JP4894529B2 - Catalyst degradation detector - Google Patents

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Description

本発明は触媒劣化検出装置に関し、特に排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃HCに発生段階で対処して、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現する触媒劣化検出装置に関する。   The present invention relates to a catalyst deterioration detection apparatus, and more particularly, to a catalyst deterioration detection apparatus that realizes highly robust catalyst deterioration detection control by coping with hydrogen and unburned HC that adversely affect an exhaust gas sensor.

従来、酸素を検知する排気ガスセンサ(例えば酸素センサやA/Fセンサ)の出力を利用して、内燃機関の排気系に配設された触媒の劣化を検出する技術が知られている。図9は触媒の劣化を検出する方法の一例を模式的に示す図である。触媒は排気空燃比がリッチのときに酸素を放出する一方で、リーンのときに酸素を吸蔵する性質(酸素吸蔵能)を有しており、触媒では係る性質を利用して排気の浄化が行われている。ところがこの酸素吸蔵能は触媒の劣化に伴い低下することから、例えば排気を十分に浄化できるような範囲内で燃料噴射を行うためには触媒の劣化度合いを把握する必要がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for detecting deterioration of a catalyst disposed in an exhaust system of an internal combustion engine using an output of an exhaust gas sensor (for example, an oxygen sensor or an A / F sensor) that detects oxygen is known. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a method for detecting deterioration of the catalyst. While the catalyst releases oxygen when the exhaust air-fuel ratio is rich, it has the property of storing oxygen when it is lean (oxygen storage capacity), and the catalyst uses this property to purify exhaust. It has been broken. However, since this oxygen storage capacity decreases with the deterioration of the catalyst, it is necessary to grasp the degree of deterioration of the catalyst in order to perform fuel injection within a range that can sufficiently purify the exhaust gas, for example.

これに対して酸素吸蔵能は最大酸素吸蔵量で把握でき、最大酸素吸蔵量は例えば図9及び以下に示す演算式を利用して求めることができる。

Figure 0004894529
この演算式は触媒に流入する酸素量のうち、触媒が吸蔵或いは放出する酸素量を算出するとともに、算出した酸素量を積算していくように構成されている。なお、この演算式では空燃比(ここでは制御A/F−ストイキA/F)に燃料噴射量(ここでは単位時間当たりの燃料噴射量mfr×燃料噴射時間Δt)を乗じることで空気量が求まることから、この空気量にさらに空気中の酸素濃度(ここでは0.23)を乗じることで触媒が吸蔵或いは放出する酸素量を求めている。そしてこの酸素量は触媒が酸素を放出し切ったときを基準とすれば、図9に示す酸素吸蔵量として表すことができる。 On the other hand, the oxygen storage capacity can be grasped by the maximum oxygen storage amount, and the maximum oxygen storage amount can be obtained by using, for example, the arithmetic expression shown in FIG. 9 and the following.
Figure 0004894529
This calculation formula is configured to calculate the amount of oxygen stored or released by the catalyst out of the amount of oxygen flowing into the catalyst, and to integrate the calculated amount of oxygen. In this equation, the air amount is obtained by multiplying the air-fuel ratio (here, control A / F-stoichiometric A / F) by the fuel injection amount (here, fuel injection amount mfr per unit time × fuel injection time Δt). Therefore, the amount of oxygen absorbed or released by the catalyst is obtained by further multiplying the amount of air by the oxygen concentration in the air (here, 0.23). This oxygen amount can be expressed as the oxygen storage amount shown in FIG. 9 on the basis that the catalyst has completely released oxygen.

このため触媒の下流に配設された酸素センサの出力に基づき、酸素センサの出力が反転したときに、排気空燃比もリッチ、リーン間で反転するように所定の燃料噴射量mfr及び燃料噴射時間Δtで燃料噴射制御を行うとともに、このときに触媒の上流に配設されたA/Fセンサで制御A/Fを検出するようにすれば、上記演算式を利用して最大酸素吸蔵量を算出できる。さらに最大酸素吸蔵量と触媒の劣化度合いの間には図10に示すような相関関係があることから、上記のようにして最大酸素吸蔵量を求めれば、図10に示す関係に基づき触媒の劣化を判定及び検出できる(以下、上記のようにして触媒の劣化を検出する制御を単にアクティブ劣化検出制御と称す)。なお、例えば特許文献1などで排気ガスセンサの出力を利用して触媒の劣化を検出する技術が提案されている。   Therefore, based on the output of the oxygen sensor disposed downstream of the catalyst, when the output of the oxygen sensor is reversed, the predetermined fuel injection amount mfr and the fuel injection time are set so that the exhaust air-fuel ratio is also rich and reversed between leans. If the fuel injection control is performed at Δt and the control A / F is detected by the A / F sensor disposed upstream of the catalyst at this time, the maximum oxygen storage amount is calculated using the above formula. it can. Further, since there is a correlation as shown in FIG. 10 between the maximum oxygen storage amount and the degree of deterioration of the catalyst, if the maximum oxygen storage amount is obtained as described above, the deterioration of the catalyst based on the relationship shown in FIG. Can be determined and detected (hereinafter, control for detecting catalyst deterioration as described above is simply referred to as active deterioration detection control). For example, Patent Document 1 proposes a technique for detecting deterioration of the catalyst using the output of the exhaust gas sensor.

特開2002−364428号公報JP 2002-364428 A

ところで排気ガスには酸素のほかにも水素や未燃HCなどが含まれている。そして水素や未燃HCのうちでもメタンなどは酸素よりもガス拡散し易いことから、酸素よりも速く排気ガスセンサの電極に到達する。この状態は、本来電極に到達すべき酸素が水素の影響で電極に到達できなくなっている状態であり、このときには排気ガスセンサの出力に基づき、排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチ寄りに検出されてしまう。すなわち、水素やメタンは排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチであると誤検出するように排気ガスセンサに作用してしまう。このため、このときには排気ガスセンサの出力特性がずれてくることに起因して、酸素センサの出力が反転したときに行われる燃料噴射制御のタイミングが不適切になることなどから最大酸素吸蔵量を正確に求めることができなくなり、この結果、触媒劣化検出精度が低下してしまう虞があった。   By the way, the exhaust gas contains hydrogen and unburned HC in addition to oxygen. Of hydrogen and unburned HC, methane and the like are more likely to diffuse gas than oxygen, and therefore reach the exhaust gas sensor electrode faster than oxygen. In this state, oxygen that should originally reach the electrode cannot reach the electrode due to the influence of hydrogen. At this time, based on the output of the exhaust gas sensor, the exhaust air-fuel ratio is closer to the richer than the true exhaust air-fuel ratio. It will be detected. That is, hydrogen and methane act on the exhaust gas sensor so as to erroneously detect that the exhaust air / fuel ratio is richer than the true exhaust air / fuel ratio. Therefore, at this time, the maximum oxygen storage amount is accurately determined because the timing of the fuel injection control performed when the output of the oxygen sensor is reversed due to the deviation of the output characteristics of the exhaust gas sensor. As a result, there is a possibility that the catalyst deterioration detection accuracy is lowered.

