JP2009036172A - Catalyst-degradation diagnostic system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
例えば車両用の内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能(O2ストレージ能)を有するものがあり、これは、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比(ストイキ)よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少振れてしまっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用により、そのような空燃比ずれを吸収することができる。 For example, in an internal combustion engine for a vehicle, a catalyst for purifying exhaust gas is installed in the exhaust system. Some of these catalysts have an oxygen storage capacity (O 2 storage capacity). This is because when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), that is, the exhaust gas becomes lean. Excess oxygen present in the gas is adsorbed and held, and when the air-fuel ratio of the catalyst inflow exhaust gas becomes smaller than the stoichiometric, that is, becomes rich, the adsorbed and held oxygen is released. For example, in a gasoline engine, air-fuel ratio control is performed so that the exhaust gas flowing into the catalyst is in the vicinity of the stoichiometric. However, such an air-fuel ratio shift can be absorbed by the oxygen storage / release action of the three-way catalyst.
ところで、触媒が劣化すると触媒の浄化効率が低下する。一方、触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、酸素吸蔵能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。一般的には、触媒に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ及びリーンに切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法(所謂Cmax法)が採用される。 By the way, when the catalyst deteriorates, the purification efficiency of the catalyst decreases. On the other hand, there is a correlation between the degree of deterioration of the catalyst and the degree of reduction of the oxygen storage capacity because they are reactions through noble metals. Therefore, it is possible to detect that the catalyst has deteriorated by detecting that the oxygen storage capacity has decreased. In general, active air-fuel ratio control for forcibly switching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst to rich and lean is performed, and the oxygen storage capacity of the catalyst is measured as the active air-fuel ratio control is executed. A method (so-called Cmax method) for diagnosing deterioration of the ink is employed.
一方、使用地域等によっては燃料中に硫黄(S)が比較的高濃度で含まれていることがある。このような燃料が給油された場合、硫黄成分が触媒に蓄積して触媒の性能が低下する被毒(S被毒)が発生する。S被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出反応が妨げられて触媒の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再給油されると被毒状態はやがて解消される。S被毒による触媒の性能低下は一時的なものである。よって触媒の劣化診断においては、かかるS被毒による一時的劣化を、本来診断すべき恒久的劣化であると誤って診断しないようにする必要がある。とりわけ、正常と劣化との境目(クライテリア)付近にありながらなお正常である触媒について、誤って劣化と誤診断してしまわないようにする必要がある。 On the other hand, sulfur (S) may be contained in the fuel at a relatively high concentration depending on the region of use. When such fuel is supplied, poisoning (S poisoning) occurs in which sulfur components accumulate in the catalyst and the performance of the catalyst decreases. When S poisoning occurs, the oxygen storage / release reaction of the catalyst is hindered and the oxygen storage capacity of the catalyst decreases. However, if the fuel with a low sulfur concentration is refueled, the poisoning state will eventually be resolved. The performance degradation of the catalyst due to S poisoning is temporary. Therefore, in the deterioration diagnosis of the catalyst, it is necessary not to mistakenly diagnose the temporary deterioration due to the S poisoning as permanent deterioration that should be diagnosed. In particular, it is necessary to prevent a catalyst that is still normal while being in the vicinity of the boundary between normality and deterioration (criteria) from being erroneously diagnosed as deterioration.
前記Cmax法では、通常、触媒下流の空燃比センサが反転する度に空燃比がリッチ又はリーンに切り替えられる。そして空燃比がリーンのときに触媒に吸蔵される酸素量が計測され、空燃比がリッチのときに触媒から放出される酸素量が計測される。これら吸蔵酸素量と放出酸素量との平均値が触媒の酸素吸蔵容量の値として算出され、この酸素吸蔵容量の値を所定の劣化判定値と比較して触媒の劣化が判定される。 In the Cmax method, the air-fuel ratio is normally switched to rich or lean every time the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst is reversed. The amount of oxygen stored in the catalyst is measured when the air-fuel ratio is lean, and the amount of oxygen released from the catalyst is measured when the air-fuel ratio is rich. The average value of the stored oxygen amount and the released oxygen amount is calculated as the value of the oxygen storage capacity of the catalyst, and the deterioration of the catalyst is determined by comparing the value of this oxygen storage capacity with a predetermined deterioration determination value.
ところで、高硫黄濃度燃料が使用されると、特に空燃比リッチ時の放出酸素量の値が低下し、このために酸素吸蔵容量の値が低下する。その理由は次の通りである。触媒からの酸素放出は触媒の貴金属を介して行われ、この放出された酸素は、やはり触媒の貴金属を介して、排気ガス中のリッチ成分(HC、CO)と反応し、そのリッチ成分を浄化する。しかし、貴金属の活性が硫黄によって低下され、放出酸素とリッチ成分との反応速度が低下する。結果的に、触媒通過ガス量が反応速度を上回り、触媒中に未だ酸素が残存しているにも拘わらず、リッチ成分が未浄化の状態で触媒下流に流出し、触媒下流の空燃比センサが反転し、放出酸素量の計測値が低下する。 By the way, when a high-sulfur concentration fuel is used, the value of the released oxygen amount particularly when the air-fuel ratio is rich is lowered, and thus the value of the oxygen storage capacity is lowered. The reason is as follows. Oxygen release from the catalyst is carried out through the noble metal of the catalyst, and this released oxygen also reacts with the rich components (HC, CO) in the exhaust gas through the noble metal of the catalyst to purify the rich components. To do. However, the activity of the noble metal is reduced by sulfur, and the reaction rate between the released oxygen and the rich component is reduced. As a result, although the amount of gas passing through the catalyst exceeds the reaction rate and oxygen still remains in the catalyst, the rich component flows out downstream of the catalyst in an unpurified state, and the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst It reverses and the measured value of the amount of released oxygen decreases.
他方、空燃比リーン時の吸蔵酸素量の値は、燃料中の硫黄影響を受けづらく、低下しづらいことが判明している。そこでこのことを利用して、触媒への入ガスをリッチ側にしたときの酸素放出能は劣化検出に用いず、触媒への入ガスをリーン側にしたときの酸素吸蔵能のみによって劣化検出をすることがある(特許文献1参照)。 On the other hand, it has been found that the value of the stored oxygen amount when the air-fuel ratio is lean is not easily affected by sulfur in the fuel and is difficult to decrease. Therefore, by utilizing this fact, the oxygen release ability when the gas entering the catalyst is made rich is not used for detection of deterioration, but the deterioration detection is performed only by the oxygen storage capacity when the gas entering the catalyst is made lean. (See Patent Document 1).
