（ｂ）に示すように、このＵＣＣ（床下触媒）の上流側に、ＦＣＣ（フロント触媒）６ｄ又はＭＣＣ（エキマニ触媒）６ｅをそなえたものでは、触媒温度センサ３ｂをＦＣＣ（フロント触媒）６ｄ又はＭＣＣ（エキマニ触媒）６ｅの上流側に設置してもよい。
また、例えば、図５（ｃ）に示すように、ＵＣＣ（床下触媒）として、触媒ケース内に上流側から三元触媒６ｃ、三元触媒機能一体型吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｆをそなえたものにおいて、三元触媒６ａ及び三元触媒機能一体型吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｆの劣化を判定するには、三元触媒機能一体型吸蔵型ＮＯ_X触媒６ｆの直下流側に触媒下流Ｏ₂センサ３ａを設置すればよい。
また、よリ確実に触媒の劣化を判定するために、一旦、還元被毒からの再生を行った後に、触媒の劣化判定を行うようにしてもよい。具体的には、第１実施形態においては、ステップＳ３の前に、まず排気空燃比をリーン方向に補正し、触媒の還元被毒からの再生を試みる。その後に、ステップＳ３において触媒劣化判定を行い、触媒劣化と判定されなければ再生により還元被毒は解消したということであり、還元被毒度合いはまだ大きくなく触媒劣化度合いは小さいと考え、そのままリターンヘ戻る。一方、ステップＳ３において触媒劣化と判定されれば、再生によっても還元被毒は解消しなかったということであり、還元被毒度合いは大きく確実に触媒劣化と判断できる。同様に、第２実施形態においては、ステップＳ１６の前で、一旦、排気空燃比のリーン化補正を行った後に、触媒劣化判定を行えばよい。
【００４３】
また、還元被毒の影響が大きい触媒の上流にさらに触媒が配置されている場合には、上流触媒として酸素ストレージ能力がない、もしくは弱い触媒を用い、下流の触媒に対しては酸素ストレージ能力を強化するように構成すると、排気センサの出力の振幅と還元被毒の相関がより強くなり、より好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気浄化触媒の劣化判定装置によれば、触媒上流の排気空燃比を周期的に変動させている状態で触媒下流の排気空燃比が所定の還元雰囲気であるときの排気センサ出力の振幅は、触媒の還元被毒レベルに対応していることに着目して、Ｏ₂センサ等の排気センサを触媒の前後にそれぞれ必須とすることなく、低コストで簡素なシステムにより内燃機関の排気浄化触媒の劣化を検出することができるようになる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明を創案する過程で得られた排気系の特性を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化触媒の劣化判定装置の作用を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる排気浄化触媒の劣化判定装置の作用を説明するフローチャートである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の適用しうる他の排気浄化触媒の配置構成を示す図である。
【符号の説明】
３排気通路
３ａ排気センサ
６，６ａ〜６ｆ排気浄化触媒
２０１空燃比制御手段
２０２触媒劣化判定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification catalyst deterioration determination device provided in an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a three-way catalyst is widely known as a system for purifying exhaust gas of an internal combustion engine. In such a three-way catalyst, along with the durability deterioration, NO _X purification efficiency is deteriorated. Especially when FCC (front catalyst) and UCC (underfloor catalyst) are attached to the exhaust system, or when MCC (exhaust manifold catalyst) and UCC (underfloor catalyst) are attached to the exhaust system, NO _X Deterioration of purification efficiency appears remarkably.
[0003]
By adjusting the average value of the air-fuel ratio (hereinafter referred to as average A / F), NO _x , CO, and THC can all be in good purification performance, but the optimum A / F has a narrow allowable range. Since it varies depending on the deterioration state of the catalyst, it is difficult to obtain it in advance using a map or the like. For example, in a catalyst having a different deterioration state, the average A / F for purifying NO _x most efficiently is also different.
[0004]
This is mainly due to the following reasons. That is, CO flows in a rich atmosphere, but since there is almost no oxygen, CO poisoning of the catalyst occurs and the catalyst performance deteriorates. CO poisoning occurs due to a delicate balance such as CO adsorption and CO desorption (or oxidation), and the CO poisoning state varies depending on the deterioration state of the catalyst.
