JP4636273B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒コンバータの劣化判定技術に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, to a deterioration determination technique for a catalytic converter.

車両に搭載された内燃機関の排気通路には一般に排気浄化用の触媒コンバータが介装されている。この種の触媒コンバータにおいては、触媒の有する酸素ストレージ能力が触媒性能と相関性が高いことから、触媒劣化検出方法として、この酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定する手法が広く採用されている。
このような触媒劣化検出方法では、触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において所定周期(例えば、空燃比フィードバック制御の変調周期)、所定振幅で変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流での排気空燃比の振幅が小さく或いは周期が長くなり、酸素ストレージ能力が低いと酸素は触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流での排気空燃比の振幅や周期が触媒上流側に対して殆ど変化しないという特性を利用して、触媒コンバータの劣化を判定している。例えば、触媒上下流にそれぞれ設けた酸素センサ(Oセンサ)からの酸素濃度出力値に基づいて劣化判定を行う場合は、触媒上下流間の出力周期比を検出し、この出力周期比を所定の基準値と比較することで、酸素ストレージ能力の低下、即ち触媒コンバータの劣化を判定している。
In general, a catalytic converter for purifying exhaust gas is interposed in an exhaust passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle. In this type of catalytic converter, the oxygen storage capacity of the catalyst has a high correlation with the catalyst performance, so as a catalyst deterioration detection method, the deterioration of the catalytic converter is judged by monitoring the change over time in this oxygen storage capacity. The method is widely adopted.
In such a catalyst deterioration detection method, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter is modulated with a predetermined period (for example, a modulation period of air-fuel ratio feedback control) and a predetermined amplitude between the lean air-fuel ratio and the rich air-fuel ratio, If the storage capacity is high, oxygen is stored in the catalytic converter, so the amplitude of the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst is small or the period is long, and if the oxygen storage capacity is low, oxygen is not stored in the catalytic converter so much. Therefore, the deterioration of the catalytic converter is judged using the characteristic that the amplitude and cycle of the exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst hardly change with respect to the upstream side of the catalyst. For example, when performing deterioration determination based on oxygen concentration output values from oxygen sensors (O 2 sensors) provided upstream and downstream of the catalyst, an output cycle ratio between the upstream and downstream of the catalyst is detected, and this output cycle ratio is set to a predetermined value. By comparing with the reference value, a decrease in oxygen storage capacity, that is, deterioration of the catalytic converter is determined.

一方、最近では、車両の減速中等において燃料供給を停止する所謂燃料カットを実施可能な車両が開発されている。このような車両では、燃料カットからの燃料復帰時において、NOxの排出抑制のために、上記酸素ストレージ機能によって触媒コンバータに吸蔵された酸素を除去(パージ)すべく、還元剤として燃料を多めに供給して空燃比を一時的にリッチ化するようにしている。そして、このリッチ化の終了については、触媒下流に設けた酸素センサ(Oセンサ)の出力がリーン空燃比側からリッチ空燃比側に変化したことをもって判定するようにしている。 On the other hand, recently, vehicles capable of performing so-called fuel cut that stops fuel supply during deceleration of the vehicle have been developed. In such a vehicle, when the fuel is returned from the fuel cut, in order to suppress NOx emission, a large amount of fuel is used as a reducing agent in order to remove (purge) the oxygen stored in the catalytic converter by the oxygen storage function. The air-fuel ratio is temporarily enriched by supplying it. The end of the enrichment is determined when the output of the oxygen sensor (O 2 sensor) provided downstream of the catalyst has changed from the lean air-fuel ratio side to the rich air-fuel ratio side.

この場合、燃料カットからの燃料復帰時における空燃比のリッチ化を利用し、リッチ化開始後における触媒上流側の酸素センサと触媒下流側の酸素センサとの立ち上がり時間差(Oパージ時間)を監視するようにすれば、酸素ストレージ能力の低下、ひいては触媒コンバータの劣化を検出可能である。そこで、燃料カットを実施可能な車両では、触媒劣化検出方法として、燃料カットからの燃料復帰時における空燃比のリッチ化を利用することも選択可能である。 In this case, the richness of the air-fuel ratio at the time of fuel recovery from the fuel cut is used to monitor the rise time difference (O 2 purge time) between the oxygen sensor on the upstream side of the catalyst and the oxygen sensor on the downstream side of the catalyst after the start of the enrichment. By doing so, it is possible to detect a decrease in the oxygen storage capacity, and thus the deterioration of the catalytic converter. Therefore, in a vehicle capable of performing fuel cut, it is also possible to select to use enrichment of the air-fuel ratio at the time of fuel return from the fuel cut as a catalyst deterioration detection method.

例えば、燃料カットからの燃料復帰時において、所定時間だけ計測した上流側排気センサの出力と下流側排気センサの出力との面積比や、これらセンサの出力電圧が所定の判定電圧を越えるまでの応答時間のズレを視て劣化判定を行う構成の装置が公知である(特許文献1参照)。
特開平6−81635号公報
For example, at the time of fuel recovery from a fuel cut, the area ratio between the output of the upstream exhaust sensor and the output of the downstream exhaust sensor measured for a predetermined time, and the response until the output voltage of these sensors exceeds a predetermined determination voltage An apparatus having a configuration for performing deterioration determination by looking at a time shift is known (see Patent Document 1).
JP-A-6-81635

ところで、近年では、排気通路に配置される排気触媒コンバータが一つだけのものに限らず、直列に複数並んで配置されているような排気浄化システムが増加している。このような排気浄化システムでは、複数の排気触媒コンバータについて個々に劣化判定を行うことが要求されているが、上述した劣化判定の各手法をそのまま適用しようとしても、例えば以下に述べるような課題がある。   By the way, in recent years, there is an increase in exhaust purification systems in which a plurality of exhaust catalytic converters arranged in the exhaust passage are not limited to one but arranged in series. In such an exhaust purification system, it is required to individually perform deterioration determination for a plurality of exhaust catalytic converters. However, even if each of the above-described deterioration determination methods is applied as it is, for example, the following problems are encountered. is there.

即ち、触媒上下流間の出力周期比を検出して触媒劣化を判定する手法の場合には、排気下流側に設けられた下流側触媒コンバータに上流側触媒コンバータを通過した後の排気が流入することとなるので、下流側触媒コンバータに流入する排気の空燃比の振幅が小さくなる。そのため、下流側触媒コンバータの上下流間で排気空燃比の振幅或いは周期に差が生じにくく、触媒上下流間の出力周期比を検出しても下流側触媒コンバータの劣化を的確に判定できない可能性がある。   That is, in the case of the method of determining the catalyst deterioration by detecting the output cycle ratio between the upstream and downstream of the catalyst, the exhaust after passing through the upstream catalytic converter flows into the downstream catalytic converter provided on the downstream side of the exhaust. As a result, the amplitude of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalytic converter becomes small. Therefore, the difference in the amplitude or cycle of the exhaust air-fuel ratio between upstream and downstream of the downstream catalytic converter is unlikely to occur, and even if the output cycle ratio between the upstream and downstream of the catalyst is detected, there is a possibility that deterioration of the downstream catalytic converter cannot be accurately determined. There is.