しかしながら、この技術のように、空燃比リッチ時の放出酸素量の値を全く用いず空燃比リーン時の吸蔵酸素量の値のみを用いる方法は、入手可能な2値のうち最初から1値を放棄して残りの1値のみで診断するものであり、信頼性や精度の観点から理想的とは言えない。例えば空燃比センサのストイキ相当値がリッチ側又はリーン側にずれた場合、1値のみでは正確な診断が行えない。それら2値を使用する方が信頼性及び精度の点で好ましい。いずれにせよ、高精度で信頼性の高い劣化診断を行える装置が望まれる。 However, as in this technique, the method of using only the value of the stored oxygen amount at the time of lean air-fuel ratio without using the value of the released oxygen amount at the time of rich air-fuel ratio is one value from the beginning of the two available values. It is abandoned and diagnosed with only the remaining one value, which is not ideal from the viewpoint of reliability and accuracy. For example, when the stoichiometric equivalent value of the air-fuel ratio sensor is shifted to the rich side or the lean side, accurate diagnosis cannot be performed with only one value. Use of these binary values is preferable in terms of reliability and accuracy. In any case, a device that can perform highly accurate and reliable deterioration diagnosis is desired.
そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料中の硫黄濃度に拘わらず、高精度で信頼性の高い診断が可能な内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine capable of highly accurate and reliable diagnosis regardless of the sulfur concentration in the fuel. There is to do.
本発明の第1の形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段であって、前記空燃比がリーン側となっているときに前記触媒に吸蔵される酸素量を計測すると共に、前記空燃比がリッチ側となっているときに前記触媒から放出される酸素量を計測し、これら吸蔵酸素量及び放出酸素量の計測値に基づき、前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する計測手段と、
前記計測手段により計測された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を備え、
所定条件が成立した場合、前記アクティブ空燃比制御における少なくとも空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記所定のタイミングより遅らせて、再度、前記アクティブ空燃比制御と、少なくとも前記吸蔵酸素量の計測とを実行し、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差に基づいて前回の酸素吸蔵容量計測値を補正し、この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づいて前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention,
An apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Active air-fuel ratio control means for performing active air-fuel ratio control for alternately switching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst to a lean side and a rich side at a predetermined timing;
Measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in accordance with execution of the active air-fuel ratio control, measuring the amount of oxygen stored in the catalyst when the air-fuel ratio is on the lean side, Measuring means for measuring the amount of oxygen released from the catalyst when the air-fuel ratio is on the rich side, and calculating the oxygen storage capacity of the catalyst based on the stored oxygen amount and the measured value of the released oxygen amount; ,
Determination means for determining deterioration of the catalyst by comparing the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined deterioration determination value;
With
When the predetermined condition is satisfied, the timing at which at least the air-fuel ratio in the active air-fuel ratio control is switched from the rich side to the lean side is delayed from the predetermined timing, and again, the active air-fuel ratio control and at least the stored oxygen amount And the previous oxygen storage capacity measurement value is corrected based on the difference between the previous stored oxygen amount measurement value and the current stored oxygen amount measurement value, and the corrected previous oxygen storage capacity measurement value is obtained. A catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine is provided, wherein the deterioration of the catalyst is determined based on the determination.
これによれば、所定条件が成立した場合、アクティブ空燃比制御における空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングが強制的に遅らせられ、即ちリッチディレーが実行される。そしてその上で再度、アクティブ空燃比制御と吸蔵酸素量の計測とが実行される。硫黄影響がある場合、リッチディレーの実行により触媒からはより多くの酸素が放出され、その分、リッチディレー直後のリーン制御中に計測される今回の吸蔵酸素量はより多くなる。この今回の吸蔵酸素量計測値と前回の吸蔵酸素量計測値との差が、燃料中の硫黄の影響を反映している。そこでこの差に基づき、前回の吸蔵酸素量計測値を、低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正する。そしてこの硫黄影響を取り除いた補正後の値に基づき、劣化判定を行う。通常のCmax法と同様、放出酸素量と吸蔵酸素量の2値を用いて酸素吸蔵容量を計測することを基本とする。また、一旦計測した酸素吸蔵容量の値を、低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正した上で劣化診断するので、硫黄影響を取り除き、一時的劣化と区別して恒久的劣化を診断できる。結果として、高精度で信頼性の高い診断が実行可能である。 According to this, when the predetermined condition is satisfied, the timing for switching the air-fuel ratio in the active air-fuel ratio control from the rich side to the lean side is forcibly delayed, that is, rich delay is executed. Then, the active air-fuel ratio control and the measurement of the stored oxygen amount are executed again. When there is an influence of sulfur, more oxygen is released from the catalyst by execution of rich delay, and the amount of stored oxygen this time measured during lean control immediately after rich delay is increased accordingly. This difference between the measured value of the stored oxygen amount and the previous measured value of the stored oxygen amount reflects the influence of sulfur in the fuel. Therefore, based on this difference, the previous measured value of the stored oxygen amount is corrected to a value equivalent to when the low sulfur concentration fuel is used. And deterioration determination is performed based on the value after correction | amendment which removed this sulfur influence. As in the normal Cmax method, the oxygen storage capacity is basically measured using binary values of the released oxygen amount and the stored oxygen amount. Moreover, since the deterioration diagnosis is performed after correcting the value of the oxygen storage capacity once measured to a value equivalent to that when the low sulfur concentration fuel is used, the influence of sulfur can be removed, and the permanent deterioration can be diagnosed separately from the temporary deterioration. As a result, highly accurate and reliable diagnosis can be performed.
本発明の第2の形態は、前記第1の形態において、
前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差が大きいほど、前回の酸素吸蔵容量計測値を補正するための補正量が大きくされる
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect,
As the difference between the previous stored oxygen amount measurement value and the current stored oxygen amount measurement value is larger, the correction amount for correcting the previous oxygen storage capacity measurement value is increased.
空燃比の切替タイミングを遅らせる時間、即ちディレー時間が同一であっても、燃料中の硫黄濃度が高いほど、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差は大きくなる。また、燃料中の硫黄濃度が高いほど酸素吸蔵容量計測値の低下量は大きくなる。よって前回の酸素吸蔵容量計測値を低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルに戻すには、この第2の形態のように、前回と今回の吸蔵酸素量計測値の差が大きいほど補正量を大きくするのが好ましい。 Even when the air-fuel ratio switching timing is delayed, that is, the delay time is the same, the difference between the previous stored oxygen amount measured value and the current stored oxygen amount measured value increases as the sulfur concentration in the fuel increases. Further, the higher the sulfur concentration in the fuel, the greater the amount of decrease in the oxygen storage capacity measurement value. Therefore, in order to return the previous oxygen storage capacity measurement value to the level equivalent to when low-sulfur concentration fuel is used, the larger the difference between the previous and current stored oxygen amount measurement values, the larger the correction amount, as in the second embodiment. It is preferable to do this.