一方、水素や未燃HCは濃い混合気が燃焼した際に生成され易いことから、混合気のミキシング性が悪いと水素やメタンの発生量も増加する。これに対して、燃焼室内にタンブル流やスワール流といった旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設されている場合、燃焼改善等を目的として強い旋回気流で混合気のミキシング性を向上させるために気流制御弁は例えば半開に制御される。図11は気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。気流制御弁は例えば図11に示すように燃焼改善を目的として全開から半開に適宜制御される。このように気流制御弁が制御されると半開時に混合気のミキシング性が向上する一方で、気流制御弁の開弁状態(例えば全開)によっては混合気のミキシング性が相対的に低下することから、水素や未燃HCの発生量が相対的に増大することになる。この場合には、その分水素やメタンが排気ガスセンサに大きく作用し易くなることから、触媒劣化検出精度が低下してしまう虞がある。   On the other hand, since hydrogen and unburned HC are easily generated when a rich air-fuel mixture burns, the amount of hydrogen and methane generated increases if the air-fuel mixture is poorly mixed. In contrast, when an airflow control valve for generating a swirling airflow such as a tumble flow or a swirl flow is provided in the intake passage in the combustion chamber, the mixing of the air-fuel mixture with a strong swirling airflow for the purpose of improving combustion, etc. In order to improve the airflow control valve, for example, it is controlled to be half open. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the opening / closing behavior of the airflow control valve. For example, as shown in FIG. 11, the airflow control valve is appropriately controlled from full open to half open for the purpose of improving combustion. When the airflow control valve is controlled in this way, the mixing property of the air-fuel mixture is improved when the airflow control valve is half-opened. On the other hand, depending on the open state of the airflow control valve (for example, fully open) The generation amount of hydrogen and unburned HC will be relatively increased. In this case, since hydrogen and methane easily act on the exhaust gas sensor, the catalyst deterioration detection accuracy may be reduced.

これに対して、三元触媒では水素や未燃HCが酸素と反応して燃焼することから、三元触媒の下流側では一般に水素や未燃HCが大幅に減少する。ところが内燃機関の気筒間で空燃比がばらついた場合には、各気筒のうち、空燃比がリッチとなった気筒から排出される排気ガスに含まれる水素が三元触媒の上流だけでなく、下流の排気ガスセンサに対しても同様に悪影響を及ぼしてしまう。図12は内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。図12では直列4気筒の内燃機関で計測した場合の水素濃度を示しており、また各気筒の空燃比を順番にリッチ、リーン、リーン、リッチにすることで空燃比にばらつきがある場合を再現している。なお、水素濃度を示す縦軸はログスケールとなっている。   On the other hand, in the three-way catalyst, hydrogen and unburned HC react with oxygen and combust, and therefore, hydrogen and unburned HC are generally greatly reduced on the downstream side of the three-way catalyst. However, when the air-fuel ratio varies between the cylinders of the internal combustion engine, hydrogen contained in the exhaust gas discharged from the cylinder in which the air-fuel ratio becomes rich is not only upstream of the three-way catalyst but also downstream of each cylinder. This also has an adverse effect on the exhaust gas sensor. FIG. 12 shows the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst when there is no air-fuel ratio variation between cylinders and between the cylinders. It is a figure shown about. FIG. 12 shows the hydrogen concentration when measured with an in-line four-cylinder internal combustion engine, and reproduces the case where the air-fuel ratio varies by making the air-fuel ratio of each cylinder rich, lean, lean, and rich in order. is doing. The vertical axis indicating the hydrogen concentration is a log scale.

図12より、水素濃度は内燃機関から排出される場合(内燃機関後の場合)と三元触媒から排出される場合(三元触媒後の場合)とでともに気筒間で空燃比のばらつきがあるほうが高くなっていることがわかる。ここで、特に三元触媒から排出される場合にも水素濃度が高くなっているのは、三元触媒内の酸素量が不足し、空燃比がリッチとなった気筒から排出された水素が酸素と十分に反応できなくなった結果と考えられる。また、係る傾向は未燃HCについても同様に成立すると考えられる。図12から気筒間で空燃比がばらつくと排気ガス中の水素濃度が高くなり排気ガスセンサに悪影響を及ぼす虞が増大することがわかるが、このように気筒間で空燃比がばらつくといった不確定な外乱的要素に対しては、まず発生源対策といった観点で水素や未燃HCに対処してアクティブ劣化検出制御等の触媒劣化検出制御を実行することが有効であるといえる。   From FIG. 12, the air-fuel ratio varies between cylinders both when the hydrogen concentration is discharged from the internal combustion engine (after the internal combustion engine) and when discharged from the three-way catalyst (after the three-way catalyst). You can see that it is higher. Here, especially when exhausted from the three-way catalyst, the hydrogen concentration is high because the amount of oxygen in the three-way catalyst is insufficient and the hydrogen exhausted from the cylinder whose air-fuel ratio has become rich is oxygen. It is thought that this is the result of not being able to react sufficiently. Moreover, it is thought that the tendency concerned is materialized similarly about unburned HC. It can be seen from FIG. 12 that when the air-fuel ratio varies between the cylinders, the hydrogen concentration in the exhaust gas increases and the possibility of adverse effects on the exhaust gas sensor increases, but indefinite disturbance such as the air-fuel ratio varies between the cylinders in this way. It can be said that it is effective to first perform catalyst deterioration detection control such as active deterioration detection control in response to hydrogen and unburned HC from the viewpoint of the generation source.

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃HCに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to realize highly robust catalyst deterioration detection control by dealing with hydrogen and unburned HC that adversely affect the exhaust gas sensor at the generation stage. An object is to provide a detection device.