In addition to CO poisoning, the NO _x purification efficiency may be reduced due to the inactivation of the water gas reaction due to the inactivation of Ce (CeO ₂ + CO → Ce ₂ O ₃ + CO ₂ ) in addition to CO poisoning.
[0005]
CO + H ₂ O → H ₂ + CO ₂
2NO + 2H ₂ → N ₂ + 2H ₂ O
The deterioration of catalyst performance in these reducing atmospheres is hereinafter referred to as reducing poisoning.
In particular, in a lean-burn engines such as direct injection engines in gasoline tube, since the three-way catalyst during the lean operation to lower the NO _X purification efficiency, greatly affected by deterioration of the NO _X purification efficiency, reduction of the NO _X emissions It is a challenge, because of the NO _X emission reduction during the lean continuous rolling, for example attached by adding NO _X catalyst such occlusion-type NO _X catalyst in the three-way catalyst technology has been developed. Of course, such NO _x catalyst also deteriorates in durability.
[0006]
Since the exhaust gas purification ability and the exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst or occlusion-type NO _X catalyst is deteriorated it is reduced, if the catalyst is deteriorated (once the exhaust purifying capability decreases) operated by the lighting of the engine check lamp It is necessary to warn the person and replace the catalyst. In order to properly manage the exhaust purification catalyst without waste, it is necessary to detect catalyst deterioration.
[0007]
As a conventional general method for detecting catalyst deterioration, there is known a method in which an O ₂ sensor (oxygen concentration sensor) is mounted on each of the upstream side and the downstream side of the catalyst and the amplitude or frequency of the O ₂ sensor is compared. It has been.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional general method for detecting catalyst deterioration as described above requires O ₂ sensors on both the upstream side and the downstream side of the catalyst. When the air-fuel ratio is controlled by O ₂ feedback, an O ₂ sensor is provided on the upstream side of the catalyst. However, when A / F control is performed by A / F forced modulation control or the like, the O ₂ sensor upstream of the catalyst is not necessary. In this case, it is necessary to provide a new O ₂ sensor upstream of the catalyst only for detecting the catalyst deterioration, resulting in an increase in cost.
[0009]
Further, in the conventional general method as described above, since the upstream and downstream O ₂ sensor signals are simultaneously compared and used, the upstream sensor has the same signal level as the downstream sensor, If the sensor is not accurate enough to detect the catalyst deterioration, there is a risk of erroneous determination.
The present invention has been devised in view of such problems, and it is possible to detect the deterioration of the exhaust purification catalyst of the internal combustion engine by a low-cost and simple system without requiring a plurality of exhaust sensors such as an O ₂ sensor. An object of the present invention is to provide a deterioration determination device for an exhaust purification catalyst.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the exhaust purification catalyst deterioration determination device of the present invention, the exhaust air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine is periodically changed by the air-fuel ratio control means, and is placed downstream of the catalyst. A state quantity correlated with the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is detected by an exhaust sensor provided, and the air-fuel ratio control means causes the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst to become a reducing atmosphere by the catalyst deterioration determination means. in operating conditions that are periodically fluctuating exhaust air-fuel ratio of the upstream side, based on the output of the exhaust sensor is a predetermined reducing atmosphere exhaust air-fuel ratio of the catalyst downstream to allow reduction poisoning the catalyst Is determined so as to determine the deterioration state of the catalyst based on the amplitude of the output of the exhaust sensor. Thereby, it is possible to determine the deterioration of the catalyst by a low-cost and simple system without requiring a plurality of exhaust sensors.
It is preferable that the air-fuel ratio control means execute the periodic fluctuation of the upstream exhaust air-fuel ratio by either open loop control or feedback control based on the output of the exhaust sensor.
The catalyst deterioration determination means sets the catalyst in a state capable of reducing poisoning depending on whether the change in the output value of the exhaust sensor is a predetermined value or more, or whether the output value of the exhaust sensor is a predetermined value or more. It is preferable to determine whether or not the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is a predetermined reducing atmosphere when the catalyst is in a state capable of reducing poisoning.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an exhaust purification catalyst deterioration determination apparatus according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, this apparatus is applied here to a direct injection internal combustion engine. The cylinder injection type internal combustion engine will be briefly described. An intake passage 2 is connected to the combustion chamber 1 via an intake valve 4, and an exhaust passage 3 is connected to the combustion chamber 1 via an exhaust valve 5.