本発明の第3の形態は、前記第1又は第2の形態において、
前記所定条件が成立した場合とは、前記前回の酸素吸蔵容量計測値が前記劣化判定値以下の場合である
ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect,
The case where the predetermined condition is satisfied is a case where the previous oxygen storage capacity measurement value is equal to or less than the deterioration determination value.
劣化診断に際して重要なのは、クライテリア付近にある正常触媒について誤って劣化と診断しないことである。よってこの第3の形態のように、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下である、即ち触媒が見掛け上劣化している場合にのみ、再度の計測を行うこととすれば、必要且つ十分な最小限の頻度で再度の計測を行うことが可能である。 What is important in the deterioration diagnosis is that a normal catalyst near the criteria is not erroneously diagnosed as being deteriorated. Therefore, as in the third embodiment, if the previous oxygen storage capacity measurement value is equal to or lower than the deterioration determination value, that is, only when the catalyst is apparently deteriorated, it is necessary and necessary to perform the measurement again. It is possible to perform the measurement again with a sufficient minimum frequency.
本発明の第4の形態は、前記第1乃至第3のいずれかの形態において、
前記触媒の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒前センサと、前記触媒の下流側にて排気ガスの空燃比を検出する触媒後センサとが備えられ、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前センサにより検出された触媒前空燃比が所定の目標空燃比に一致するように空燃比制御を行うと共に、前記触媒後センサの出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、前記目標空燃比をリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替え、
前記空燃比の切替タイミングを遅らせる際、前記目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記触媒後センサの出力がリーン側からリッチ側に反転するタイミングより所定のディレー時間だけ遅らせる
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects,
A pre-catalyst sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas upstream of the catalyst; and a post-catalyst sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas downstream of the catalyst;
The active air-fuel ratio control means performs air-fuel ratio control so that the pre-catalyst air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor matches a predetermined target air-fuel ratio, and the output of the post-catalyst sensor changes from the rich side to the lean side. Or at the timing of reversing, the target air-fuel ratio is switched from the lean side to the rich side or vice versa,
When delaying the air-fuel ratio switching timing, the timing for switching the target air-fuel ratio from the rich side to the lean side is delayed by a predetermined delay time from the timing when the output of the post-catalyst sensor is reversed from the lean side to the rich side. Features.
本発明の第5の形態は、前記第4の形態において、
前記ディレー時間が経過して前記目標空燃比がリーン側に切り替わった時点から、前記触媒後センサの出力がリーン側に反転した時点までの間で、前記今回の吸蔵酸素量が計測される
ことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect,
The current stored oxygen amount is measured from the time when the target air-fuel ratio is switched to the lean side after the delay time has elapsed until the time when the output of the post-catalyst sensor is reversed to the lean side. Features.
本発明によれば、燃料中の硫黄濃度に拘わらず、高精度で信頼性の高い診断が可能になるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, an excellent effect is achieved that a highly accurate and reliable diagnosis is possible regardless of the sulfur concentration in the fuel.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関1は車両用多気筒エンジン(1気筒のみ図示)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a
内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。 In the cylinder head of the internal combustion engine 1, an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port are provided for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気集合通路をなす吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式スロットルバルブ10とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。
The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 serving as an intake air collecting chamber via a branch pipe for each cylinder. An
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Viの開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストン4で圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。
An injector (fuel injection valve) 12 that injects fuel into the intake passage, particularly into the intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管6に接続されており、排気管6には、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒11,19が直列に取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管6により排気通路が形成される。上流触媒11の上流側と下流側とにそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、即ち触媒前センサ17及び触媒後センサ18が設置されている。触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ18は所謂O2センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性を持つ。なお触媒後センサ18は上流触媒11と下流触媒19の間に設置されている。
On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an
上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ14、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
The spark plug 7, the
触媒11,19は、これに流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ、例えばA/Fs=14.6)のときにNOx ,HCおよびCOを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ECU20は、内燃機関の通常運転時、特に上流触媒11に流入する排気ガスの空燃比即ち触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比に一致するように、空燃比を制御する。具体的にはECU20は、理論空燃比に等しい目標空燃比A/Ftを設定すると共に、触媒前センサ17により検出された触媒前空燃比A/Ffrが目標空燃比A/Ftに一致するように、インジェクタ12から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより触媒11に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒11において最大の浄化性能が発揮されるようになる。
The
ここで、劣化診断の対象となる上流触媒11についてより詳細に説明する。なお以下の説明は下流触媒19にも同様に当てはまる。図2に示すように、触媒11においては、図示しない担体基材の表面上にコート材31が被覆され、このコート材31に微粒子状の触媒成分32が多数分散配置された状態で保持され、触媒11内部で露出されている。触媒成分32は主にPt,Pd等の貴金属からなり、NOx ,HCおよびCOといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材31は、排気ガスと触媒成分32との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムCeO2やジルコニアからなる。例えば、触媒成分32及びコート材31の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、触媒成分32の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりHCおよびCOといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分32及びコート材31の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分32の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果NOxが還元浄化される。
Here, the
このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比A/Ffrが理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、NOx、HCおよびCOといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比A/Ffrを敢えて理論空燃比を中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。 By such an oxygen absorption / release action, even if the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr slightly varies from the stoichiometric air-fuel ratio during normal air-fuel ratio control, three exhaust gas components such as NOx, HC and CO are simultaneously purified. can do. Therefore, in normal air-fuel ratio control, it is also possible to purify the exhaust gas by making the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr oscillate minutely around the theoretical air-fuel ratio and repeating the absorption and release of oxygen.
ところで、新品状態の触媒11では前述したように細かい粒子状の触媒成分32が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分32との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒11が劣化してくると、一部の触媒成分32に消失が見られるほか、触媒成分32同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある(図の破線参照)。こうなると排気ガスと触媒成分32との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分32の周囲に存在するコート材31の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
By the way, in the
このように、触媒11の劣化度と触媒11の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒11の酸素吸蔵能を検出することにより触媒11の劣化度を検出することとしている。ここで、触媒11の酸素吸蔵能は、現状の触媒11が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量(OSC;O2 Strage Capacity、単位はg)の大きさによって表される。
Thus, the degree of deterioration of the
以下、本実施形態における触媒劣化診断について説明する。 Hereinafter, the catalyst deterioration diagnosis in the present embodiment will be described.