上記課題を解決するために、本発明は内燃機関で行われる燃焼の状態を改善するための燃焼改善手段と、排気ガスを浄化する触媒と、前記触媒の上流側における排気ガス中の酸素を検出する排気ガスセンサとを備える内燃機関システムで、前記排気ガスセンサの出力を利用して前記触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出制御を実行する触媒劣化検出装置であって、前記燃焼改善手段は、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成させることで燃焼の状態を改善し、前記燃焼改善手段が前記内燃機関の燃焼室内に強い旋回気流を生成させて混合気のミキシング性が高い状態のときに、前記触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可手段を備えることを特徴とする。ここで燃焼改善の度合いが高ければ、水素や未燃HCの燃焼が図られることから燃焼室から排出される水素や未燃HCの量も少なくなる。さらに係る状態であれば、仮に各気筒の空燃比がばらついた場合でも空燃比がリッチとなった気筒から排出される水素や未燃HCの量も低減できる。本発明は係る点に鑑みたものであり、本発明によれば発生段階で水素や未燃HCに対処してロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a combustion improvement means for improving the condition of combustion performed in the internal combustion engine, a catalyst for purifying exhaust gas, the oxygen in the exhaust gas at the upstream side of the catalyst in an internal combustion engine system including an exhaust gas sensor to be detected, the a catalyst deterioration detection device for performing the catalyst deterioration detection control of the output by utilizing for detecting deterioration of the catalyst exhaust gas sensors, the combustion improvement means The combustion state is improved by generating a swirling airflow in the combustion chamber of the internal combustion engine, and the combustion improving means generates a strong swirling airflow in the combustion chamber of the internal combustion engine so that the mixing property of the air-fuel mixture is high. In some cases, a deterioration detection control permission means for permitting execution of the catalyst deterioration detection control is provided. Here, if the degree of combustion improvement is high, hydrogen and unburned HC are combusted, so the amount of hydrogen and unburned HC discharged from the combustion chamber is also reduced. Further, in such a state, even if the air-fuel ratio of each cylinder varies, the amount of hydrogen and unburned HC discharged from the cylinder in which the air-fuel ratio becomes rich can be reduced. The present invention has been made in view of this point, and according to the present invention, highly robust catalyst deterioration detection control can be realized by dealing with hydrogen and unburned HC at the generation stage.

なお、燃焼改善手段は混合気のミキシング性を向上させることなどで燃焼状態を改善できる手段であれば適宜の手段であってよく、例えばスワール流を生成するために形成されたヘリカルポートを燃焼改善手段として捉えることなども可能である。この場合、ヘリカルポートによる燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可すべく、例えばヘリカルポートによって所定の燃焼改善効果が得られるときの内燃機関の運転状態に基づき、触媒劣化検出制御の実行を許可することなども本発明に含まれる。   The combustion improving means may be any means as long as it can improve the combustion state by improving the mixing property of the air-fuel mixture, for example, improving the combustion of a helical port formed to generate a swirl flow. It can also be understood as a means. In this case, in order to allow the execution of the catalyst deterioration detection control according to the degree of combustion improvement by the helical port, for example, based on the operating state of the internal combustion engine when a predetermined combustion improvement effect is obtained by the helical port, the catalyst deterioration detection control It is also included in the present invention to permit execution of the above.

また本発明は前記燃焼改善手段が、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成するために該内燃機関の吸気系の吸気通路に配設される気流制御弁であってもよい。燃焼改善手段は具体的には例えば高い燃焼改善効果を奏する気流制御弁であることが好適である。   In the present invention, the combustion improving means may be an airflow control valve disposed in an intake passage of an intake system of the internal combustion engine in order to generate a swirling airflow in the combustion chamber of the internal combustion engine. Specifically, the combustion improving means is preferably an airflow control valve that exhibits a high combustion improving effect, for example.

また本発明は前記劣化検出制御許可手段が、前記気流制御弁の開弁状態に基づき前記触媒劣化検出制御の実行を許可してもよい。ここで混合気のミキシング性は気流制御弁の開弁状態によって変化することから、燃焼改善手段が気流制御弁である場合には、具体的には例えば気流制御弁の開弁状態に基づいて触媒劣化検出制御の実行を許可することで、燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可できる。なお、劣化検出制御許可手段は、気流制御弁の開弁状態が半開のときに劣化検出制御の実行を許可することが好ましい。これは一般に気流制御弁の開弁状態が半開のときに、燃焼室内に強い旋回気流が生成されて混合気のミキシング性が高くなることによる。   In the present invention, the deterioration detection control permission unit may permit the execution of the catalyst deterioration detection control based on an open state of the airflow control valve. Here, since the mixing property of the air-fuel mixture changes depending on the open state of the airflow control valve, when the combustion improving means is an airflow control valve, specifically, for example, the catalyst based on the open state of the airflow control valve. By permitting the execution of the deterioration detection control, the execution of the catalyst deterioration detection control can be permitted according to the degree of combustion improvement. The deterioration detection control permission means preferably permits the execution of the deterioration detection control when the airflow control valve is in a half-open state. This is due to the fact that when the airflow control valve is opened halfway, a strong swirling airflow is generated in the combustion chamber, and the mixing property of the air-fuel mixture becomes high.

本発明によれば、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃HCに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる触媒劣化検出装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the catalyst deterioration detection apparatus which can implement | achieve highly robust catalyst deterioration detection control can be provided by dealing with the hydrogen and unburned HC which have a bad influence on an exhaust gas sensor at the generation | occurrence | production stage.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1はECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)1で実現されている本実施例に係る触媒劣化検出装置を内燃機関システム100とともに模式的に示す図である。内燃機関システム100は吸気系10と、排気系20と、燃料噴射系30と、内燃機関50とを有して構成されている。吸気系10は内燃機関50に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ11や、吸入空気量を計測するエアフロメータ12や、吸気の流量を調節するスロットル弁13や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク14や、吸気を内燃機関50の各気筒に分配するインテークマニホールド15や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a catalyst deterioration detection apparatus according to this embodiment implemented by an ECU (Electronic Control Unit) 1 together with an internal combustion engine system 100. The internal combustion engine system 100 includes an intake system 10, an exhaust system 20, a fuel injection system 30, and an internal combustion engine 50. The intake system 10 is configured to introduce air into the internal combustion engine 50, and includes an air cleaner 11 for filtering intake air, an air flow meter 12 for measuring the amount of intake air, a throttle valve 13 for adjusting the flow rate of intake air, A surge tank 14 that temporarily stores intake air, an intake manifold 15 that distributes intake air to each cylinder of the internal combustion engine 50, and intake pipes that are appropriately disposed between them are configured.

排気系20はエキゾーストマニホールド21と、三元触媒22と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド21は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒22は排気を浄化するための構成であり、炭化水素HC及び一酸化炭素COの酸化と窒素酸化物NOxの還元を行う。また三元触媒22は、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の極めて狭い範囲にある場合にのみ上記三成分を同時に浄化可能であることから、三元触媒22に流入する排気空燃比を理論空燃比近傍に維持することがエミッションを低減する上で重要となる。   The exhaust system 20 includes an exhaust manifold 21, a three-way catalyst 22, a silencer (not shown), and an intake pipe appropriately disposed between these components. The exhaust manifold 21 is configured to join the exhaust from each cylinder, and the exhaust passage branched according to each cylinder is gathered into one exhaust passage on the downstream side. The three-way catalyst 22 is configured to purify exhaust gas, and performs oxidation of hydrocarbons HC and carbon monoxide CO and reduction of nitrogen oxides NOx. The three-way catalyst 22 can simultaneously purify the above three components only when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is within a very narrow range near the stoichiometric air-fuel ratio, so that the exhaust air-fuel ratio flowing into the three-way catalyst 22 can be reduced. Maintaining near the stoichiometric air-fuel ratio is important for reducing emissions.