また、燃料カットからの燃料復帰時における空燃比のリッチ化を利用する手法の場合には、そもそもNOxの排出を抑制すべく触媒コンバータに吸蔵された酸素をパージすることを目的としているため、最適な量の還元剤(HC、CO)を速やかに供給することが要求され、直列に並んだいずれの触媒コンバータにおいても触媒上流側の酸素センサと触媒下流側の酸素センサとの立ち上がり時間差(Oパージ時間)が小さくなってしまう。そのため、触媒コンバータが劣化しても立ち上がり時間差に変化が現われにくく、やはり下流側触媒コンバータの劣化を的確に判定できない可能性がある。この点については上記特許文献1に開示の技術においても同様である。 In addition, in the case of a method that uses the enrichment of the air-fuel ratio at the time of fuel recovery from a fuel cut, the purpose is to purge oxygen stored in the catalytic converter in order to suppress NOx emission in the first place. The amount of reducing agent (HC, CO) must be promptly supplied, and the rise time difference (O 2) between the oxygen sensor upstream of the catalyst and the oxygen sensor downstream of the catalyst in any of the catalytic converters arranged in series. Purge time) is reduced. For this reason, even if the catalytic converter deteriorates, it is difficult for changes in the rise time difference to appear, and there is a possibility that deterioration of the downstream catalytic converter cannot be accurately determined. This also applies to the technique disclosed in Patent Document 1.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒コンバータが排気通路に直列に複数並んで配置されているような場合であっても、上流側のみならず下流側の触媒コンバータの劣化判定を精度よく実施可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is only in the upstream side even when a plurality of catalytic converters are arranged in series in the exhaust passage. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can accurately determine deterioration of a downstream catalytic converter.

上記した目的を達成するために、請求項1の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配設された第1触媒コンバータと、該第1触媒コンバータの下流側に配設された第2触媒コンバータと、前記第1触媒コンバータの下流側であって且つ前記第2触媒コンバータの上流側に位置して設けられた排気空燃比を検出する第1排気センサと、前記第2触媒コンバータの下流側に位置して設けられた排気空燃比を検出する第2排気センサと、内燃機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット手段と、前記燃料カット手段により内燃機関への燃料供給を停止した後、燃料供給を復帰するとき、内燃機関の空燃比を一時的にリッチ空燃比側に制御した後、徐々に理論空燃比またはその近傍に戻すよう制御する空燃比制御手段と、前記空燃比制御手段により内燃機関の空燃比がリッチ空燃比側に制御されたとき、前記第1排気センサの出力と前記第2排気センサの出力のリッチ空燃比側への立ち上がり時間差を検出する立ち上がり時間差検出手段と、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定モードと劣化の判定を行わない通常モードとを選択的に切り換えるモード切換手段と、前記モード切換手段により前記劣化判定モードが選択されたとき、前記立ち上がり時間差検出手段により検出された前記立ち上がり時間差に基づき前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、前記空燃比制御手段は、前記モード切換手段により前記劣化判定モードが選択されたときには、前記通常モードが選択されたときに比べて内燃機関の空燃比のリッチ化度合いを小さく制御するとともに該空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 is provided on a first catalytic converter disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and on a downstream side of the first catalytic converter. A second catalytic converter; a first exhaust sensor that detects an exhaust air-fuel ratio provided downstream of the first catalytic converter and upstream of the second catalytic converter; and the second catalytic converter A second exhaust sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio provided on the downstream side of the engine, fuel cut means for temporarily stopping fuel supply to the internal combustion engine, and fuel supply to the internal combustion engine by the fuel cut means The air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine to the rich air-fuel ratio side temporarily and then gradually returning it to the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof when returning the fuel supply after stopping Air-fuel ratio When the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled to the rich air-fuel ratio side by the control means, a rise time difference detection means for detecting a rise time difference between the output of the first exhaust sensor and the output of the second exhaust sensor to the rich air-fuel ratio side And a mode switching means for selectively switching between a deterioration determination mode for determining deterioration of the catalytic converter and a normal mode for which no deterioration determination is performed, and when the deterioration determination mode is selected by the mode switching means, the rise Deterioration determining means for determining deterioration of the catalytic converter based on the rise time difference detected by the time difference detecting means, and the air-fuel ratio control means, when the deterioration determining mode is selected by the mode switching means, The degree of enrichment of the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled smaller than when the normal mode is selected. And wherein the changing at large gradient toward the air-fuel ratio from the rich air-fuel ratio side to the stoichiometric air-fuel ratio or near together.

また、請求項の内燃機関の排気浄化装置では、請求項において、前記空燃比制御手段は、少なくとも前記第1排気センサの出力がリッチ空燃比側へ立ち上がるまで内燃機関の空燃比をリッチ空燃比側に小さく制御した状態を維持し、その後、該空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させることを特徴とする。 Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, in the first aspect , the air-fuel ratio control means sets the air-fuel ratio of the internal combustion engine to rich air until at least the output of the first exhaust sensor rises to the rich air-fuel ratio side. A small controlled state is maintained on the fuel ratio side, and then the air-fuel ratio is changed with a large gradient from the rich air-fuel ratio side toward the theoretical air-fuel ratio or the vicinity thereof.

請求項1の内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料カット手段により内燃機関への燃料供給を停止した後、燃料供給を復帰するときには、NOxの排出を抑えるために第1及び第2触媒コンバータに吸蔵された酸素をパージすべく、空燃比制御手段により内燃機関の空燃比を一時的にリッチ空燃比側に制御した後、徐々に理論空燃比またはその近傍に戻すよう制御する。このとき、モード切換手段により劣化判定モードが選択されたときには、通常モードが選択されたときに比べて内燃機関の空燃比のリッチ化度合いを小さく制御し、この状態で、立ち上がり時間差検出手段により検出された第1排気センサの出力と第2排気センサの出力のリッチ空燃比側への立ち上がり時間差に基づいて第2触媒コンバータの劣化を判定する。このように、劣化判定の際には空燃比のリッチ化度合を小さく制御するようにしたことで、第2触媒コンバータにおいて緩やかに酸素パージを進行させて上記立ち上がり時間差を大きくすることができ、第2触媒コバータの劣化に伴って生じる上記立ち上がり時間差の変化を容易に検出可能である。また、空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させており、リッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍への変化勾配を大きく制御することで、内燃機関の空燃比のリッチ化度合いを全体として容易に小さく制御できる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, the first and second catalytic converters are used to suppress NOx emission when the fuel supply is restored after the fuel supply to the internal combustion engine is stopped by the fuel cut means. In order to purge the oxygen stored in the air, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is temporarily controlled to the rich air-fuel ratio side by the air-fuel ratio control means, and then controlled to gradually return to the theoretical air-fuel ratio or the vicinity thereof. At this time, when the deterioration determination mode is selected by the mode switching means, the richness of the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled to be smaller than that when the normal mode is selected, and in this state, the rise time difference detection means detects The deterioration of the second catalytic converter is determined on the basis of the rise time difference between the output of the first exhaust sensor and the output of the second exhaust sensor to the rich air-fuel ratio side. As described above, when the deterioration determination is made, the richness of the air-fuel ratio is controlled to be small, so that the oxygen purge can be gradually advanced in the second catalytic converter to increase the rise time difference. It is possible to easily detect the change in the rise time difference caused by the deterioration of the two-catalyst converter. Further, the air-fuel ratio is changed with a large gradient from the rich air-fuel ratio side toward the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof, and the change gradient from the rich air-fuel ratio side to the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof is largely controlled, thereby The degree of enrichment of the air-fuel ratio of the engine can be easily controlled to be small as a whole.

従って、第1触媒コンバータのみならず下流側の第2触媒コンバータの劣化についても精度よく判定することができる Accordingly, it is possible to accurately determine the deterioration of not only the first catalytic converter but also the downstream second catalytic converter .