本実施形態では、前述のCmax法を基本として触媒劣化診断がなされる。そして高硫黄濃度の燃料が使用され、その硫黄の影響により酸素吸蔵容量が劣化触媒相当の低い値として計測されたとき、空燃比切替タイミングを遅らせて再度、吸蔵酸素量を計測し、前回(1回目)と今回(2回目)の吸蔵酸素量計測値の差に基づき、前回の酸素吸蔵容量計測値を補正する。この補正により硫黄影響が取り除かれ、前回の酸素吸蔵容量計測値は、基準燃料としての低硫黄濃度燃料使用時相当の値に補正される。そしてこの補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づき、触媒の劣化を判定する。 In the present embodiment, the catalyst deterioration diagnosis is performed based on the above-described Cmax method. When a fuel with a high sulfur concentration is used and the oxygen storage capacity is measured as a low value corresponding to the deterioration catalyst due to the influence of the sulfur, the stored oxygen amount is measured again by delaying the air-fuel ratio switching timing, and the previous (1 The previous oxygen storage capacity measurement value is corrected based on the difference between the stored oxygen amount measurement value for the second time and the second time. This correction eliminates the influence of sulfur, and the previous measured value of oxygen storage capacity is corrected to a value equivalent to when a low-sulfur concentration fuel is used as the reference fuel. Then, the deterioration of the catalyst is determined based on the previous oxygen storage capacity measurement value after the correction.
まず、以下において基本となるCmax法による触媒劣化診断を図3を参照しつつ説明する。 First, the catalyst deterioration diagnosis based on the Cmax method, which is a basic method, will be described below with reference to FIG.
図3(A)において、破線は目標空燃比A/Ft、実線は触媒前センサ17の出力(触媒前空燃比A/Ffrへの換算値)を示す。また図3(B)において、実線は触媒後センサ18の出力(出力電圧V)を示す。触媒後センサ18の出力は理論空燃比を境に急変する。ここでは理論空燃比相当の出力値をリッチ・リーン判定しきい値Vrefとして予め定め、センサ出力値Vがしきい値Vrefより低いときには空燃比をリーン、センサ出力値Vがしきい値Vrefより高いときには空燃比をリッチと判定している。図3(C)において、実線は触媒から放出された酸素量、即ち放出酸素量OSAaの積算値を示す。図3(D)において、実線は触媒に吸蔵された酸素量、即ち吸蔵酸素量OSAbの積算値を示す。
In FIG. 3A, the broken line indicates the target air-fuel ratio A / Ft, and the solid line indicates the output of the pre-catalyst sensor 17 (converted value to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr). In FIG. 3B, the solid line indicates the output (output voltage V) of the
図示するように、診断時には、触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が実行される。このアクティブ空燃比制御においては、先のストイキフィードバック空燃比制御と同様、触媒前センサ17により検出された触媒前空燃比A/Ffrが目標空燃比A/Ftに一致するように、フィードバック空燃比制御が行われる。なお、輸送遅れやセンサ応答遅れがあることから、触媒前空燃比A/Ffrの検出値は目標空燃比A/Ftの変化に対し僅かに遅れる。
As shown in the figure, at the time of diagnosis, active air-fuel ratio control is performed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is alternately switched between the lean side and the rich side at a predetermined timing. In this active air-fuel ratio control, as in the previous stoichiometric feedback air-fuel ratio control, the feedback air-fuel ratio control is performed so that the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr detected by the
例えば時刻t1より前では、目標空燃比A/Ftがストイキよりリーンの所定空燃比(リーン空燃比、例えば15.1)に設定され、触媒11にはリーンガスが流入されている。このとき触媒11では酸素を吸収し続け、排気中のリーン成分(NOx)を還元浄化している。しかし、触媒が飽和状態即ち満杯まで酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーン成分ないしリーンガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ18の出力がリーン側に変化し、やがてしきい値Vrefに達する(時刻t1)。この時点で、目標空燃比A/Ftがストイキよりリッチの所定空燃比(リッチ空燃比、例えば14.1)に切り替えられる。
For example, before the time t1, the target air-fuel ratio A / Ft is set to a predetermined air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometry (lean air-fuel ratio, for example, 15.1), and the lean gas flows into the
そして今度は触媒11にリッチガスが流入される。このとき触媒11では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分(HC,CO)を酸化して浄化するが、やがて触媒11から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチ成分ないしリッチガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ18の出力がリッチ側に変化し、やがてしきい値Vrefに達する(時刻t2)。この時点で目標空燃比A/Ftがリーン空燃比に切り替えられる。
This time, rich gas flows into the
再び、触媒11にリーンガスが流入され、触媒11が満杯まで酸素を吸収し、触媒後センサ18の出力がしきい値Vrefに達した時点(時刻t3)で、目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比に切り替えられる。
Again, when the lean gas flows into the
このようにして、触媒後センサ18の出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、目標空燃比A/Ftがリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替えられる。
In this way, the target air-fuel ratio A / Ft is switched from the lean side to the rich side or vice versa at the timing when the output of the
このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量OSCが計測される。 As the active air-fuel ratio control is executed, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst is measured.
図3(C)に示すように、時刻t1〜t2の放出サイクルでは、短い所定周期毎に放出酸素量OSAaが順次積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ17の出力がリッチ側に移動中にストイキ相当に達した時点t11から、触媒後センサ18の出力がリッチ側に反転した(しきい値Vrefに達した)時点t2まで、1周期当たりの放出酸素量dOSA(dOSAa)が次式(1)により計算され、この1周期当たりの放出酸素量dOSAが周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量を表す一指標値としての放出酸素量OSAaとなる。
As shown in FIG. 3C, in the release cycle from time t1 to time t2, the released oxygen amount OSAa is sequentially integrated every short predetermined cycle. More specifically, from the time t11 when the output of the
Qは燃料噴射量であり、空燃比差ΔA/Fに燃料噴射量Qを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Kは空気に含まれる酸素割合(約0.23)である。 Q is the fuel injection amount. When the air-fuel ratio difference ΔA / F is multiplied by the fuel injection amount Q, the excess or insufficient air amount can be calculated. K is the proportion of oxygen contained in the air (about 0.23).