排気系20には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのA/Fセンサ23が三元触媒22の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ24が三元触媒22の下流に夫々配設されている。なお、本実施例ではアクティブ劣化検出制御を行うために上記のような構成となっているが、三元触媒22の上流及び下流に配設される排気ガスセンサの組み合わせはこれに限られず、例えば三元触媒22の上流及び下流にともにA/Fセンサ23或いは酸素センサ24を配設するなど、適宜の組み合わせであってよい。また例えば三元触媒22の上流或いは下流にだけA/Fセンサ23或いは酸素センサ24が配設されていてもよい。   In the exhaust system 20, an A / F sensor 23 for linearly detecting the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust is upstream of the three-way catalyst 22, and the air-fuel ratio is based on the oxygen concentration in the exhaust from the stoichiometric air-fuel ratio. Also, oxygen sensors 24 for detecting whether the gas is rich or lean are disposed downstream of the three-way catalyst 22, respectively. In the present embodiment, the above-described configuration is used to perform the active deterioration detection control. However, the combination of exhaust gas sensors disposed upstream and downstream of the three-way catalyst 22 is not limited to this. An appropriate combination may be employed, such as arranging the A / F sensor 23 or the oxygen sensor 24 both upstream and downstream of the original catalyst 22. For example, the A / F sensor 23 or the oxygen sensor 24 may be provided only upstream or downstream of the three-way catalyst 22.

次にA/Fセンサ23について詳述する。図2はA/Fセンサ23の出力特性を示す図であり、横軸は排気ガス分析計による真の排気空燃比、縦軸はA/Fセンサ23の出力に基づき検出された排気空燃比を夫々示している。図2では三元触媒22の上流に排気ガスセンサを配設した場合と、下流に排気ガスセンサを配設した場合の出力特性の相違を比較するために、三元触媒22の上流だけでなく、下流にもA/Fセンサ23を配設した場合の出力特性を夫々示している。また図2では、同時に真の排気空燃比と水素濃度との関係を上記出力特性に対応させて示している。破線で示すラインL1は真の排気空燃比を示している。これに対してラインL2は上流側のA/Fセンサ23(以下、触媒前A/Fセンサと称す)の出力に基づき検出された排気空燃比を示しており、ラインL3は下流側のA/Fセンサ23(以下、触媒後A/Fセンサと称す)の出力に基づき検出された排気空燃比を示している。   Next, the A / F sensor 23 will be described in detail. FIG. 2 is a diagram showing the output characteristics of the A / F sensor 23. The horizontal axis represents the true exhaust air-fuel ratio by the exhaust gas analyzer, and the vertical axis represents the exhaust air-fuel ratio detected based on the output of the A / F sensor 23. Each shows. In FIG. 2, in order to compare the difference in output characteristics between the case where the exhaust gas sensor is disposed upstream of the three-way catalyst 22 and the case where the exhaust gas sensor is disposed downstream, In addition, output characteristics when the A / F sensor 23 is provided are also shown. In FIG. 2, the relationship between the true exhaust air / fuel ratio and the hydrogen concentration is shown corresponding to the output characteristics. A line L1 indicated by a broken line indicates a true exhaust air-fuel ratio. On the other hand, the line L2 indicates the exhaust air-fuel ratio detected based on the output of the upstream A / F sensor 23 (hereinafter referred to as the pre-catalyst A / F sensor), and the line L3 indicates the downstream A / F sensor. The exhaust air-fuel ratio detected based on the output of the F sensor 23 (hereinafter referred to as a post-catalyst A / F sensor) is shown.

横軸の真の排気空燃比を基準にして、同一の真の排気空燃比でこれらのラインL1、L2及びL3を比較した場合、ラインL2及びL3はともに真の排気空燃比を示すラインL1よりもリッチ寄りになっていることがわかる。さらにラインL2はラインL3よりも相当リッチ寄りになっていることがわかる。これは三元触媒22で水素や未燃HCが酸素と反応して大幅に減少するため、触媒後A/Fセンサは比較的水素や未燃HC(例えばメタン)の影響を受け難くなっているのに対して、触媒前A/Fセンサは水素や未燃HCの影響を大きく受けてしまうことによる。このため、触媒後A/Fセンサは真の排気空燃比に比較的近い排気空燃比を検出しているのに対して、触媒前A/Fセンサは真の排気空燃比よりも相当リッチ寄りの排気空燃比を検出してしまうことになる。   When these lines L1, L2 and L3 are compared at the same true exhaust air-fuel ratio with reference to the true exhaust air-fuel ratio on the horizontal axis, the lines L2 and L3 are both from the line L1 indicating the true exhaust air-fuel ratio. It turns out that it is also richer. Further, it can be seen that the line L2 is considerably richer than the line L3. This is because the three-way catalyst 22 significantly reduces hydrogen and unburned HC by reacting with oxygen, so the post-catalyst A / F sensor is relatively less susceptible to hydrogen and unburned HC (for example, methane). In contrast, the pre-catalyst A / F sensor is greatly influenced by hydrogen and unburned HC. For this reason, the post-catalyst A / F sensor detects an exhaust air-fuel ratio that is relatively close to the true exhaust air-fuel ratio, whereas the pre-catalyst A / F sensor is considerably richer than the true exhaust air-fuel ratio. The exhaust air-fuel ratio will be detected.

次に縦軸の検出された排気空燃比を基準にして、同一の検出された排気空燃比でこれらラインL1、L2及びL3を比較した場合、ラインL2及びL3はともに真の排気空燃比を示すラインL1よりもリーン側にずれていることがわかる。また、ずれの程度も水素や未燃HCの影響を大きく受ける触媒前A/Fセンサのほうが触媒後A/Fセンサよりも大きくなっていることがわかる。したがって、この状態でアクティブ劣化検出制御を実行すると、制御A/Fがリーン側にずれていることに起因して、三元触媒22に流入する排気ガスがリーン寄りになってしまうことから、排気エミッションとしてNOxが増大してしまうことになる。なお、このように触媒前A/Fセンサのほうが水素や未燃HCの悪影響を大きく受けるという傾向は、触媒前または触媒後A/Fセンサが酸素センサ24である場合でも同様である。一方水素濃度に関しては、真の排気空燃比が小さくなるにしたがって増大していることがわかる。すなわち、混合気が濃い場合ほど水素の発生量が多くなることがわかる。また、この傾向は未燃HCについても同様である。これらの特性から同一空燃比(例えば理論空燃比)の場合でも混合気のミキシング性が高いほうが、濃い混合気の燃焼で水素や未燃HCが余計に発生することを回避できることから、排気ガスセンサにとってより好ましいことがわかる。   Next, when these lines L1, L2 and L3 are compared with the same detected exhaust air-fuel ratio on the basis of the detected exhaust air-fuel ratio on the vertical axis, the lines L2 and L3 both show the true exhaust air-fuel ratio. It turns out that it has shifted | deviated to the lean side rather than the line L1. It can also be seen that the degree of deviation is larger in the pre-catalyst A / F sensor that is greatly influenced by hydrogen and unburned HC than in the post-catalyst A / F sensor. Therefore, if the active deterioration detection control is executed in this state, the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 22 becomes leaner because the control A / F is shifted to the lean side. As a result, NOx increases as an emission. The tendency that the pre-catalyst A / F sensor is adversely affected by hydrogen and unburned HC as described above is the same even when the pre-catalyst or post-catalyst A / F sensor is the oxygen sensor 24. On the other hand, the hydrogen concentration increases as the true exhaust air-fuel ratio decreases. That is, it can be seen that the richer the gas mixture, the greater the amount of hydrogen generated. This tendency is the same for unburned HC. From these characteristics, even when the air-fuel ratio is the same (for example, the stoichiometric air-fuel ratio), the higher the mixing of the air-fuel mixture, the more hydrogen and unburned HC can be prevented from being generated by the combustion of the rich air-fuel mixture. It turns out that it is more preferable.