また、請求項の内燃機関の排気浄化装置によれば、空燃比制御手段は、少なくとも第1排気センサの出力がリッチ空燃比側へ立ち上がるまで内燃機関の空燃比をリッチ空燃比側に小さく制御した状態を維持し、その後、該空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させる。これにより、第1触媒コンバータの酸素パージが終了して第2触媒コンバータの酸素パージが開始される時点で内燃機関の空燃比を速やかに理論空燃比またはその近傍に戻すようにできる。故に、とりわけ第2触媒コンバータの酸素パージを緩やかに進行させて上記立ち上がり時間差を大きくすることができるので、第2触媒コンバータの劣化をより一層精度よく判定することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , the air-fuel ratio control means controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine to be reduced to the rich air-fuel ratio side until at least the output of the first exhaust sensor rises to the rich air-fuel ratio side. Then, the air-fuel ratio is changed with a large gradient from the rich air-fuel ratio side toward the theoretical air-fuel ratio or the vicinity thereof. Thus, the air-fuel ratio of the internal combustion engine can be quickly returned to the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof when the oxygen purge of the first catalytic converter is completed and the oxygen purge of the second catalytic converter is started. Therefore, in particular, since the oxygen purge of the second catalytic converter can be slowly advanced to increase the rise time difference, the deterioration of the second catalytic converter can be determined with higher accuracy.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されている。以下、この図に基づき排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体(以下、単にエンジンという)1としては、例えば吸気管噴射型(Multi Point Injection:MPI)4気筒ガソリンエンジンが採用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle. Hereinafter, the configuration of the exhaust emission control device will be described with reference to this figure.
As shown in the figure, for example, an intake pipe injection (MPI) 4-cylinder gasoline engine is employed as an engine body (hereinafter simply referred to as an engine) 1 that is an internal combustion engine.

エンジン1のシリンダヘッド2には、気筒毎に点火プラグ4が取り付けられており、点火プラグ4には高電圧を出力する点火コイル8が接続されている。
シリンダヘッド2には、気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド10には、電磁式の燃料噴射弁(インジェクション)6が取り付けられており、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。
A spark plug 4 is attached to the cylinder head 2 of the engine 1 for each cylinder, and an ignition coil 8 that outputs a high voltage is connected to the spark plug 4.
In the cylinder head 2, an intake port is formed for each cylinder, and one end of the intake manifold 10 is connected so as to communicate with each intake port. An electromagnetic fuel injection valve (injection) 6 is attached to the intake manifold 10, and a fuel supply device (not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 6 via a fuel pipe 7. Has been.

吸気マニホールド10の燃料噴射弁6よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁14が設けられており、併せてスロットル弁14の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ(TPS)16が設けられている。さらに、スロットル弁14の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ18が介装されている。エアフローセンサ18としては、カルマン渦式やホットフィルム式エアフローセンサが使用される。   An electromagnetic throttle valve 14 for adjusting the amount of intake air is provided on the upstream side of the fuel injection valve 6 of the intake manifold 10 and a throttle position sensor (TPS) for detecting the valve opening of the throttle valve 14 is also provided. ) 16 is provided. Further, an air flow sensor 18 for measuring the intake air amount is interposed upstream of the throttle valve 14. As the air flow sensor 18, a Karman vortex type or a hot film type air flow sensor is used.

また、シリンダヘッド2には、気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド12の一端がそれぞれ接続されている。
なお、本実施例で採り上げたMPIエンジンの構造自体は公知のものであるため、その詳細については説明を省略する。
排気マニホールド12の他端には排気管20が接続されており、この排気管20の中間部分或いは比較的上流部分には、排気浄化触媒装置の一つである三元触媒(第1触媒コンバータ)30が上流側触媒コンバータとして介装されている。
The cylinder head 2 has an exhaust port for each cylinder, and one end of an exhaust manifold 12 is connected so as to communicate with each exhaust port.
In addition, since the structure itself of the MPI engine taken up in the present embodiment is a publicly known structure, a detailed description thereof will be omitted.
An exhaust pipe 20 is connected to the other end of the exhaust manifold 12, and a three-way catalyst (first catalytic converter), which is one of the exhaust purification catalyst devices, is provided at an intermediate part or a relatively upstream part of the exhaust pipe 20. 30 is interposed as an upstream catalytic converter.

三元触媒30は、空燃比がストイキオ(理論空燃比=値14.7)またはその近傍であるときにHC、COを酸化除去するとともにNOxを還元除去可能な触媒であり、担体に活性貴金属として銅(Cu),コバルト(Co),銀(Ag),白金(Pt),ロジウム(Rh),パラジウム(Pd)のいずれかを有している。このような貴金属は、セリウム(Ce)、ジルコニア(Zr)等の酸素吸蔵材を含む場合の他、この種の酸素吸蔵材を含まない場合においても、酸素吸蔵機能(Oストレージ機能)を有している。故に、三元触媒30は、排気空燃比(排気A/F)がリーン空燃比(リーンA/F)である酸化雰囲気中においてOを吸蔵すると、排気A/Fがリッチ空燃比(リッチA/F)となり還元雰囲気となるまでそのOをストレージOとして保持し、このストレージOを還元雰囲気中に放出することにより解離Oが除去され、例えば還元雰囲気状態においてもHCやCOを酸化除去可能である。 The three-way catalyst 30 is a catalyst capable of oxidizing and removing HC and CO and reducing and removing NOx when the air-fuel ratio is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio = value 14.7) or in the vicinity thereof. It contains any of copper (Cu), cobalt (Co), silver (Ag), platinum (Pt), rhodium (Rh), and palladium (Pd). Such a noble metal has an oxygen storage function (O 2 storage function) not only when it contains an oxygen storage material such as cerium (Ce) or zirconia (Zr) but also when this kind of oxygen storage material is not included. is doing. Therefore, when the three-way catalyst 30 occludes O 2 in an oxidizing atmosphere in which the exhaust air-fuel ratio (exhaust A / F) is a lean air-fuel ratio (lean A / F), the exhaust A / F becomes a rich air-fuel ratio (rich A / F) until the next reducing atmosphere retains its O 2 as a storage O 2, dissociated O by releasing the storage O 2 in the reducing atmosphere is removed, for example, the oxidation of HC and CO in a reducing atmosphere state It can be removed.

なお、三元触媒30は、比較的エンジン1に近い位置に配設されているため、高温の排ガスの供給を受けて早期に活性可能である。
排気管20の下流部分には、排気浄化触媒装置の一つであるHCトラップ触媒(第2触媒コンバータ)40及び三元触媒50が下流側触媒コンバータとして介装されている。
HCトラップ触媒40は、主としてエンジン1の始動時において、燃料の不完全燃焼により排出される炭化水素(HC)を吸蔵した後、一定温度に達すると吸蔵したHCを脱離する機能を有するものである。しかしながら、HCトラップ触媒40は、少量ながら担体に上述したような貴金属を併せ有しており、上記三元触媒30と同様にOストレージ機能をも有している。
Since the three-way catalyst 30 is disposed at a position relatively close to the engine 1, it can be activated early upon receiving a supply of high-temperature exhaust gas.
In the downstream portion of the exhaust pipe 20, an HC trap catalyst (second catalyst converter) 40 and a three-way catalyst 50, which are one of the exhaust purification catalyst devices, are interposed as downstream catalyst converters.
The HC trap catalyst 40 has a function of desorbing the stored HC when it reaches a certain temperature after storing hydrocarbons (HC) exhausted due to incomplete combustion of the fuel mainly at the start of the engine 1. is there. However, the HC trap catalyst 40 has a small amount of the noble metal as described above in the carrier, and also has an O 2 storage function like the three-way catalyst 30.