[0012]
The intake passage 2 includes an air cleaner 2a, an air flow sensor (AFS) 2b for detecting the intake air amount, a throttle valve 2c for controlling the intake air amount, and a throttle position sensor (TPS) 2d for detecting the opening of the throttle valve 2c. Etc. are provided. Also, in the exhaust passage 3, a three-way catalyst as an exhaust purification catalyst (hereinafter, simply referred to as catalyst) 6 is provided on the downstream side of the catalyst 6, O ₂ for detecting the O ₂ concentration in the exhaust gas A sensor (exhaust sensor) 3a and the like are provided. Although not shown, an O ₂ sensor is also provided on the upstream side of the catalyst 6.
[0013]
An injector 8 is disposed in the combustion chamber 1 with its opening facing the combustion chamber 1 so as to inject fuel directly into the combustion chamber 1. With such a configuration, the air sucked through the air cleaner 2a according to the opening degree of the throttle valve 2c is sucked into the combustion chamber 1 through the intake passage 2 and the intake valve 4, and a signal from the ECU (control means) 20 is obtained. Based on the above, it is mixed with the fuel injected from the injector 8. After the ignition plug 7 is ignited at an appropriate timing in the combustion chamber 1 and the air-fuel mixture is combusted, the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 1 to the exhaust passage 3 through the exhaust valve 5. After purification, the sound is silenced by a muffler (not shown) and discharged.
[0014]
In addition to the above-described AFS 2b, TPS 2d, O ₂ sensor 3a, and catalyst temperature sensor 3b, this engine includes, for example, a crank angle detector 9a attached to the crankshaft 9 and a water jacket 1b in the cylinder block. Various sensors such as a cooling water temperature sensor 1c that is inserted in and detects the cooling water temperature of the engine are provided, and detection information from these sensors is sent to the ECU 20.
[0015]
Here, in the cylinder injection engine, the intake air is generated as a longitudinal vortex flow (reverse tumble flow) in the combustion chamber 1 to collect a small amount of fuel in the vicinity of the spark plug 7 and stratify and burn it. Combustion at an extremely lean air-fuel ratio (lean combustion) is possible, and as a mode of fuel injection, a lean operation mode in which operation is performed under an air-fuel ratio leaner than stoichio, and the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio ( The stoichiometric operation mode in which feedback control is performed based on the detection information from the O ₂ sensor (not shown in the figure) on the upstream side of the catalyst 6 and the air / fuel ratio is richer than stoichio A rich operation mode is provided.
[0016]
Such an operation mode is selected by the ECU 20 according to the operation state. That is, the ECU 20 calculates the engine load Pe and the engine rotation speed Ne (operation state) based on the detection information of the TPS 2d and the crank angle detection means 9a, and sets the engine operation mode according to the operation state. As the engine load Pe and the engine speed Ne increase, the operation mode is set in the order of lean operation, stoichiometric operation, and rich operation.
[0017]
Next, the configuration of the main part of the apparatus will be described.
The ECU 20 is provided with air-fuel ratio control means 201 that periodically changes the exhaust air-fuel ratio A / F upstream of the catalyst 6 and catalyst deterioration determination means 202 that determines the deterioration state of the catalyst 6. Then, the catalyst degradation determination unit 202, the O ₂ sensor (exhaust gas sensor) on the basis of the detection information from 3a, the O ₂ sensor 3a when the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst 6 is judged to be a predetermined reducing atmosphere The deterioration state of the catalyst 6 is determined according to the magnitude of the amplitude of the output from.
[0018]
The exhaust sensor 3a on the downstream side of the catalyst 6 is not limited to the O ₂ sensor, and any A / F sensor (empty sensor) can be used as long as it detects a state quantity correlated with the exhaust air / fuel ratio downstream of the catalyst 6. A gas sensor such as a fuel ratio sensor, an H ₂ sensor, or an HC sensor may be applied.