次に酸素センサ24について詳述する。図3は酸素センサ24の検出部を模式的に示す図である。酸素センサ24の検出部は、例えば酸化ジルコニウム(ZrO2 )等の固体電解質24aの両側に2つの白金電極からなる大気側電極24b及び排気側電極24cを配置した構成となっている。酸素センサ24が排気通路に配設された状態で、排気側電極24cは多孔質の保護層24d、触媒層24e及び捕捉層24fを介して排気ガスに接触し、大気側電極24bは大気に接触する。このように酸素濃度の異なる気体が固体電解質24aの両側の電極24b及び24cに接触すると、電極相互の酸素濃度差により高酸素濃度側となる大気側電極24bでは大気中の酸素分子がイオン化する。この酸素イオンは酸化ジルコニウム中を低酸素濃度側となる排気側電極24cに向けて移動し、排気側電極24cで酸素分子になる。これにより、大気側電極24bと排気側電極24cとの間には酸化ジルコニウム中を流れる酸素イオンの量に応じた起電力が生成される。また、単位時間当たりに流れる酸素イオンの量は大気と排気の酸素濃度差に応じて変化するため、上記起電力を出力電圧として取り出すことにより、排気中の酸素濃度に応じた出力を得ることができる。 Next, the oxygen sensor 24 will be described in detail. FIG. 3 is a diagram schematically showing a detection unit of the oxygen sensor 24. The detection part of the oxygen sensor 24 has a configuration in which, for example, an atmosphere side electrode 24b and an exhaust side electrode 24c made of two platinum electrodes are arranged on both sides of a solid electrolyte 24a such as zirconium oxide (ZrO 2 ). In a state where the oxygen sensor 24 is disposed in the exhaust passage, the exhaust side electrode 24c comes into contact with the exhaust gas through the porous protective layer 24d, the catalyst layer 24e, and the trapping layer 24f, and the atmosphere side electrode 24b comes into contact with the atmosphere. To do. When gases having different oxygen concentrations come into contact with the electrodes 24b and 24c on both sides of the solid electrolyte 24a in this way, oxygen molecules in the atmosphere are ionized in the atmosphere-side electrode 24b on the high oxygen concentration side due to the difference in oxygen concentration between the electrodes. The oxygen ions move in the zirconium oxide toward the exhaust side electrode 24c on the low oxygen concentration side, and become oxygen molecules at the exhaust side electrode 24c. Thereby, an electromotive force corresponding to the amount of oxygen ions flowing in the zirconium oxide is generated between the atmosphere-side electrode 24b and the exhaust-side electrode 24c. In addition, since the amount of oxygen ions flowing per unit time changes according to the difference in oxygen concentration between the atmosphere and the exhaust, it is possible to obtain an output corresponding to the oxygen concentration in the exhaust by taking out the electromotive force as an output voltage. it can.

図4は酸素センサ24の出力特性を示す図である。酸素センサ24の出力は理論空燃比近傍で比較的急激に変化する、いわゆるZ特性を示す。ところが、排気ガス中に水素やメタンが含まれているとこれらの拡散速度が速いこと等に起因して、排気側電極24c近傍では水素やメタンの濃度が酸素センサ24の外部の排気ガスよりも高くなる。さらに排気側電極24c近傍では、水素やメタンが酸素と反応して外部の排気ガスよりも排気側電極24c近傍の酸素濃度を低くするように作用してしまう。このため、酸素センサ24は外部の排気空燃比が相当リーンにならないとリーン出力を発生しなくなる。   FIG. 4 is a diagram showing the output characteristics of the oxygen sensor 24. The output of the oxygen sensor 24 exhibits a so-called Z characteristic that changes relatively rapidly in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. However, when hydrogen or methane is contained in the exhaust gas, the concentration of hydrogen or methane is higher in the vicinity of the exhaust-side electrode 24c than in the exhaust gas outside the oxygen sensor 24 due to the high diffusion rate. Get higher. Further, in the vicinity of the exhaust side electrode 24c, hydrogen or methane reacts with oxygen and acts to lower the oxygen concentration in the vicinity of the exhaust side electrode 24c than the external exhaust gas. Therefore, the oxygen sensor 24 does not generate a lean output unless the external exhaust air-fuel ratio becomes considerably lean.

これに対して、酸素センサ24は保護層24dの外側にアルミナ等の触媒担体からなる多孔質な触媒層24eを備えている。この触媒層24eは白金(Pt)、ロジウム(Rh)等の触媒成分を担持している。これにより、排気中の水素やメタン等の可燃成分は触媒層24eで排気中の酸素と反応し、平衡化された後に保護層24dを通って排気側電極24cに到達するようになる。このため、触媒層24eを備えていない酸素センサでは出力特性が水素の影響でラインL4に示すようになるのに対して、酸素センサ24ではラインL5で示すような真の排気空燃比によりよく対応した出力特性を得ることができる。なお、酸素センサ24の代わりに触媒層24eを有しない酸素センサを備えることも可能である。   On the other hand, the oxygen sensor 24 includes a porous catalyst layer 24e made of a catalyst carrier such as alumina outside the protective layer 24d. The catalyst layer 24e carries catalyst components such as platinum (Pt) and rhodium (Rh). As a result, combustible components such as hydrogen and methane in the exhaust gas react with oxygen in the exhaust gas in the catalyst layer 24e, and after being balanced, reach the exhaust-side electrode 24c through the protective layer 24d. For this reason, in the oxygen sensor not provided with the catalyst layer 24e, the output characteristic is as shown in the line L4 due to the influence of hydrogen, whereas in the oxygen sensor 24, the true exhaust air / fuel ratio as shown in the line L5 is better handled. Output characteristics can be obtained. It is also possible to provide an oxygen sensor that does not have the catalyst layer 24e instead of the oxygen sensor 24.