また、三元触媒50は、主としてHCトラップ触媒40から脱離したHCを下流側で還元除去するものであって、上記三元触媒30と同様の機能を有している。
そして、排気管20の三元触媒30よりも上流側、三元触媒30とHCトラップ触媒40との間、HCトラップ触媒40と三元触媒50との間には、排気中のO濃度を検出することで排気A/Fを検出するOセンサ22、Oセンサ(第1排気センサ)24、Oセンサ(第2排気センサ)26がそれぞれ配設されている。
The three-way catalyst 50 mainly reduces and removes HC desorbed from the HC trap catalyst 40 on the downstream side, and has the same function as the three-way catalyst 30.
Then, upstream of the three-way catalyst 30 in the exhaust pipe 20, between the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40, and between the HC trap catalyst 40 and the three-way catalyst 50, the O 2 concentration in the exhaust is set. An O 2 sensor 22, an O 2 sensor (first exhaust sensor) 24, and an O 2 sensor (second exhaust sensor) 26 that detect exhaust A / F by detection are provided.

ECU(電子コントロールユニット)60は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU60により、エンジン1を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
ECU60の入力側には、上述したTPS16、エアフローセンサ18、Oセンサ22、24、26の他、エンジン1のクランク角を検出するクランク角センサ42等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。クランク角センサ42からの情報に基づいてエンジン回転速度Neを検出可能である。
The ECU (electronic control unit) 60 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The ECU 60 performs comprehensive control of the exhaust emission control device including the engine 1.
Various sensors such as a crank angle sensor 42 for detecting the crank angle of the engine 1 are connected to the input side of the ECU 60 in addition to the TPS 16, the air flow sensor 18, the O 2 sensors 22, 24, and 26 described above. Detection information from the sensors is input. Based on the information from the crank angle sensor 42, the engine speed Ne can be detected.

一方、ECU60の出力側には、上述の燃料噴射弁6、点火コイル8、スロットル弁14等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき燃焼空燃比(燃焼A/F)が適正な目標空燃比(目標A/F)に設定され、通常はOセンサ22からの情報に基づき目標A/Fがストイキオまたはその近傍にフィードバック(A/F−F/B)制御され、この目標A/Fに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁6から噴射され、またスロットル弁14が適正な開度に調整され、点火プラグ4により適正なタイミングで火花点火が実施される。 On the other hand, various output devices such as the fuel injection valve 6, the ignition coil 8, and the throttle valve 14 are connected to the output side of the ECU 60, and these various output devices are operated based on detection information from various sensors. The fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, etc., are output. Specifically, the combustion air-fuel ratio (combustion A / F) is set to an appropriate target air-fuel ratio (target A / F) based on detection information from various sensors, and usually the target A based on information from the O 2 sensor 22. / F is feedback (A / F-F / B) controlled at or near stoichio, an amount of fuel corresponding to the target A / F is injected from the fuel injection valve 6 at an appropriate timing, and the throttle valve 14 is The opening degree is adjusted to an appropriate degree, and spark ignition is performed by the spark plug 4 at an appropriate timing.

また、エンジン1は、車両の減速走行時において燃料供給を停止し、燃料カット(以下、略してF/Cともいう)を実施することが可能に構成されている(燃料カット手段)。つまり、このエンジン1では、運転者がアクセルペダル(図示せず)の踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Neが所定回転速度以上の場合において、ECU60からの指令により燃料噴射弁6からの燃料噴射を停止して適宜燃料カットを行うようにしている。そして、このエンジン1では、燃料カットを実施した後、エンジン回転速度Neが復帰回転速度以下となり燃料供給を復帰させた直後、即ち燃料カット復帰直後には、十分なエンジン出力を得るべく、或いはNOx発生を抑制するために燃料カットによって三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50の貴金属に多量に吸蔵されたストレージOを還元除去(Oパージ)すべく、ECU60により目標A/Fを一時的にリッチA/Fに設定してリッチA/F側に制御するようにしている(空燃比制御手段)。なお、燃料カットは、全気筒について実施するようにしてもよいし、一部気筒についてのみ実施するようにしてもよい。 In addition, the engine 1 is configured to be capable of stopping fuel supply and performing fuel cut (hereinafter also referred to as F / C for short) when the vehicle is decelerating (fuel cut means). That is, in this engine 1, when the driver stops the depression of an accelerator pedal (not shown) and the engine speed Ne is equal to or higher than the predetermined speed, the fuel injection from the fuel injection valve 6 is performed according to a command from the ECU 60. It stops and performs fuel cut appropriately. In the engine 1, after the fuel cut is performed, immediately after the engine rotational speed Ne becomes equal to or lower than the return rotational speed and the fuel supply is restored, that is, immediately after the fuel cut is restored, sufficient engine output is obtained or NOx. reduce and remove the storage O 2 which is heavily occluded precious metal of the three-way catalyst 30, HC trap catalyst 40 and the three way catalyst 50 by the fuel cut in order to suppress the occurrence (O 2 purge) Subeku, ECU 60 by the target a / F is temporarily set to rich A / F and controlled to the rich A / F side (air-fuel ratio control means). The fuel cut may be performed for all cylinders or only for some cylinders.

さらに、本発明に係る排気浄化装置では、燃料カット復帰時において、触媒の劣化を判定する劣化判定モードと、それ以外(劣化の判定を行わない)の通常モードとを選択可能に構成されており(モード切換手段)、ECU60において、劣化判定モードを選択することにより、目標A/Fのリッチ化開始後におけるOセンサ22、24、26からの情報に基づき、特に劣化し易い三元触媒30及びHCトラップ触媒40の劣化判定を行うようにしている(劣化判定手段)。 Furthermore, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention is configured to be able to select a deterioration determination mode for determining deterioration of the catalyst and a normal mode other than that (no determination of deterioration) at the time of fuel cut recovery. (Mode switching means) In the ECU 60, by selecting the deterioration determination mode, the three-way catalyst 30 that is particularly susceptible to deterioration based on information from the O 2 sensors 22, 24, 26 after the start of enrichment of the target A / F. In addition, the deterioration determination of the HC trap catalyst 40 is performed (deterioration determination means).

即ち、目標A/FをリッチA/F側に制御すると、排気中のHC、COによって三元触媒30等に多量に吸蔵されたストレージOが前段に位置する上流側の三元触媒30から順に還元除去される。具体的には、前段の三元触媒30のOパージが完了すると排気中のHC、COは三元触媒30の下流側に流出して中段に位置するHCトラップ触媒40のOパージが開始され、HCトラップ触媒40のOパージが完了すると排気中のHC、COは今度はHCトラップ触媒40の下流側に流出して後段に位置する三元触媒50のOパージが開始される。この際、ECU60は、三元触媒30及びHCトラップ触媒40のそれぞれ上流側のOセンサ22、24とそれぞれ下流側のOセンサ24、26との各立ち上がり時間差(Oパージ時間)を検出し監視することで三元触媒30及びHCトラップ触媒40の劣化判定を行う(立ち上がり時間差検出手段)。 That is, when the target A / F is controlled to the rich A / F side, the storage O 2 occluded in a large amount in the three-way catalyst 30 or the like by the HC and CO in the exhaust gas from the upstream three-way catalyst 30 located in the previous stage. Reduced and removed in order. Specifically, when the O 2 purge of the previous three-way catalyst 30 is completed, the HC and CO in the exhaust flow to the downstream side of the three-way catalyst 30 and the O 2 purge of the HC trap catalyst 40 located in the middle stage starts. Then, when the O 2 purge of the HC trap catalyst 40 is completed, HC and CO in the exhaust gas flow out to the downstream side of the HC trap catalyst 40 and the O 2 purge of the three-way catalyst 50 located at the subsequent stage is started. At this time, the ECU 60 detects each rising time difference (O 2 purge time) between the upstream O 2 sensors 22 and 24 of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40 and the downstream O 2 sensors 24 and 26, respectively. Then, the deterioration of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40 is judged (rising time difference detection means).