Here, FIG. 2 is a diagram showing the output value of the O ₂ sensor 3a and the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst when the catalyst 6 is reduced and poisoned ( CO poisoning) (that is, when the catalyst is deteriorated). In the figure, line a is the NO _x emission amount (ppm), line b is the output value (V) of the O ₂ sensor 3a, and line c is the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst 6.
[0019]
Also from this figure, the degree of reduction poisoning ( CO poisoning) of the catalyst 6 (that is, the degree of catalyst deterioration: the catalyst deterioration level) corresponds to the O ₂ sensor value downstream of the catalyst or the exhaust air-fuel ratio. I understand that.
The present invention focuses on these points. That is, an operating state in which the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst 6 is periodically changed [for example, stoichiometric operation mode in which feedback control is performed based on detection information from an O ₂ sensor (not shown) upstream of the catalyst 6. When the exhaust air / fuel ratio downstream of the catalyst 6 is a predetermined reducing atmosphere, the amplitude of the output (or exhaust air / fuel ratio) of the O ₂ sensor 3a corresponds to the deterioration level of the catalyst. Therefore, the deterioration state of the catalyst 6 is determined based on the magnitude of this amplitude.
[0020]
The air-fuel ratio control means 201 is based on the outputs of an exhaust sensor (not shown O ₂ sensor described above) that detects a state quantity correlated with the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst and the O ₂ sensor 3 a provided downstream of the catalyst. Then, the air-fuel ratio may be feedback controlled in the vicinity of stoichiometric.
Since the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the air-fuel ratio is controlled based on the flowchart shown in FIG. 3 when the following conditions are satisfied. First, the control execution condition will be described based on the premise that the exhaust air-fuel ratio has an amplitude (perturbation). The perturbation may be performed by feeding back the output value of the upstream O ₂ sensor or the downstream O ₂ sensor 3a of the catalyst 6 or by O / L (open loop control).
[0021]
When the above conditions are satisfied, changes in amplitude and O ₂ sensor value of the O ₂ sensor value based on information from the O ₂ sensor 3a (rate of change) is taken in step S1.
The amplitude of the O ₂ sensor value can be determined as (O ₂ minimum value for the maximum value -O ₂ sensor output value of the sensor output value). This amplitude may be obtained every cycle, or may be a maximum value or an average value during a predetermined period (or between predetermined cycles).
[0022]
The change of the O ₂ sensor value may be calculated as a change amount of a predetermined time period (or between a predetermined cycle), or between the predetermined period (or a predetermined cycle to cycle) average variation of the O ₂ sensor value You may ask as. As the average O ₂ sensor value, for example, a filtered value or a moving average value can be used. Or it is good also as an average variation | change_quantity of a predetermined area (predetermined period x predetermined number of times).
[0023]
Furthermore, the O ₂ sensor change may be obtained by the following equation.
[0024]
[Expression 1]

The maximum value, the minimum value, and the O ₂ sensor change may be obtained every cycle, or may be a maximum value or an average value during a predetermined period (or between predetermined cycles).
[0025]
Next, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the change in the O ₂ sensor output value is larger than a predetermined value 1 / predetermined value 2 (predetermined value 1 ≧ predetermined value 2). This determination is made to determine whether or not the change in the O ₂ sensor value has become greater than the predetermined value 1 after the operation state (w / o lean) other than the lean operation, and thereafter has become the predetermined value 2 or less. It is determined whether or not reduction poisoning is possible. When the change in the O ₂ sensor output value is larger than the predetermined value 1 / predetermined value 2, it is assumed that the reduction poisoning is possible. And if the state which can be reduced and poisoned is not detected, subsequent control will not be performed.
[0026]
Instead of the determination method described above, it may be determined whether or not O ₂ sensor output value> predetermined value (for example, 0.55 V). In this case, if the O ₂ sensor output value> predetermined value, it is determined that the reduction poisoning is possible (that is, a reducing atmosphere).
If YES in step S2, the process proceeds to step S4, where the sensitivity of the O ₂ sensor 3a is determined. If it is determined that the sensitivity is high, the process returns; otherwise, the process proceeds to step S6.