図1に示す燃料噴射系30は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁31や燃料噴射ポンプ32や燃料タンク33などを有して構成されている。燃料噴射弁31は燃料を噴射するための構成であり、ECU1の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ECU1の制御のもと燃料噴射弁31が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ32は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ECU1の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。   A fuel injection system 30 shown in FIG. 1 is configured to supply and inject fuel, and includes a fuel injection valve 31, a fuel injection pump 32, a fuel tank 33, and the like. The fuel injection valve 31 is configured to inject fuel, and is opened at an appropriate injection timing and injects fuel under the control of the ECU 1. The fuel injection amount is adjusted by the length of the valve opening period until the fuel injection valve 31 is closed under the control of the ECU 1. The fuel injection pump 32 is configured to pressurize the fuel to generate an injection pressure, and adjusts the injection pressure to an appropriate injection pressure under the control of the ECU 1.

内燃機関50はシリンダブロック51と、シリンダヘッド52と、ピストン53と、点火プラグ54と、吸気弁55と、排気弁56とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関50は直列4気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関50は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えば他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図1では内燃機関50に関し、各気筒の代表としてシリンダ51aについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック51には、略円筒状のシリンダ51aが形成されている。シリンダ51a内には、ピストン53が収容されている。シリンダブロック51の上面にはシリンダヘッド52が固定されている。燃焼室57は、シリンダブロック51、シリンダヘッド52及びピストン53に囲まれた空間として形成されている。   The internal combustion engine 50 includes a cylinder block 51, a cylinder head 52, a piston 53, a spark plug 54, an intake valve 55, and an exhaust valve 56. The internal combustion engine 50 shown in the present embodiment is an inline 4-cylinder gasoline engine. However, the internal combustion engine 50 is not particularly limited as long as it is an internal combustion engine capable of implementing the present invention, and may have other appropriate cylinder arrangement structure and number of cylinders, for example. In FIG. 1, the main part of the internal combustion engine 50 is shown with respect to the cylinder 51a as a representative of each cylinder. However, in this embodiment, the other cylinders have the same structure. The cylinder block 51 is formed with a substantially cylindrical cylinder 51a. A piston 53 is accommodated in the cylinder 51a. A cylinder head 52 is fixed to the upper surface of the cylinder block 51. The combustion chamber 57 is formed as a space surrounded by the cylinder block 51, the cylinder head 52, and the piston 53.

シリンダヘッド52には燃焼室57に吸気を導くための吸気ポート52aのほか、燃焼したガスを燃焼室57から排気するための排気ポート52bが形成され、さらにこれら吸排気ポート52a及び52bを開閉するための吸排気弁55及び56が配設されている。なお、内燃機関50は1気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁55及び56を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ54は、燃焼室57の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されている。燃料噴射弁31は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート52a内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されている。但し、燃料噴射弁31の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できる配置などであってもよい。   In addition to an intake port 52a for guiding intake air to the combustion chamber 57, the cylinder head 52 is formed with an exhaust port 52b for exhausting the combusted gas from the combustion chamber 57, and opens and closes the intake and exhaust ports 52a and 52b. For this purpose, intake and exhaust valves 55 and 56 are provided. The internal combustion engine 50 may have an intake / exhaust valve structure including an appropriate number of intake / exhaust valves 55 and 56 per cylinder. The spark plug 54 is disposed in the cylinder head 52 with an electrode protruding substantially in the center above the combustion chamber 57. The fuel injection valve 31 is disposed in the cylinder head 52 with a fuel injection hole protruding into the intake port 52a so as to perform so-called port injection. However, the arrangement of the fuel injection valve 31 is not limited to this, and may be an arrangement in which fuel can be directly injected into the cylinder, for example.

吸気ポート52aには、燃焼室57内にタンブル流を生成するための気流制御弁58が配設されている。気流制御弁58は、ECU1の制御のもと吸気ポート52a内で吸気を偏流させて燃焼室57内にタンブル流を生成するための構成である。気流制御弁58の先端側には所定の開口面積を持つ切り欠き部(図示省略)が形成されており、この切り欠き部により特に気流制御弁58全閉時に吸気の流速が高められる。なお、気流制御弁58はインテークマニホールド15が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁58はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室57内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。そのほか内燃機関50には、回転数Neに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ71や、内燃機関50の水温を検出するための水温センサ72などの各種のセンサが配設されている。   An air flow control valve 58 for generating a tumble flow in the combustion chamber 57 is disposed in the intake port 52a. The airflow control valve 58 is configured to generate a tumble flow in the combustion chamber 57 by causing the intake air to drift in the intake port 52 a under the control of the ECU 1. A notch (not shown) having a predetermined opening area is formed on the front end side of the airflow control valve 58, and this notch increases the flow rate of intake air particularly when the airflow control valve 58 is fully closed. The airflow control valve 58 may be disposed in the intake passage formed by the intake manifold 15. Further, the air flow control valve 58 is not limited to the one that generates the tumble flow, and any reverse tumble may be used as long as it can generate a strong swirling air flow in the combustion chamber 57 in a predetermined valve open state and improve the mixing property of the air-fuel mixture. It is also possible to generate an oblique tumble flow formed by combining a flow, a swirl flow, a tumble flow and a swirl flow. In addition, the internal combustion engine 50 is provided with various sensors such as a crank angle sensor 71 for generating an output pulse proportional to the rotational speed Ne and a water temperature sensor 72 for detecting the water temperature of the internal combustion engine 50.

ECU1は、図示しないCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)などで構成されるマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンと称す)と、入出力回路などを有して構成されている。ECU1は主として内燃機関50を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁31や燃料噴射ポンプ32のほか、点火プラグ54(より具体的には図示しないイグナイタ)や、気流制御弁58(より具体的には図示しない気流制御弁58用のアクチュエータ)なども制御している。ECU1にはこれら燃料噴射弁31などのほか、各種の制御対象が駆動回路(図示省略)を介して接続されている。また、ECU1にはエアフロメータ12や、クランク角センサ71や、水温センサ72や、アクセルペダル(図示省略)の踏み込み量(アクセル開度)を検知するためのアクセルセンサ73などの各種のセンサが接続されている。   The ECU 1 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory) and the like (hereinafter simply referred to as a microcomputer), An output circuit is included. The ECU 1 is mainly configured to control the internal combustion engine 50. In the present embodiment, in addition to the fuel injection valve 31 and the fuel injection pump 32, an ignition plug 54 (more specifically, an igniter not shown) and an airflow control valve 58 are provided. (More specifically, an actuator for the airflow control valve 58 (not shown)) is also controlled. In addition to the fuel injection valve 31 and the like, various control objects are connected to the ECU 1 via a drive circuit (not shown). The ECU 1 is connected to various sensors such as an air flow meter 12, a crank angle sensor 71, a water temperature sensor 72, and an accelerator sensor 73 for detecting the amount of depression (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown). Has been.

ROMはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関50制御用プログラムのほか、燃料噴射制御を行うための燃料噴射制御用プログラムや、触媒劣化検出制御を行うための触媒劣化検出制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関50制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。本実施例では触媒劣化検出制御用プログラムはアクティブ劣化検出制御を行うためのプログラムとなっている。また本実施例では触媒劣化検出制御用のプログラムは、気流制御弁58による燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可用プログラムを有して構成されている。   The ROM is configured to store a program in which various processes executed by the CPU are described. In this embodiment, in addition to the internal combustion engine 50 control program, a fuel injection control program for performing fuel injection control, A catalyst deterioration detection control program for performing catalyst deterioration detection control is also stored. These programs may be configured as a part of the internal combustion engine 50 control program. In this embodiment, the catalyst deterioration detection control program is a program for performing active deterioration detection control. In this embodiment, the catalyst deterioration detection control program includes a deterioration detection control permission program that permits the execution of the catalyst deterioration detection control according to the degree of combustion improvement by the airflow control valve 58.

この劣化検出制御許可用プログラムは、具体的にはまずアクティブ劣化検出制御について所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに劣化検出制御許可用プログラムは、気流制御弁58の開弁状態に基づき、所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。所定の開度条件とは、気流制御弁58の開弁状態が強いタンブル流を生成して混合気のミキシング性を向上させることができる開弁状態になっていることであり、本実施例ではこの開度条件を満たす開弁状態が半開に設定されている。但しこれに限られず、例えば内燃機関の運転状態(例えば回転数NE及び負荷)或いは吸入空気量に応じて、所定の度合いの燃焼改善が得られる気流制御弁58の開度を設定したマップデータを作成するとともにROMに格納し、内燃機関の運転状態或いは吸入空気量に基づき、このマップデータから読み込んだ気流制御弁58の開度を上記所定の開度条件とすることなども可能である。   Specifically, this deterioration detection control permission program is created so as to first determine whether or not a predetermined active deterioration detection control execution condition is satisfied for the active deterioration detection control. Further, the deterioration detection control permission program is created so as to determine whether or not a predetermined opening condition is satisfied based on the open state of the airflow control valve 58. The predetermined opening condition is that the air flow control valve 58 is in an open state in which the open state can generate a strong tumble flow and improve the mixing property of the air-fuel mixture. The valve opening condition that satisfies this opening degree is set to half open. However, the present invention is not limited to this. For example, map data in which the opening degree of the airflow control valve 58 that provides a predetermined degree of combustion improvement is set according to the operating state (for example, the rotational speed NE and load) of the internal combustion engine or the intake air amount. It is also possible to make the opening degree of the airflow control valve 58 read from this map data as the predetermined opening degree condition based on the operating state of the internal combustion engine or the intake air amount.

さらに劣化検出制御許可用プログラムは上記所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にアクティブ劣化検出制御の実行を許可するように作成されており、これによりアクティブ劣化検出制御の実行は、気流制御弁58の開弁状態に応じて気流制御弁58の開弁状態が半開のときに許可されるようになる。本実施例ではマイコンと劣化検出制御許可用のプログラムとで劣化検出制御許可手段が実現されている。   Further, the deterioration detection control permission program determines that the predetermined active deterioration detection control execution condition is satisfied, and permits execution of the active deterioration detection control when it is determined that the predetermined opening degree condition is satisfied. Thus, the execution of the active deterioration detection control is permitted when the open state of the airflow control valve 58 is half-open according to the open state of the airflow control valve 58. In this embodiment, the deterioration detection control permission means is realized by the microcomputer and the deterioration detection control permission program.

次に、ECU1で行われる処理を図5に示すフローチャートを用いて詳述する。ECU1は、CPUがROMに格納された上述の内燃機関50制御用プログラムや、触媒劣化検出制御用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することでアクティブ劣化検出制御の実行を許可するとともにこれを実行する。CPUは内燃機関50が始動中であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS11)。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、CPUは所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する(ステップS12)。所定のアクティブ劣化検出制御実行条件とは、例えばA/Fセンサ23や酸素センサ24が活性化していることなどである。   Next, processing performed by the ECU 1 will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. The ECU 1 executes the active deterioration detection control by executing the processing shown in the flowchart based on various programs such as the above-described internal combustion engine 50 control program stored in the ROM and the catalyst deterioration detection control program. Do this with permission. The CPU executes processing for determining whether or not the internal combustion engine 50 is being started (step S11). If the determination is negative, no special process is required in this flowchart, and the process ends. On the other hand, if the determination is affirmative, the CPU executes a process of determining whether or not a predetermined active deterioration detection control execution condition is satisfied (step S12). The predetermined active deterioration detection control execution condition is, for example, that the A / F sensor 23 or the oxygen sensor 24 is activated.

否定判定であれば、CPUはアクティブ劣化検出制御を停止する処理を実行し(ステップS14)、その後処理を終了する。すなわち、既にアクティブ劣化検出制御を実行している場合には、ステップS12で否定判定されたときにステップS14でアクティブ劣化検出制御が停止されるようになっている。一方肯定判定であれば、CPUは所定の開度条件が成立したか否かを判定する処理を実行する(ステップS13)。本ステップで気流制御弁58の開弁状態が半開になっているか否かが判定される。ステップS13で否定判定であればステップS14に進む。一方ステップS13で肯定判定であれば、CPUはアクティブ劣化検出制御を実行する(ステップS15)。すなわちステップS13で肯定判定であればアクティブ劣化検出制御の実行が許可される。   If it is negative determination, CPU will perform the process which stops active deterioration detection control (step S14), and will complete | finish a process after that. That is, when the active deterioration detection control has already been executed, the active deterioration detection control is stopped in step S14 when a negative determination is made in step S12. On the other hand, if it is affirmation determination, CPU will perform the process which determines whether predetermined opening degree conditions were satisfied (step S13). In this step, it is determined whether or not the airflow control valve 58 is half open. If a negative determination is made in step S13, the process proceeds to step S14. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S13, the CPU executes active deterioration detection control (step S15). That is, if the determination in step S13 is affirmative, execution of active deterioration detection control is permitted.

図6は内燃機関50を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁58の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。図6より、空燃比がリッチになるにしたがって水素とメタンは増加する傾向にあることがわかる。さらに気流制御弁58の開弁状態が半開の場合には全開の場合よりも水素とメタンが低減していることがわかる。これは燃焼室57内に強いタンブル流が生成されて混合気のミキシング性が向上する結果、局部的に存在する濃い混合気が減少したためと考えられる。これにより、水素とメタンの発生量が低減された状態でアクティブ劣化検出制御を実行できるため、高いロバスト性を確保できる。   FIG. 6 is a view showing the characteristics of exhaust gas when the internal combustion engine 50 is operated in a steady state when the airflow control valve 58 is fully open and when it is half open. FIG. 6 shows that hydrogen and methane tend to increase as the air-fuel ratio becomes richer. Furthermore, it can be seen that hydrogen and methane are reduced when the air flow control valve 58 is in a half-open state, compared to when it is fully open. This is probably because a strong tumble flow is generated in the combustion chamber 57 and the mixing property of the air-fuel mixture is improved, and as a result, the locally rich air-fuel mixture is reduced. As a result, the active deterioration detection control can be executed in a state where the generation amounts of hydrogen and methane are reduced, so that high robustness can be ensured.