時刻t2〜t3の吸蔵サイクルでも同様に、図3(D)に示すように、触媒前センサ17の出力がストイキ相当に達した時点t21から、触媒後センサ18の出力がリーン側に反転した(しきい値Vrefに達した)時点t3まで、1周期当たりの放出酸素量dOSA(dOSAb)が前記式(1)により計算され、この1周期当たりの放出酸素量dOSAが周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量を表す他の一指標値としての吸蔵酸素量OSAbとなる。
Similarly, in the storage cycle from time t2 to t3, as shown in FIG. 3D, the output of the
原則的には、触媒における吸蔵可能な酸素量と放出可能な酸素量とは等しく、よって上記の放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとは等しいはずである。いずれか一方のみの値を触媒の酸素吸蔵容量OSCの値として取り扱って、劣化診断を行うことが可能である。しかしながら、ここでは信頼性及び精度向上の観点から、両者の値の平均値を触媒の酸素吸蔵容量OSCの値として取り扱う。即ち、相隣接する放出サイクルと吸蔵サイクルとを1組とし、これらサイクルでそれぞれ計測された放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとの値を用いて、次式(2)により、触媒の酸素吸蔵容量OSCを算出する。
OSC=(OSAa+OSAb)/2 ・・・(2)
In principle, the amount of oxygen that can be stored in the catalyst is equal to the amount of oxygen that can be released, and thus the amount of released oxygen OSAa and the amount of stored oxygen OSAb should be equal. It is possible to diagnose deterioration by treating only one of the values as the value of the oxygen storage capacity OSC of the catalyst. However, here, from the viewpoint of improving reliability and accuracy, the average value of both values is treated as the value of the oxygen storage capacity OSC of the catalyst. That is, the adjacent release cycle and storage cycle are set as one set, and the oxygen storage capacity of the catalyst is calculated by the following equation (2) using the values of the released oxygen amount OSAa and the stored oxygen amount OSAb respectively measured in these cycles. The capacity OSC is calculated.
OSC = (OSAa + OSAb) / 2 (2)
この酸素吸蔵容量計測値は1組の吸放出サイクルで得られる値である。基本的にはこれのみを用いて劣化診断が可能であるが、本実施形態では信頼性及び精度をより高めるため、複数組の吸放出サイクルにおける複数の酸素吸蔵容量を計測し、これら計測値の平均値を最終的な酸素吸蔵容量計測値としている。 This measured value of oxygen storage capacity is a value obtained in one set of absorption / release cycles. Basically, deterioration diagnosis is possible using only this, but in this embodiment, in order to further improve the reliability and accuracy, a plurality of oxygen storage capacities in a plurality of sets of absorption / release cycles are measured, and these measured values are calculated. The average value is used as the final oxygen storage capacity measurement value.
次に、この酸素吸蔵容量計測値を用いて触媒の劣化判定がなされる。即ち、酸素吸蔵容量OSCの値が所定の劣化判定値OSCsと比較され、酸素吸蔵容量OSCの値が劣化判定値OSCsより大きければ触媒は正常、酸素吸蔵容量OSCの値が劣化判定値OSCs以下ならば触媒は劣化と判定される。なお、触媒が劣化と判定された場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。以上で基本的な触媒の劣化診断が終了する。 Next, the deterioration of the catalyst is determined using the measured oxygen storage capacity. That is, the value of the oxygen storage capacity OSC is compared with a predetermined deterioration determination value OSCs. If the value of the oxygen storage capacity OSC is larger than the deterioration determination value OSCs, the catalyst is normal, and if the value of the oxygen storage capacity OSC is less than or equal to the deterioration determination value OSCs. The catalyst is judged to be deteriorated. When it is determined that the catalyst is deteriorated, it is preferable to activate a warning device such as a check lamp in order to notify the user of the fact. This completes the basic catalyst deterioration diagnosis.
次に、燃料中の硫黄がもたらす酸素吸蔵容量計測値への影響について説明する。 Next, the effect of sulfur in the fuel on the measured oxygen storage capacity will be described.
図4は簡単化のため1組の吸放出サイクルを抽出したときの酸素吸放出の様子を示す。左側の(a)図は、基準燃料としての低硫黄濃度燃料を用いた場合を示し、中央の(b)図は、高硫黄濃度燃料を用いた場合を示す。右側の(c)図は、高硫黄濃度燃料を用いた場合で且つ本実施形態に特有のリッチディレー(詳しくは後述)を行った場合を示す。 FIG. 4 shows the state of oxygen absorption / release when a set of absorption / release cycles is extracted for the sake of simplicity. The left figure (a) shows the case where the low sulfur concentration fuel is used as the reference fuel, and the middle figure (b) shows the case where the high sulfur concentration fuel is used. The (c) diagram on the right side shows a case in which a high sulfur concentration fuel is used and a rich delay (details will be described later) peculiar to the present embodiment is performed.
また、上段の(A)図では、破線が目標空燃比A/Ft、実線が触媒前センサ17の出力(触媒前空燃比A/Ffrへの換算値)を示す。中段の(B)図では、実線が触媒後センサ18の出力(出力電圧V)を示す。下段の(C)では、実線が酸素吸蔵率(%)を示す。酸素吸蔵率とは、現状の触媒が吸蔵可能な酸素量M(これが酸素吸蔵容量OSCである)に対する、触媒が現に吸蔵している酸素量mの割合(m/M)をいう。
In the upper part (A), the broken line indicates the target air-fuel ratio A / Ft, and the solid line indicates the output of the pre-catalyst sensor 17 (converted value to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr). In the middle (B) diagram, the solid line indicates the output (output voltage V) of the
(a)図及び(b)図を見比べると分かるように、高硫黄濃度燃料使用時には、低硫黄濃度燃料使用時に比べ、触媒後センサ18の出力が早いタイミングで反転するようになり、その分、放出酸素量OSAa及び吸蔵酸素量OSAbが少なくなる。その理由は前述したように、排気中の硫黄成分により触媒の酸素吸放出反応が妨げられるからである。
As can be seen by comparing FIGS. (A) and (b), the output of the
ここで本発明者らの試験によれば、燃料ないし排気中の硫黄は、酸素吸蔵よりもむしろ酸素放出を大きく妨げることが判明している。即ち、吸蔵サイクルでは高硫黄濃度燃料使用時でもほぼ100%の酸素吸蔵率まで酸素吸蔵が可能であるが、放出サイクルでは高硫黄濃度燃料使用時に酸素放出量が低下する。その理由は次の通りである。触媒からの酸素放出は触媒の貴金属を介して行われ、この放出された酸素は、やはり触媒の貴金属を介して、排気ガス中のリッチ成分(HC、CO)と反応し、そのリッチ成分を浄化する。しかし、貴金属の活性が硫黄によって低下すると、放出酸素とリッチ成分との反応速度が低下する。結果的に、触媒通過ガス量が反応速度を上回り、触媒中に未だ酸素が残存しているにも拘わらず、リッチ成分が未浄化の状態で触媒下流に流出し、触媒後センサが反転し、放出酸素量の計測値が低下するのである。 Here, according to the tests of the present inventors, it has been found that sulfur in fuel or exhaust greatly hinders oxygen release rather than oxygen storage. That is, in the storage cycle, oxygen can be stored up to an oxygen storage rate of almost 100% even when high sulfur concentration fuel is used, but in the release cycle, the oxygen release amount decreases when high sulfur concentration fuel is used. The reason is as follows. Oxygen release from the catalyst is carried out through the noble metal of the catalyst, and this released oxygen also reacts with the rich components (HC, CO) in the exhaust gas through the noble metal of the catalyst to purify the rich components. To do. However, when the activity of the noble metal is reduced by sulfur, the reaction rate between the released oxygen and the rich component is reduced. As a result, although the amount of gas passing through the catalyst exceeds the reaction rate and oxygen still remains in the catalyst, the rich component flows out downstream of the catalyst in an unpurified state, and the post-catalyst sensor is inverted, The measured value of the amount of released oxygen decreases.