[0027]
Here, for example, if O ₂ sensor output value> predetermined value (eg, O.6V), it is determined that the sensitivity is high. Although this depends on the sensor, in many cases, when the O ₂ sensor output value is a predetermined value (for example, O.6 V) or less, the change amount of the O ₂ sensor output value with respect to the air-fuel ratio is greatly different from the predetermined value or more. [In other words, the characteristic of the O ₂ sensor output value with respect to the air-fuel ratio is not linear but differs around a predetermined value (for example, 0.6 V), and therefore, the amplitude value cannot be compared and controlled at the same level.
[0028]
The predetermined value may be corrected according to the degree of deterioration of the O ₂ sensor 3a. Further, when the O ₂ sensor amplitude is corrected according to the output value of the O ₂ sensor 3a [for example, amplitude = actual amplitude * correction coefficient (set from the O ₂ sensor output map)], or O _{2 in the} vicinity of stoichio. If the sensor sensitivity (output vs. A / F) characteristic is substantially uniform, step S4 may be omitted.
[0029]
Further, when the process proceeds from step S4 to step S6, it is determined whether or not the O ₂ sensor amplitude is larger than a predetermined value 3. If the O ₂ sensor amplitude is larger than the predetermined value 3, the process proceeds to step S3 to determine catalyst deterioration. It is.
On the other hand, when the O ₂ sensor amplitude is equal to or smaller than the predetermined value 3, the process proceeds from step S6 to step S7, and it is determined whether or not the O ₂ sensor change is larger than the positive predetermined value 4. Here, if the O ₂ sensor change is larger than the predetermined value 4, the routine also proceeds to step S3 to determine the catalyst deterioration.
[0030]
If the O ₂ sensor change is less than or equal to the predetermined value 4, the process returns.
Moreover, said step S6 and step S7 are not limited to said order, You may replace suitably.
Further, the accuracy is further improved by performing a high temperature determination (determination as to whether the catalyst temperature is equal to or higher than the predetermined temperature) of the catalyst temperature (or exhaust temperature) in series with step S2. This is because the relationship between the reduction poisoning level and the output value of the O ₂ sensor 3a varies depending on the catalyst temperature (the degree of activity of the catalyst). The catalyst temperature at this time may be obtained based on the value detected by the catalyst temperature sensor 3b.
[0031]
As described above in detail, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the exhaust gas downstream of the catalyst 6 while the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst 6 periodically varies. Focusing on the fact that the amplitude of the output value of the O ₂ sensor 3 a when the air-fuel ratio is a predetermined reducing atmosphere corresponds to the reduction poisoning level of the catalyst 6, the magnitude of this amplitude accurately determines the catalyst 6. There is an advantage that it is possible to detect the deterioration of.
[0032]
In the determination control described above, the combustion air-fuel ratio (A / F) at the time of perturbation may be set so as not to cause a torque difference. For example, when perturbing the air-fuel ratio with a rectangular wave, the first A / F (lean side) and the second A / F (rich side) are set in advance so as not to cause a torque difference. In this case, control such as changing the ignition timing may be used in combination.
[0033]
Further, when the exhaust air-fuel ratio at this time is AF1, AF2, AF1 is on the lean side, and AF2 is on the rich side, AF1-theoretical air-fuel ratio> theoretical air-fuel ratio-AF2, that is, from the stoichiometric air-fuel ratio. It is preferable to make the degree of oxidizing atmosphere greater than the degree of reducing atmosphere. The same applies to the case of perturbation with a triangular wave.
[0034]
Next, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment differs from the first embodiment only in part of the determination control step. Accordingly, the following description will be focused on differences from the first embodiment.
As shown in FIG. 4, control is simplified in the second embodiment, and step S7 of the first embodiment is substantially omitted. That is, if it is determined in step S11 that the engine operating state is other than the lean operation (w / o lean), the process proceeds to step S12, and the O ₂ sensor value is higher than the determination value 1 (eg, 0.6 V). It is determined whether it is larger. At this time, if it is smaller than the judgment value 1, the process returns. Otherwise, the process proceeds to step S14. That, O ₂ reduction poisoned ready from the size of the sensor output value (i.e., a reducing atmosphere) and determines whether it is in, O ₂ sensor output value> reduction poisoned ready if the predetermined value It is determined that (reducing atmosphere) has been reached, and the process proceeds to step S14.