詳しくは、触媒コンバータのOストレージ能力と劣化とは相関があり、Oストレージ能力が低下すると触媒コンバータは劣化したと判定できるため、三元触媒30の上流側のOセンサ22と下流側のOセンサ24との立ち上がり時間差が所定時間より短くなったときには三元触媒30はOストレージ能力が低下して劣化したと判定し、HCトラップ触媒40の上流側のOセンサ24と下流側のOセンサ26との立ち上がり時間差が所定時間より短くなったときにはHCトラップ触媒40はOストレージ能力が低下して劣化したと判定するようにしている。 Specifically, since the O 2 storage capacity and deterioration of the catalytic converter have a correlation, and it can be determined that the catalytic converter has deteriorated when the O 2 storage capacity decreases, the O 2 sensor 22 on the upstream side of the three-way catalyst 30 and the downstream side. When the rise time difference from the O 2 sensor 24 becomes shorter than a predetermined time, the three-way catalyst 30 determines that the O 2 storage capacity is deteriorated and deteriorates, and the upstream side of the O 2 sensor 24 and the downstream side of the HC trap catalyst 40. When the rise time difference with the O 2 sensor 26 on the side becomes shorter than a predetermined time, the HC trap catalyst 40 determines that the O 2 storage capacity has deteriorated and deteriorated.

以下、上記のように構成された本発明に係る排気浄化装置の制御内容及び作用について説明する。
図2を参照すると、ECU60により実行される本発明に係る触媒劣化判定制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、図3を参照すると、図2の制御ルーチンの実行結果が燃料噴射量補正係数、燃焼A/F、Oセンサ電圧、Oストレージ率(=実Oストレージ量/最大Oストレージ量)毎にそれぞれタイムチャートで示されている。以下図3を参照しながら図2のフローチャートに沿い本発明に係る排気浄化装置の触媒劣化判定制御内容について説明する。なお、図3中の符号(22)、(24)、(26)、(30)、(40)はそれぞれOセンサ22、24、26及び三元触媒30、HCトラップ触媒40の各符号に対応する。
Hereinafter, the control content and operation of the exhaust emission control device according to the present invention configured as described above will be described.
Referring to FIG. 2, the control routine of the catalyst deterioration determination control according to the present invention executed by the ECU 60 is shown in a flowchart. Referring to FIG. 3, the execution result of the control routine of FIG. , The combustion A / F, the O 2 sensor voltage, and the O 2 storage rate (= actual O 2 storage amount / maximum O 2 storage amount) are respectively shown in time charts. The contents of the catalyst deterioration determination control of the exhaust purification apparatus according to the present invention will be described below with reference to the flowchart of FIG. 2 with reference to FIG. Note that reference numerals (22), (24), (26), (30), and (40) in FIG. 3 are the O 2 sensors 22, 24, and 26, the three-way catalyst 30, and the HC trap catalyst 40, respectively. Correspond.

先ずステップS10では、燃料カットを終了して燃料供給を復帰させたか否か、即ち燃料カット復帰時であるか否かを判定する。判別結果が偽(No)の場合にはこのルーチンを抜ける一方、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS12に進む。
ステップS12では、リッチA/F制御条件が成立しているか否かを判別する。具体的な条件としては、(1)スロットル弁14が全閉且つ燃料カットを規定時間以上継続したか、(2)エンジン1の始動後所定時間が経過したか、(3)エンジン回転速度Neが所定値未満(例えば、復帰回転速度未満)であるか等である。ステップS12で判別結果が偽(No)の場合にはこのルーチンを抜ける一方、判別結果が真(Yes)の場合(即ち、上述したリッチA/F制御条件(1)〜(3)等が全て成立している場合)にはステップS14に進む。
First, in step S10, it is determined whether or not the fuel cut is completed and the fuel supply is restored, that is, whether or not the fuel cut is restored. If the determination result is false (No), the routine is exited. If the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S12.
In step S12, it is determined whether or not a rich A / F control condition is satisfied. Specific conditions include (1) whether the throttle valve 14 is fully closed and the fuel cut is continued for a specified time or more, (2) whether a predetermined time has elapsed after the engine 1 is started, or (3) the engine speed Ne is It is less than a predetermined value (for example, less than the return rotation speed). If the determination result is false (No) in step S12, the routine is exited. On the other hand, if the determination result is true (Yes) (that is, all the rich A / F control conditions (1) to (3) described above, etc.). If established, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、劣化判定モードが選択されているか否かを判別する。判別結果が偽(No)で劣化判定モードが選択されておらず通常モードであると判定された場合には、ステップS30に進み、通常時におけるリッチA/F制御を開始する。
ステップS30では、リッチA/F制御のうちフェーズ1の制御を実行する。燃料カット復帰直後には、既燃ガスが残留する通常時とは異なり、各気筒の筒内には新気しか存在しないので、フェーズ1では各気筒の燃料カット復帰直後の最初の1サイクルについてのみ特に燃料供給量を増大させて燃料噴射を行う(例えば、燃料噴射量補正係数2.0)。この場合、目標A/Fは例えば値12である。
In step S14, it is determined whether or not the deterioration determination mode is selected. If the determination result is false (No), and it is determined that the deterioration determination mode is not selected and the normal mode is selected, the process proceeds to step S30, and the rich A / F control at the normal time is started.
In step S30, phase 1 control of rich A / F control is executed. Unlike normal time when burned gas remains immediately after fuel cut return, there is only fresh air in the cylinder of each cylinder. Therefore, in phase 1, only the first cycle immediately after fuel cut return for each cylinder In particular, fuel injection is performed by increasing the fuel supply amount (for example, fuel injection amount correction coefficient 2.0). In this case, the target A / F is a value 12, for example.

ステップS32では、フェーズ1の制御を終了したか否かを判別する。上述したように、フェーズ1については各気筒の燃料カット復帰直後の最初の1サイクルについてのみ行うため、具体的には、クランク角センサ42からの情報に基づき、各気筒の最初の1サイクルが終了したか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合にはフェーズ1の制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS34に進む。   In step S32, it is determined whether or not phase 1 control has been completed. As described above, since the phase 1 is performed only for the first one cycle immediately after the fuel cut recovery of each cylinder, specifically, the first one cycle of each cylinder is completed based on the information from the crank angle sensor 42. It is determined whether or not. When the determination result is false (No), the control of the phase 1 is continued, and when the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S34.