そこで本実施形態では、(c)図に示すように、酸素放出を意図的により長く行わせるため、目標空燃比A/Ftをリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを強制的に遅らせるリッチディレーを行う。即ち、触媒後センサ出力がリーン側からリッチ側に反転しても(t2)、その時点で目標空燃比A/Ftをリッチ側からリーン側に切り替えず、その反転タイミングt2から所定のディレー時間Δtdだけ遅れたタイミングtdで、目標空燃比A/Ftをリッチ側からリーン側に切り替える。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5C, rich delay is performed to forcibly delay the timing of switching the target air-fuel ratio A / Ft from the rich side to the lean side in order to intentionally release oxygen longer. . That is, even if the post-catalyst sensor output is reversed from the lean side to the rich side (t2), the target air-fuel ratio A / Ft is not switched from the rich side to the lean side at that time, and the predetermined delay time Δtd from the inversion timing t2 The target air-fuel ratio A / Ft is switched from the rich side to the lean side at a timing td that is delayed by a certain amount.
こうすると、反転タイミングt2以降のディレー時間Δtdの間も酸素放出が継続的に実行されるので、放出酸素量が多くなる。また、その後の吸蔵サイクルでは、触媒に残存している酸素がより少ない状態から酸素吸蔵が行われるので、結果的に吸蔵酸素量もより多くなる。なお、ディレー時間中の酸素放出速度はそれ以前の酸素放出速度より遅くなり、図示されるように、ディレー時間中はそれ以前より酸素吸蔵割合の傾きが小さく、しかも二次曲線的に変化するようになる。 In this way, oxygen release is continuously performed during the delay time Δtd after the reversal timing t2, so that the amount of released oxygen increases. Further, in the subsequent occlusion cycle, oxygen occlusion is performed from a state in which the oxygen remaining in the catalyst is less, and as a result, the occluded oxygen amount is also increased. It should be noted that the oxygen release rate during the delay time is slower than the oxygen release rate before that, and as shown in the figure, the slope of the oxygen storage ratio is smaller than before that during the delay time and also changes in a quadratic curve. become.
この吸放出酸素の増加量ΔOSAが燃料中の硫黄濃度を反映している。即ち、同一のディレー時間であっても、硫黄濃度が高いほど、吸放出酸素増加量ΔOSAは増加する。よってこのことを利用し、吸放出酸素増加量ΔOSAの計測値に基づいて燃料の硫黄濃度を推定することも可能である。 This increased amount ΔOSA of the absorbed and released oxygen reflects the sulfur concentration in the fuel. That is, even if the delay time is the same, the higher the sulfur concentration, the greater the amount of increase / decrease in oxygen absorption ΔOSA. Therefore, using this fact, it is also possible to estimate the sulfur concentration of the fuel based on the measured value of the increase / decrease amount of absorbed and released oxygen ΔOSA.
なお、上記と逆に、目標空燃比A/Ftをリーン側からリッチ側に切り替えるタイミングを遅らせるリーンディレーのみを行っても、吸蔵酸素量はそれほど変わらないことが判明している。なぜなら、リーンディレーのみを行っても(即ちリッチディレーを行わないと)触媒における吸蔵開始時の残存酸素量は変わらないし、また、触媒後センサ出力がリーン側に反転した時点でほぼ100%の酸素が触媒に吸蔵されており、ディレー時間中に酸素が吸蔵されないからである。但し、リーンディレーを行うのは任意であり、リッチディレーとリーンディレーの両方を行うようにしてもよい。 Contrary to the above, it has been found that the amount of occluded oxygen does not change so much even if only the lean delay that delays the timing of switching the target air-fuel ratio A / Ft from the lean side to the rich side is performed. This is because even if only lean delay is performed (that is, if rich delay is not performed), the amount of residual oxygen at the start of occlusion in the catalyst does not change, and almost 100% oxygen at the time when the sensor output after the catalyst is reversed to the lean side. This is because the catalyst is occluded and oxygen is not occluded during the delay time. However, the lean delay is arbitrary, and both rich delay and lean delay may be performed.
図5には、燃料中の硫黄濃度と酸素吸蔵容量OSCの計測値との関係を調べた試験結果を示す。図示されるように、燃料中の硫黄濃度が増加するほど酸素吸蔵容量計測値OSCは低下する。なお黒丸、白三角及び黒三角は、それぞれ触媒温度が750℃、700℃及び600℃のときのデータを示す。本実施形態は、高硫黄濃度燃料使用時に計測された酸素吸蔵容量を、リッチディレーを行ったときの吸蔵酸素増加量に基づいて、図中最も左側の点で示される低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルにまで補正するものである。 FIG. 5 shows the test results of examining the relationship between the sulfur concentration in the fuel and the measured value of the oxygen storage capacity OSC. As illustrated, the oxygen storage capacity measurement value OSC decreases as the sulfur concentration in the fuel increases. Black circles, white triangles, and black triangles indicate data when the catalyst temperatures are 750 ° C., 700 ° C., and 600 ° C., respectively. In this embodiment, the oxygen storage capacity measured when using a high sulfur concentration fuel is equivalent to when using a low sulfur concentration fuel indicated by the leftmost point in the figure, based on the amount of increase in stored oxygen when rich delay is performed. It corrects to the level of.