[0035]
In step S14, the amplitude value of the O ₂ sensor 3a is calculated. At this time, the amplitude value may be a real-time value or an average value. Then, the process proceeds to step S15, where it is determined whether or not the O ₂ sensor amplitude is greater than a predetermined value, and if it is greater than the predetermined value, the process proceeds to step S16 and it is determined that the catalyst has deteriorated.
[0036]
With such a configuration, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention can obtain the same effects as those of the first embodiment described above.
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In addition, for example, when a plurality of catalysts are installed in the exhaust system, the present invention may be applied by providing at least one O ₂ sensor downstream of the catalyst among the catalysts.
[0037]
In the above embodiment, the air-fuel ratio is O ₂ feedback controlled based on the detection value of the O ₂ sensor upstream of the catalyst, and the exhaust air-fuel ratio is periodically changed. In the case of F control, the exhaust air-fuel ratio can be periodically changed without using the O ₂ sensor upstream of the catalyst. In this case, it is possible to more effectively exhibit the cost advantage of the present apparatus that can determine the deterioration of the catalyst without requiring an O ₂ sensor upstream of the catalyst.
[0038]
Further, even when the air-fuel ratio using the O ₂ sensor upstream of the catalyst with O ₂ feedback control to vary the exhaust air-fuel ratio periodically as in the above embodiment, the upstream O ₂ sensor is in the catalyst deterioration detection It is not necessary to use it, and it is only used for periodically changing the exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is sufficient to use the tip with the minimum accuracy, and a more simplified sensor can be used. This can lead to simplification of the system and cost reduction.
[0039]
If there are two or more catalyst downstream O ₂ sensors, the O ₂ sensor to be used may be switched depending on the operating conditions.
The exhaust gas purifying catalyst that can be applied to this device, not only the three-way catalyst as in the above embodiment can be applied to the occlusion-type NO _X catalyst.
For example, as shown in FIG. 5 (a), as UCC (underfloor catalyst), those from the upstream side in the catalyst case the three-way catalyst 6a, occlusion-type NO _X catalyst 6b, the installed configuration in the order of the three-way catalyst 6c in, to determine the deterioration of the upstream side of the three-way catalyst 6a and occlusion-type NO _X catalyst 6b, the catalyst downstream immediately downstream of the occlusion-type NO _X catalyst 6b (upstream of the three-way catalyst 6c on the downstream side) the O ₂ sensor 3a installed can be determined in the same manner as the above embodiment by using the detection information of the catalyst downstream O ₂ sensor 3a.
[0040]
Further, for example, as shown in FIG. 5 (b), as the UCC (underfloor catalyst), occlusion-type NO _X catalyst 6b from the upstream side in the catalyst casing, in which the three-way catalyst 6c is installed, occlusion-type NO _X In order to determine the deterioration of the catalyst 6b, the catalyst downstream O ₂ sensor 3a may be installed immediately downstream of the storage type NO _x catalyst 6b (upstream of the downstream three-way catalyst 6c).
[0041]
Incidentally, the mechanism for detecting the deterioration of _the NO _X storage capability of the occlusion-type NO _X catalyst is estimated to be as follows. When oxidation function by degradation of the noble metal that is grasped occlusion-type NO _X catalyst (three-way function) deteriorates, the ability to oxidize NO to NO ₂ is also deteriorated, occlusion-type NO _X catalyst storage agent (barium , potassium, can not absorb NO _X in the alkali metal, alkaline earth steel) such as sodium. This is because the storage-type NO _x catalyst stores NO in the storage agent after making NO into the NO ₂ form. Therefore, in the same manner as the method of detecting the deterioration of the three-way function of the three-way catalyst in the same manner as the above embodiment (oxidation function), it can detect the deterioration of _the NO _X storage capability of the occlusion-type NO _X catalyst.
[0042]
Further, as shown in FIG. 5B, in the case where an FCC (front catalyst) 6d or MCC (exhaust manifold catalyst) 6e is provided upstream of the UCC (underfloor catalyst), the catalyst temperature sensor 3b is connected to the FCC (front catalyst). (Catalyst) 6d or MCC (exhaust manifold catalyst) 6e upstream.