ステップS34では、リッチA/F制御のうち通常時における通常フェーズ2の制御を実行する。通常フェーズ2の制御では、フェーズ1での目標A/F(例えば、値12)を維持するように燃料供給量を設定して燃料噴射を行う(例えば、燃料噴射量補正係数1.3)。このように目標A/F(例えば、値12)を維持するようにすると、最上流側の三元触媒30のOパージが速やかに完了し、三元触媒30の下流側のOセンサ24の出力がリッチA/F側に早期に立ち上がる(図3中の破線(24)、(30)参照)。 In step S34, normal phase 2 control is executed during normal operation in rich A / F control. In the normal phase 2 control, the fuel supply amount is set so as to maintain the target A / F (for example, value 12) in the phase 1 and fuel injection is performed (for example, the fuel injection amount correction coefficient 1.3). If the target A / F (for example, value 12) is maintained in this way, the O 2 purge of the three-way catalyst 30 on the most upstream side is completed quickly, and the O 2 sensor 24 on the downstream side of the three-way catalyst 30. Output rises to the rich A / F side early (see broken lines (24) and (30) in FIG. 3).

ステップS36では、通常フェーズ2の制御を終了したか否かを判別する。具体的には、Oセンサ24の出力がリッチA/F側に所定値以上まで立ち上がったか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には通常フェーズ2の制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS38に進む。
ステップS38では、リッチA/F制御のうち通常時における通常フェーズ3の制御を実行する。通常フェーズ3の制御では、目標A/F(例えば、値12)を徐々にストイキオまたはその近傍まで戻すようにして燃料供給量を変化させる。このように目標A/Fを徐々にストイキオまたはその近傍まで戻すように燃料供給量を変化させると、次段に位置するHCトラップ触媒40についてもOパージが比較的速やかに完了し、HCトラップ触媒40の下流側のOセンサ26の出力がリッチA/F側に早期に立ち上がる(図3中の破線(26)、(40)参照)。さらに、引き続き、後段に位置する三元触媒50についてもOパージが比較的速やかに完了する。
In step S36, it is determined whether or not the control of the normal phase 2 is finished. Specifically, it is determined whether or not the output of the O 2 sensor 24 has risen to a predetermined value or more on the rich A / F side. When the determination result is false (No), the control of the normal phase 2 is continued, and when the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S38.
In step S38, the normal phase 3 control in the normal state of the rich A / F control is executed. In the normal phase 3 control, the fuel supply amount is changed by gradually returning the target A / F (for example, the value 12) to stoichiometric or its vicinity. As described above, when the fuel supply amount is changed so that the target A / F is gradually returned to the stoichiometric or the vicinity thereof, the O 2 purge is completed relatively quickly for the HC trap catalyst 40 located in the next stage. The output of the O 2 sensor 26 on the downstream side of the catalyst 40 quickly rises to the rich A / F side (see broken lines (26) and (40) in FIG. 3). Furthermore, the O 2 purge is also completed relatively quickly for the three-way catalyst 50 located at the subsequent stage.

ステップS40では、通常フェーズ3の制御を終了したか否かを判別する。具体的には、目標A/Fがストイキオまたはその近傍まで到達したかを判別する。判別結果が偽(No)の場合には通常フェーズ3の制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS42に進み、リッチA/F制御を終了して、上記フィードバック制御を再開する。
このように、通常モードでは、三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50に吸蔵されたストレージOが早急に除去され、燃料カット復帰後において三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50の触媒機能を速やかに回復することができる。
In step S40, it is determined whether or not the control of the normal phase 3 is finished. Specifically, it is determined whether the target A / F has reached stoichio or its vicinity. When the determination result is false (No), the control of the normal phase 3 is continued. When the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S42, the rich A / F control is terminated, and the feedback control is performed. Resume.
As described above, in the normal mode, the storage O 2 stored in the three-way catalyst 30, the HC trap catalyst 40, and the three-way catalyst 50 is immediately removed, and after the fuel cut is restored, the three-way catalyst 30, the HC trap catalyst 40, and the like. The catalytic function of the three-way catalyst 50 can be quickly recovered.

一方、ステップS14の判別結果が真(Yes)で劣化判定モードが選択されていると判定された場合には、ステップS16に進み、劣化判定時におけるリッチA/F制御を開始する。
ステップS16では、リッチA/F制御のうちフェーズ1の制御を実行する。このフェーズ1の制御は上記通常時の制御と同様であり、説明を省略する。
On the other hand, if the determination result in step S14 is true (Yes) and it is determined that the deterioration determination mode is selected, the process proceeds to step S16, and rich A / F control at the time of deterioration determination is started.
In step S16, phase 1 control of rich A / F control is executed. The control in phase 1 is the same as the normal control, and a description thereof is omitted.

ステップS18では、フェーズ1の制御を終了したか否かを上記ステップS32の場合と同様に判別する。判別結果が偽(No)の場合にはフェーズ1を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS20に進む。
ステップS20では、リッチA/F制御のうち劣化判定時における判定フェーズ2を実行する。判定フェーズ2の制御では、目標A/Fのリッチ化度合いが上記通常フェーズ2の場合よりも小さく(目標A/Fが大きく)なるように目標A/Fを設定し(例えば、値13)、この目標A/Fとなるように上記通常フェーズ2の場合よりも小さく燃料供給量を設定して燃料噴射を行う(例えば、燃料噴射量補正係数1.15)。このように目標A/F(例えば、値13)を設定して燃料噴射を行うようにすると、最上流側の三元触媒30のOパージの速度が上記通常時よりも低下し(即ちOパージが緩やかに進行し)、三元触媒30の下流側のOセンサ24の出力が上流側のOセンサ22の出力に対してある程度時間をおいてリッチA/F側に立ち上がる(図3中の実線(24)、(30)参照)。
In step S18, it is determined whether or not the control of phase 1 has been completed in the same manner as in step S32. If the determination result is false (No), phase 1 is continued, and if the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S20.
In step S20, determination phase 2 at the time of deterioration determination in the rich A / F control is executed. In the control in the determination phase 2, the target A / F is set so that the degree of enrichment of the target A / F is smaller than that in the normal phase 2 (the target A / F is large) (for example, value 13), Fuel injection is performed by setting a fuel supply amount smaller than that in the case of the normal phase 2 so as to achieve this target A / F (for example, fuel injection amount correction coefficient 1.15). Thus, when the target A / F (for example, value 13) is set and fuel injection is performed, the O 2 purge speed of the three-way catalyst 30 on the most upstream side is lower than the normal time (that is, O). 2 purge proceeds slowly), and the output of the O 2 sensor 24 on the downstream side of the three-way catalyst 30 rises to the rich A / F side after a certain time with respect to the output of the upstream O 2 sensor 22 (see FIG. 3 (see solid lines (24) and (30)).

つまり、三元触媒30の上流側のOセンサ22と下流側のOセンサ24との立ち上がり時間差が通常時に比べて大きく(Oパージ時間が通常時に比べて長く)なる。
ステップS22では、判定フェーズ2の制御を終了したか否かを上記ステップS36の場合と同様に判別する。判別結果が偽(No)の場合には判定フェーズ2の制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS24に進む。
That is, the rise time difference between the upstream O 2 sensor 22 and the downstream O 2 sensor 24 of the three-way catalyst 30 is larger than that in the normal state (O 2 purge time is longer than that in the normal state).
In step S22, it is determined in the same manner as in step S36 whether or not the control of determination phase 2 has been completed. If the determination result is false (No), the control of the determination phase 2 is continued, and if the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S24.