また図7は排気ガスに含まれる未燃HCの成分構成を模式的に示す図である。図7では内燃機関50直後の排気ガスに含まれる未燃HCの成分構成を、燃焼改善が行われなかった場合(ケースA)と燃焼改善が行われた場合(ケースB)とについて示すとともに、燃料に含まれる個別HCの成分構成についても同時に示している。ここで燃焼改善が行われたときには未燃HCの燃焼が促進されることから、排気ガスに含まれる未燃HCの成分構成も変化する。このとき図7から、燃焼改善が行われた場合(ケースB)には燃焼改善が行われなかった場合(ケースA)と比較してオレフィン系の未燃HCが増大することがわかる。これに対して図8に示すようにオレフィン系の未燃HCは三元触媒22での反応性が高いことから浄化率も高くなり、この結果、燃焼改善が行われたときには同時に排気ガスの浄化も促進されることがわかる。このときには同時に水素やメタンの燃焼が三元触媒22で促進されることも期待できることから、燃焼改善を行ったときには、これによっても水素やメタンが酸素センサ24に及ぼす悪影響が低減されることを期待できる。以上により、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃HCに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のF/B制御を実行することが可能なECU1を実現可能である。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the component structure of unburned HC contained in the exhaust gas. In FIG. 7, the component structure of unburned HC contained in the exhaust gas immediately after the internal combustion engine 50 is shown for a case where combustion improvement is not performed (case A) and a case where combustion improvement is performed (case B). The component structure of individual HC contained in the fuel is also shown at the same time. Here, when the combustion improvement is performed, the combustion of the unburned HC is promoted, so that the component structure of the unburned HC contained in the exhaust gas also changes. At this time, it can be seen from FIG. 7 that the olefin-based unburned HC increases when the combustion improvement is performed (case B) compared to the case where the combustion improvement is not performed (case A). On the other hand, as shown in FIG. 8, the olefin-based unburned HC has a high reactivity with the three-way catalyst 22, so that the purification rate is also increased. As a result, when the combustion is improved, the exhaust gas is simultaneously purified. It can be seen that it is also promoted. At this time, the combustion of hydrogen and methane can be expected to be promoted by the three-way catalyst 22, so that when the combustion is improved, the adverse effect of hydrogen and methane on the oxygen sensor 24 is also expected to be reduced. it can. As described above, it is possible to realize the ECU 1 capable of executing the highly robust air-fuel ratio F / B control by dealing with hydrogen and unburned HC that adversely affect the exhaust gas sensor at the generation stage.

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。   The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

ECU1を内燃機関システム100と共に模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an ECU 1 together with an internal combustion engine system 100. FIG. A/Fセンサ23の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the A / F sensor. 酸素センサ24の検出部を模式的に示す図である。It is a figure which shows the detection part of the oxygen sensor 24 typically. 酸素センサ24の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the oxygen sensor. ECU1で行われる処理をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows the process performed by ECU1 with a flowchart. 内燃機関50を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁58の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。It is a figure which shows the characteristic of exhaust gas when the internal combustion engine 50 carries out a steady operation about the case where the valve-opening state of the airflow control valve 58 is a full open, and the case of a half open. 排気ガスに含まれる未燃HCの成分構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the component structure of unburned HC contained in exhaust gas. 燃焼改善が行われた場合と、燃焼改善が行われなかった場合について、三元触媒22の浄化率を比較する図である。It is a figure which compares the purification rate of the three way catalyst 22 about the case where combustion improvement is performed, and the case where combustion improvement is not performed. 触媒の劣化を検出する方法の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the method of detecting deterioration of a catalyst. 最大酸素吸蔵量と触媒の劣化度合いの相関関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the correlation of the maximum oxygen storage amount and the deterioration degree of a catalyst. 気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the opening / closing behavior of an airflow control valve. 内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。Regarding the hydrogen concentration of exhaust gas discharged from an internal combustion engine and the hydrogen concentration of exhaust gas discharged from a three-way catalyst when there is no variation in air-fuel ratio between cylinders and when there is variation in air-fuel ratio between cylinders FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ECU
10 吸気系
20 排気系
30 燃料噴射系
50 内燃機関
100 内燃機関システム
1 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Intake system 20 Exhaust system 30 Fuel injection system 50 Internal combustion engine 100 Internal combustion engine system

Claims (3)

内燃機関で行われる燃焼の状態を改善するための燃焼改善手段と、排気ガスを浄化する触媒と、前記触媒の上流側における排気ガス中の酸素を検出する排気ガスセンサとを備える内燃機関システムで、前記排気ガスセンサの出力を利用して前記触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出制御を実行する触媒劣化検出装置であって、
前記燃焼改善手段は、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成させることで燃焼の状態を改善し、
前記燃焼改善手段が前記内燃機関の燃焼室内に強い旋回気流を生成させて混合気のミキシング性が高い状態のときに、前記触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可手段を備えることを特徴とする触媒劣化検出装置。
In an internal combustion engine system comprising a combustion improvement means for improving the condition of combustion performed in the internal combustion engine, a catalyst for purifying exhaust gas, an exhaust gas sensor for detecting oxygen in the exhaust gas at the upstream side of the catalyst A catalyst deterioration detection device that performs catalyst deterioration detection control for detecting deterioration of the catalyst using the output of the exhaust gas sensor,
The combustion improving means improves the state of combustion by generating a swirling airflow in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A deterioration detection control permission means for permitting execution of the catalyst deterioration detection control when the combustion improvement means generates a strong swirling air flow in the combustion chamber of the internal combustion engine and the mixing property of the air-fuel mixture is high. A catalyst deterioration detection device.
前記燃焼改善手段が、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成するために該内燃機関の吸気系の吸気通路に配設される気流制御弁であることを特徴とする請求項1記載の触媒劣化検出装置。   2. The catalyst according to claim 1, wherein the combustion improving means is an airflow control valve disposed in an intake passage of an intake system of the internal combustion engine in order to generate a swirling airflow in the combustion chamber of the internal combustion engine. Deterioration detection device. 前記劣化検出制御許可手段が、前記気流制御弁の開弁状態に基づき前記触媒劣化検出制御の実行を許可することを特徴とする請求項2記載の触媒劣化検出装置。   3. The catalyst deterioration detection apparatus according to claim 2, wherein the deterioration detection control permission unit permits the execution of the catalyst deterioration detection control based on an open state of the airflow control valve.
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