即ち、まず図4(b)の如く、通常の方法で(リッチディレーを行わないで)放出酸素量OSAa及び吸蔵酸素量OSAbを計測し、これらに基づき酸素吸蔵容量OSCを計測する。そして所定条件が成立した場合、再度、図4(c)の如くリッチディレーを行って、少なくとも吸蔵酸素量OSAbを計測する(2回計測)。そしてリッチディレーを行わなかったときの前回(1回目)の吸蔵酸素量計測値OSAbと、リッチディレーを行ったときの今回(2回目)の吸蔵酸素量計測値OSAbdとの差を求め、この差に基づき前回の酸素吸蔵容量計測値OSCを補正する。この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値OSC’を劣化判定値OSCsと比較して、触媒の劣化を判定する。 That is, first, as shown in FIG. 4B, the released oxygen amount OSAa and the stored oxygen amount OSAb are measured by a normal method (without performing rich delay), and the oxygen storage capacity OSC is measured based on these. When the predetermined condition is satisfied, rich delay is performed again as shown in FIG. 4C, and at least the stored oxygen amount OSAb is measured (measured twice). Then, the difference between the previous (first) stored oxygen amount measurement value OSAb when the rich delay is not performed and the current (second time) stored oxygen amount measurement value OSAbd when the rich delay is performed is obtained. Based on the above, the previous oxygen storage capacity measurement value OSC is corrected. The previous oxygen storage capacity measurement value OSC ′ after this correction is compared with the deterioration determination value OSCs to determine the deterioration of the catalyst.
前記所定条件が成立した場合とは、好ましくは、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下の場合である。劣化診断に際して重要なのは、クライテリア付近にある正常触媒について誤って劣化と診断しないことである。よって、前回の酸素吸蔵容量計測値が劣化判定値以下である、即ち触媒が見掛け上劣化している場合にのみ、再度の計測を行うこととすれば、必要且つ十分な最小限の頻度で再度の計測を行うことが可能である。 The case where the predetermined condition is satisfied is preferably a case where the previous oxygen storage capacity measurement value is equal to or less than the deterioration determination value. What is important in the deterioration diagnosis is that a normal catalyst near the criteria is not erroneously diagnosed as being deteriorated. Therefore, if the previous measurement of oxygen storage capacity is less than or equal to the deterioration judgment value, that is, if the catalyst is apparently deteriorated, the measurement will be repeated again at the necessary and sufficient minimum frequency. Can be measured.
ここで図6を用い、リッチディレーを伴う2回目の計測について説明する。 Here, the second measurement with rich delay will be described with reference to FIG.
この2回目の計測は基本的には1回目の計測と同様である。即ち、1回目同様にアクティブ空燃比制御を行い、空燃比をリーンに制御中に触媒後センサ18の出力がリーン側に反転したら(時刻t1)、同時に目標空燃比A/Ftをリッチに切り替え、放出酸素量OSAaを積算する。
This second measurement is basically the same as the first measurement. That is, the active air-fuel ratio control is performed as in the first time, and when the output of the
この後、触媒後センサ18の出力がリッチ側に反転したら(時刻t2)、この時点で放出酸素量OSAaの積算及び計測を終了するが、目標空燃比A/Ftはリッチに維持する。そして反転時期t2から所定のディレー時間Δtdが経過したら、同時に目標空燃比A/Ftをリーンに切り替え、吸蔵酸素量OSAbを積算する。この積算は、次に触媒後センサ18の出力がリーン側に反転する時t3まで行われる。
Thereafter, when the output of the
吸蔵サイクル直前でリッチディレーを行ったことにより、吸蔵サイクル開始時点において触媒に残存している酸素量は、リッチディレーを行わなかったときよりも少ない。よってその分、吸蔵サイクルで積算される吸蔵酸素量OSAbの最終値が大きくなる。こうして、リッチディレーにより増大された吸蔵酸素量OSAbの値を計測することが可能である。なお、かかる吸放出サイクルを繰り返して複数の吸蔵酸素量OSAbを計測し、これらの平均値を最終的な吸蔵酸素量とするのも好ましい。この2回目の計測で計測された放出酸素量OSAaの値は本実施形態では用いられないが、何等かの処理のために用いることも可能である。 Since the rich delay is performed immediately before the storage cycle, the amount of oxygen remaining in the catalyst at the start of the storage cycle is smaller than when the rich delay is not performed. Therefore, the final value of the stored oxygen amount OSAb integrated in the storage cycle is increased accordingly. In this way, it is possible to measure the value of the stored oxygen amount OSAb increased by the rich delay. In addition, it is also preferable to repeat such an absorption / release cycle to measure a plurality of stored oxygen amounts OSAb, and to use these average values as the final stored oxygen amount. The value of the released oxygen amount OSAa measured in the second measurement is not used in this embodiment, but can be used for any processing.
次に、図7及び図8を参照しつつ、本実施形態における具体的な劣化診断処理の内容を説明する。図7は劣化診断のメインルーチンを示し、図8はリッチディレーありの場合の吸放出酸素量計測ルーチンを示す。両ルーチンはECU20により所定周期で繰り返し実行される。なお図8には簡単化のため、1組の吸放出サイクルに係るルーチンを示す。しかしながら、当業者であれば、この1組の吸放出サイクルに係るルーチンを利用して、容易に複数組の吸放出サイクルに係るルーチンを想定できるであろう。
Next, the content of the specific deterioration diagnosis process in this embodiment is demonstrated, referring FIG.7 and FIG.8. FIG. 7 shows a main routine for deterioration diagnosis, and FIG. 8 shows a routine for measuring the amount of absorbed and released oxygen when there is a rich delay. Both routines are repeatedly executed by the
はじめに、図7のメインルーチンについて説明する。まずステップS101において、診断許可フラグがオンであるか否かが判断される。診断許可フラグは例えば以下の条件が全て満たされたときにオンとなる。
1)触媒前センサ17及び触媒後センサ18が活性温度にある。
2)触媒11が活性温度にある。
First, the main routine of FIG. 7 will be described. First, in step S101, it is determined whether or not the diagnosis permission flag is on. For example, the diagnosis permission flag is turned on when all of the following conditions are satisfied.