ステップS24では、リッチA/F制御のうち劣化判定時における判定フェーズ3の制御を実行する。判定フェーズ3の制御では、目標A/Fの変化勾配を上記通常フェーズ3の場合よりも大きくしてストイキオまたはその近傍まで戻すように燃料供給量を変化させ(例えば、通常フェーズ3の制御の4倍程度大きな変化勾配)、上記フィードバック制御を再開するようにする。   In step S24, control of determination phase 3 at the time of deterioration determination in rich A / F control is executed. In the control in the determination phase 3, the fuel supply amount is changed so that the change gradient of the target A / F is made larger than that in the normal phase 3 and returned to the stoichiometric or the vicinity thereof (for example, 4 in the control of the normal phase 3). The feedback control is resumed after the change gradient is twice as large.

このように目標A/Fを速やかにストイキオまたはその近傍まで戻すように燃料供給量を変化させると、上記判定フェーズ2の制御に加えてリッチ化度合いが全体として小さくなり、次段に位置するHCトラップ触媒40のOパージが三元触媒30の場合と同様に緩やかに進行し、HCトラップ触媒40の下流側のOセンサ26の出力が上流側のOセンサ24の出力に対してある程度時間をおいてリッチA/F側に立ち上がる(図3中の実線(26)、(40)参照)。 In this way, when the fuel supply amount is changed so that the target A / F is quickly returned to the stoichiometric or its vicinity, in addition to the control in the determination phase 2, the degree of enrichment becomes smaller as a whole, and the HC located in the next stage The O 2 purge of the trap catalyst 40 proceeds slowly as in the case of the three-way catalyst 30, and the output of the O 2 sensor 26 on the downstream side of the HC trap catalyst 40 is somewhat to the output of the upstream O 2 sensor 24. It rises to the rich A / F side after a while (see solid lines (26) and (40) in FIG. 3).

つまり、図3に白抜き矢印で示すように、下流側に位置するHCトラップ触媒40についても上流側のOセンサ24と下流側のOセンサ26との立ち上がり時間差が通常時に比べて大きく(Oパージ時間が通常時に比べて長く)なる。
さらには、後段に位置する三元触媒50のOパージについても三元触媒30やHCトラップ触媒40の場合と同様に緩やかに進行する。
In other words, as shown by the white arrow in FIG. 3, the rise time difference between the upstream O 2 sensor 24 and the downstream O 2 sensor 26 is larger than that in the normal case even for the HC trap catalyst 40 located on the downstream side ( O 2 purge time is longer than normal).
Further, the O 2 purge of the three-way catalyst 50 located at the subsequent stage also proceeds slowly as in the case of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40.

ステップS26では、判定フェーズ3の制御を終了したか否かを上記ステップS40の場合と同様に判別する。判別結果が偽(No)の場合には判定フェーズ3の制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS28に進む。
ステップS28では、三元触媒30及びHCトラップ触媒40の劣化判定を行う。即ち、上述したように、三元触媒30の上流側のOセンサ22と下流側のOセンサ24との立ち上がり時間差、HCトラップ触媒40の上流側のOセンサ24と下流側のOセンサ26との立ち上がり時間差に基づいて劣化判定を行う。
In step S26, it is determined whether or not the control of determination phase 3 has been completed, as in the case of step S40. If the determination result is false (No), the control of determination phase 3 is continued, and if the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S28.
In step S28, the deterioration of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40 is determined. That is, as described above, the three-way rising time difference between the upstream side of the O 2 sensor 22 and the downstream side of the O 2 sensor 24 of the catalyst 30, the upstream side of the HC trap catalyst 40 O 2 sensor 24 and the downstream O 2 Degradation is determined based on the rise time difference from the sensor 26.

この場合、上述したようにOセンサ22とOセンサ24との立ち上がり時間差、Oセンサ24とOセンサ26との立ち上がり時間差は通常時に比べて大きくなっているので、三元触媒30やHCトラップ触媒40の劣化に伴って生じる上記各立ち上がり時間差の変化代を感度よく容易に検出可能であり、三元触媒30やHCトラップ触媒40の劣化を精度よく判定可能である。 In this case, as described above, the rise time difference between the O 2 sensor 22 and the O 2 sensor 24 and the rise time difference between the O 2 sensor 24 and the O 2 sensor 26 are larger than the normal time. It is possible to easily detect the change in the rise time difference caused by the deterioration of the HC trap catalyst 40 with high sensitivity, and to determine the deterioration of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40 with high accuracy.

これにより、三元触媒30の上流側のOセンサ22と下流側のOセンサ24との立ち上がり時間差が所定時間より短くなったときには三元触媒30はOストレージ能力が低下して劣化したと正確に判定でき、HCトラップ触媒40の上流側のOセンサ24と下流側のOセンサ26との立ち上がり時間差が所定時間より短くなったときにはHCトラップ触媒40はOストレージ能力が低下して劣化したと正確に判定できる。 As a result, when the rise time difference between the upstream O 2 sensor 22 and the downstream O 2 sensor 24 of the three-way catalyst 30 becomes shorter than a predetermined time, the three-way catalyst 30 has deteriorated due to a decrease in O 2 storage capacity. When the rise time difference between the upstream O 2 sensor 24 and the downstream O 2 sensor 26 of the HC trap catalyst 40 becomes shorter than a predetermined time, the HC trap catalyst 40 has a reduced O 2 storage capability. It can be accurately determined that it has deteriorated.

特に、ここでは、三元触媒30の下流側に設けられたOセンサ24の出力がリッチA/F側へ立ち上がるまで目標A/Fを通常フェーズ2の場合よりも小さく(目標A/Fが大きく)維持し(例えば、値13)、Oセンサ24の出力がリッチA/F側へ立ち上がった後、目標A/Fをストイキオまたはその近傍に向けて大きな勾配で変化させるようにしている。故に、三元触媒30のOパージが終了して下流側のHCトラップ触媒40のOパージが開始される時点で目標A/Fを速やかにストイキオまたはその近傍に戻すようにでき、判定フェーズ2の制御に加えてリッチ化度合いを全体として容易に小さくでき、とりわけ下流側のHCトラップ触媒40のOパージを緩やかに進行させてOセンサ24とOセンサ26との立ち上がり時間差を大きくすることが可能である。これにより、三元触媒30の下流側でありながらもHCトラップ触媒40の劣化を精度よく判定することができる。 In particular, here, the target A / F is smaller than that in the normal phase 2 until the output of the O 2 sensor 24 provided on the downstream side of the three-way catalyst 30 rises to the rich A / F side (the target A / F is less than the target A / F). After the output of the O 2 sensor 24 rises to the rich A / F side, the target A / F is changed with a large gradient toward or near the stoichio. Thus, possible to return the target A / F immediately in stoichiometric or near when the O 2 purge of the three-way catalyst 30 is finished to O 2 purge the downstream side of the HC trap catalyst 40 is started, the determination phase In addition to the control of 2, the degree of enrichment can be easily reduced as a whole, and in particular, the O 2 purge of the downstream HC trap catalyst 40 is gradually advanced to increase the rise time difference between the O 2 sensor 24 and the O 2 sensor 26. Is possible. Thereby, it is possible to accurately determine the deterioration of the HC trap catalyst 40 even though it is on the downstream side of the three-way catalyst 30.

このように、本発明に係る排気浄化装置では、燃料カット復帰時において、上流側の三元触媒30のみならず下流側のHCトラップ触媒40の劣化についても精度よく判定することができる。
劣化判定を実施し終えたら、通常モードの場合と同様、ステップS42に進み、リッチA/F制御を終了する。
Thus, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention can accurately determine the deterioration of not only the upstream three-way catalyst 30 but also the downstream HC trap catalyst 40 at the time of fuel cut recovery.
When the deterioration determination is completed, the process proceeds to step S42 as in the normal mode, and the rich A / F control is ended.