Further, for example, as shown in FIG. 5 (c), as UCC (underfloor catalyst), the three-way catalyst 6c from the upstream side in the catalyst casing, in that includes a three-way catalytic function integrated occlusion-type NO _X catalyst 6f and it determines the deterioration of the three-way catalyst 6a and three way catalyst functions integrated occlusion-type NO _X catalyst 6f, the catalyst downstream O ₂ sensor 3a immediately downstream of the three-way catalyst function integrated occlusion-type NO _X catalyst 6f Install it.
Further, in order to more reliably determine the deterioration of the catalyst, the deterioration of the catalyst may be determined after regenerating from the reduction poisoning. Specifically, in the first embodiment, before step S3, first, the exhaust air-fuel ratio is corrected in the lean direction, and regeneration from the reduction poisoning of the catalyst is attempted. After that, in step S3, the catalyst deterioration is determined. If it is not determined that the catalyst is deteriorated, it means that the reduction poisoning has been eliminated by regeneration. The reduction poisoning degree is still not large and the catalyst deterioration degree is small. Return. On the other hand, if it is determined in step S3 that the catalyst has deteriorated, it means that the reduction poisoning has not been eliminated by the regeneration, and the degree of reduction poisoning can be determined to be large and surely the catalyst deterioration. Similarly, in the second embodiment, the catalyst deterioration determination may be performed after the lean air-fuel ratio correction is once performed before step S16.
[0043]
In addition, when a catalyst is further arranged upstream of a catalyst that is greatly affected by reduction poisoning, an oxygen storage capacity is not used as the upstream catalyst or a weak catalyst is used, and an oxygen storage capacity is not provided for the downstream catalyst. If it is configured so as to strengthen, the correlation between the amplitude of the exhaust sensor output and the reduction poisoning becomes stronger, which is more preferable.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the exhaust purification catalyst deterioration determination device of the present invention, the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is in a predetermined reducing atmosphere while the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst is periodically varied. Focusing on the fact that the amplitude of the exhaust sensor output corresponds to the reduction poisoning level of the catalyst, the exhaust sensor such as an O ₂ sensor is not necessary before and after the catalyst, and is simple and low-cost. There is an advantage that the deterioration of the exhaust purification catalyst of the internal combustion engine can be detected by the system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of an exhaust system obtained in the process of creating the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification catalyst deterioration determination device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of an exhaust purification catalyst deterioration determination device according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing the arrangement of other exhaust purification catalysts to which the present invention can be applied.
[Explanation of symbols]
3 exhaust passage

3a exhaust sensor

6, 6a-6f exhaust purification catalyst 201 air-fuel ratio control means 202 catalyst deterioration judgment means

Claims

An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Air-fuel ratio control means for periodically varying the exhaust air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst;
An exhaust sensor for detecting a state quantity correlated with the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst;
The air-fuel ratio control means, in the operating state the exhaust air-fuel ratio of the catalyst downstream is periodically varying the exhaust air-fuel ratio of the upstream side so that the reducing atmosphere, based on the output of the exhaust sensor, the catalyst Catalyst deterioration determination means for determining the deterioration state of the catalyst based on the amplitude of the output of the exhaust sensor when it is determined that the downstream exhaust air-fuel ratio is a predetermined reducing atmosphere that enables the catalyst to be reduced and poisoned ; An exhaust purification catalyst deterioration determination device comprising:

The air-fuel ratio control means executes the periodic fluctuation of the upstream exhaust air-fuel ratio by either open loop control or feedback control based on the output of the exhaust sensor. Item 2. An exhaust purification catalyst deterioration judging device according to Item 1.

The catalyst deterioration determination means sets the catalyst in a state capable of reducing poisoning depending on whether the change in the output value of the exhaust sensor is a predetermined value or more, or whether the output value of the exhaust sensor is a predetermined value or more. The exhaust gas purification according to claim 1 or 2, wherein it is determined whether or not the catalyst is in a state where the catalyst can be reduced and poisoned, and the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is determined to be a predetermined reducing atmosphere. Catalyst deterioration judgment device.