これにより、三元触媒30やHCトラップ触媒40の劣化判定を正確に行いながら、三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50に吸蔵されたストレージOが除去され、三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50の触媒機能を良好に回復させることができる。
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
As a result, the storage O 2 stored in the three-way catalyst 30, the HC trap catalyst 40, and the three-way catalyst 50 is removed while accurately determining the deterioration of the three-way catalyst 30 and the HC trap catalyst 40, and the three-way catalyst 30. The catalytic functions of the HC trap catalyst 40 and the three-way catalyst 50 can be recovered satisfactorily.
Although the description of the embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is finished above, the embodiment is not limited to the above.

例えば、上記実施形態では、後段に位置する最下流側の三元触媒50については熱影響を受け難いことから劣化判定を行っていないが、この三元触媒50の下流側に別途Oセンサを設け、このOセンサの出力と三元触媒50の上流側のOセンサ26の出力とから立ち上がり時間差を求め、この立ち上がり時間差に基づいて三元触媒50の劣化判定をも行うようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the most downstream three-way catalyst 50 located in the subsequent stage is not affected by heat because it is hardly affected by heat. However, a separate O 2 sensor is not provided on the downstream side of the three-way catalyst 50. provided, the O 2 obtains the rise time difference from the output of the upstream side of the O 2 sensor 26 and the output of the three-way catalyst 50 of the sensor, it is carried out also the deterioration determination of the three-way catalyst 50 based on the rising time difference Good.

また、上記実施形態では、排気管20に三元触媒30、HCトラップ触媒40及び三元触媒50をこの順で配設するようにしたが、これに限られず、Oストレージ能力を有した複数の触媒コンバータを直列に配設するような排気浄化システムであれば、触媒コンバータの種類、数量、配設順序は如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1を吸気管噴射型ガソリンエンジンとしたが、これに限られず、エンジン1は例えば筒内噴射型ガソリンエンジン等であってもよい。
In the above embodiment, the three-way catalyst 30, the HC trap catalyst 40, and the three-way catalyst 50 are arranged in this order in the exhaust pipe 20. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of O 2 storage capabilities are provided. As long as the exhaust gas purification system in which the catalytic converters are arranged in series, the type, quantity, and arrangement order of the catalytic converters may be any.
Moreover, in the said embodiment, although the engine 1 was made into the intake pipe injection type gasoline engine, it is not restricted to this, The engine 1 may be a cylinder injection type gasoline engine etc., for example.

車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle. 本発明に係る触媒劣化判定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine of the catalyst deterioration determination control which concerns on this invention. 触媒劣化判定制御の実行結果を燃料噴射量補正係数、燃焼A/F、Oセンサ電圧、Oストレージ率毎に示すタイムチャートである。Execution result of the fuel injection quantity correction coefficient of the catalyst deterioration determination control, the combustion A / F, O 2 sensor voltage is a time chart showing for each O 2 storage rate.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン本体
6 燃料噴射弁
20 排気管
22 Oセンサ
24 Oセンサ(第1排気センサ)
26 Oセンサ(第2排気センサ)
30 三元触媒(第1触媒コンバータ)
40 HCトラップ触媒(第2触媒コンバータ)
50 三元触媒
60 ECU(電子コントロールユニット)
1 engine body 6 fuel injection valve 20 an exhaust pipe 22 O 2 sensor 24 O 2 sensor (first exhaust sensor)
26 O 2 sensor (second exhaust sensor)
30 Three-way catalyst (first catalytic converter)
40 HC trap catalyst (second catalytic converter)
50 Three-way catalyst 60 ECU (electronic control unit)

Claims (2)

内燃機関の排気通路に配設された第1触媒コンバータと、
該第1触媒コンバータの下流側に配設された第2触媒コンバータと、
前記第1触媒コンバータの下流側であって且つ前記第2触媒コンバータの上流側に位置して設けられた排気空燃比を検出する第1排気センサと、
前記第2触媒コンバータの下流側に位置して設けられた排気空燃比を検出する第2排気センサと、
内燃機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット手段と、
前記燃料カット手段により内燃機関への燃料供給を停止した後、燃料供給を復帰するとき、内燃機関の空燃比を一時的にリッチ空燃比側に制御した後、徐々に理論空燃比またはその近傍に戻すよう制御する空燃比制御手段と、
前記空燃比制御手段により内燃機関の空燃比がリッチ空燃比側に制御されたとき、前記第1排気センサの出力と前記第2排気センサの出力のリッチ空燃比側への立ち上がり時間差を検出する立ち上がり時間差検出手段と、
前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定モードと劣化の判定を行わない通常モードとを選択的に切り換えるモード切換手段と、
前記モード切換手段により前記劣化判定モードが選択されたとき、前記立ち上がり時間差検出手段により検出された前記立ち上がり時間差に基づき前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記空燃比制御手段は、前記モード切換手段により前記劣化判定モードが選択されたときには、前記通常モードが選択されたときに比べて内燃機関の空燃比のリッチ化度合いを小さく制御するとともに該空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A first catalytic converter disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A second catalytic converter disposed downstream of the first catalytic converter;
A first exhaust sensor that detects an exhaust air-fuel ratio that is provided downstream of the first catalytic converter and upstream of the second catalytic converter;
A second exhaust sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio provided on the downstream side of the second catalytic converter;
Fuel cut means for temporarily stopping fuel supply to the internal combustion engine;
When returning the fuel supply after stopping the fuel supply to the internal combustion engine by the fuel cut means, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is temporarily controlled to the rich air-fuel ratio side and then gradually brought to the stoichiometric air-fuel ratio or its vicinity. Air-fuel ratio control means for controlling to return ,
When the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled to the rich air-fuel ratio side by the air-fuel ratio control means, the rise time for detecting the rise time difference between the output of the first exhaust sensor and the output of the second exhaust sensor to the rich air-fuel ratio side Time difference detection means;
Mode switching means for selectively switching between a deterioration determination mode for determining deterioration of the catalytic converter and a normal mode for not performing deterioration determination;
Deterioration determining means for determining deterioration of the catalytic converter based on the rising time difference detected by the rising time difference detecting means when the deterioration determining mode is selected by the mode switching means;
The air-fuel ratio control means, when the deterioration determination mode is selected by said mode switching means, the air-fuel ratio controls reduce the enrichment degree of the air-fuel ratio of the internal combustion engine than when the normal mode is selected An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the exhaust gas is changed with a large gradient from the rich air-fuel ratio side toward the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof .
前記空燃比制御手段は、少なくとも前記第1排気センサの出力がリッチ空燃比側へ立ち上がるまで内燃機関の空燃比をリッチ空燃比側に小さく制御した状態を維持し、その後、該空燃比をリッチ空燃比側から理論空燃比またはその近傍に向けて大きな勾配で変化させることを特徴とする、請求項記載の内燃機関の排気浄化装置。 The air-fuel ratio control means maintains a state where the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled to be small toward the rich air-fuel ratio until at least the output of the first exhaust sensor rises to the rich air-fuel ratio, and then the air-fuel ratio is reduced to the rich air-fuel ratio. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the exhaust gas purification device is changed with a large gradient from the fuel ratio side toward the stoichiometric air fuel ratio or the vicinity thereof.
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