1) The
2) The
例えば、1)の条件は、両センサについて素子温度に相関する素子インピーダンスをECU20により検出することで判断される。2)の条件は触媒11の温度を推定又は検出することで判断される。触媒温度を推定する場合、ECU20が、エンジン運転状態(例えば回転速度及び負荷)に基づき触媒温度を推定するか、或いは触媒上流に設けられた排気温センサ(図示せず)があれば、その検出値に基づき触媒温度を推定する。触媒温度を検出する場合、触媒に温度センサ(図示せず)が設置され、これにより触媒温度を直接検出する。
For example, the condition 1) is determined by detecting the element impedance correlated with the element temperature for both sensors by the
かかるフラグ条件が不成立のときはルーチンが即座に終了となる。他方、フラグ条件が成立のときは、ステップS102に進んで、触媒の酸素吸蔵容量OSCの値が図示しない別ルーチンにより既に計測済みであるか否かが判断される。計測済みでない場合ルーチンが終了される。 When such a flag condition is not satisfied, the routine is immediately terminated. On the other hand, when the flag condition is satisfied, the routine proceeds to step S102, where it is determined whether or not the value of the oxygen storage capacity OSC of the catalyst has already been measured by another routine (not shown). If not measured, the routine is terminated.
他方、酸素吸蔵容量OSCの値が計測済みである場合、ステップS103に進み、この酸素吸蔵容量計測値OSCが劣化判定値OSCsと比較される。酸素吸蔵容量計測値OSCが劣化判定値OSCsより大きい場合には直ちにステップS110において触媒は正常と判定され、ステップS111に進んで診断許可フラグがオフ(即ち、診断終了)、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグ(OSAbd計測フラグ、詳しくは後述)がオフされ、ルーチンが終了される。 On the other hand, when the value of the oxygen storage capacity OSC has been measured, the process proceeds to step S103, and the oxygen storage capacity measurement value OSC is compared with the deterioration determination value OSCs. If the oxygen storage capacity measurement value OSC is larger than the deterioration determination value OSCs, it is immediately determined in step S110 that the catalyst is normal, the process proceeds to step S111, the diagnosis permission flag is turned off (that is, the diagnosis is completed), and the stored oxygen amount with rich delay. The measurement flag (OSAbd measurement flag, which will be described in detail later) is turned off, and the routine ends.
他方、酸素吸蔵容量計測値OSCが劣化判定値OSCs以下の場合、触媒が恒久劣化に至っている可能性があるか、または硫黄影響で一時的に劣化している可能性がある。よってこれらを判別すべく、以下のステップが実行される。 On the other hand, when the oxygen storage capacity measurement value OSC is equal to or less than the deterioration determination value OSCs, the catalyst may have been permanently deteriorated or may have been temporarily deteriorated due to the influence of sulfur. Therefore, the following steps are executed to determine these.
ステップS104において、リッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdが計測済みであるか否かが判断される。計測済みでない場合、ステップS105にて、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオンされ、ルーチンが終了される。このようにリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグは、リッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdの計測を開始するためにオンされるフラグであり、これがオンされると図8のルーチンが実行され、リッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdと、放出酸素量OSAaとがそれぞれ計測される。 In step S104, it is determined whether or not the stored oxygen amount OSAbd with rich delay has been measured. If the measurement has not been completed, the stored oxygen amount measurement flag with rich delay is turned on in step S105, and the routine is terminated. As described above, the stored oxygen amount measurement flag with rich delay is a flag that is turned on to start measurement of the stored oxygen amount with rich delay OSAbd. When this is turned on, the routine of FIG. The stored oxygen amount OSAbd and the released oxygen amount OSAa are measured.
他方、ステップS104でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測済みである場合、ステップS106にて、リッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdと、リッチディレーなし吸蔵酸素量OSAbとの差ΔOSAbが計算され、この差ΔOSAbが所定のしきい値ΔOSAbsと比較される。 On the other hand, if the stored oxygen amount with rich delay has been measured in step S104, the difference ΔOSAb between the stored oxygen amount OSAbd with rich delay and the stored oxygen amount OSAb without rich delay is calculated, and this difference ΔOSAb is calculated. It is compared with a predetermined threshold value ΔOSAbs.
吸蔵酸素量差ΔOSAbがしきい値ΔOSAbs以上の場合、ステップS107において、高硫黄濃度の燃料が使用されていると判定され、同時に硫黄影響を取り除くための補正量である補正係数Kが算出される。補正係数Kは吸蔵酸素量差ΔOSAbに基づいて図9に示すような予め記憶された所定のマップ(関数でもよい)から算出される。これによれば、補正係数Kは、吸蔵酸素量差ΔOSAbがしきい値ΔOSAbsより小さいとき1であり(即ち補正なし)、吸蔵酸素量差ΔOSAbがしきい値ΔOSAbsから大きくなるにつれ徐々に(比例的に)1から増大する。ここではΔOSAb≧ΔOSAbsなので常に1以上の補正係数Kが算出される。 If the stored oxygen amount difference ΔOSAb is greater than or equal to the threshold value ΔOSAbs, it is determined in step S107 that fuel with a high sulfur concentration is being used, and at the same time, a correction coefficient K that is a correction amount for removing the influence of sulfur is calculated. . The correction coefficient K is calculated from a predetermined map (which may be a function) stored in advance as shown in FIG. 9 based on the stored oxygen amount difference ΔOSAb. According to this, the correction coefficient K is 1 when the stored oxygen amount difference ΔOSAbs is smaller than the threshold value ΔOSAbs (that is, no correction), and gradually (proportional) as the stored oxygen amount difference ΔOSAb increases from the threshold value ΔOSAbs. Increase) from 1. Here, since ΔOSAb ≧ ΔOSAbs, a correction coefficient K of 1 or more is always calculated.
同一ないし一定のディレー時間Δtdであっても、燃料中の硫黄濃度が高いほど吸蔵酸素量差ΔOSAbは大きくなる。また図5に示すように、燃料中の硫黄濃度が高いほど酸素吸蔵容量計測値は低くなる。よって酸素吸蔵容量計測値を低硫黄濃度燃料使用時相当のレベルに戻すには、吸蔵酸素量差ΔOSAbが大きくなるほど補正量を大きくするのが好ましい。この観点からマップでは、吸蔵酸素量差ΔOSAbが大きいほど大きな補正量を得られるようにしている。 Even with the same or constant delay time Δtd, the higher the sulfur concentration in the fuel, the greater the stored oxygen amount difference ΔOSAb. Further, as shown in FIG. 5, the higher the sulfur concentration in the fuel, the lower the oxygen storage capacity measurement value. Therefore, in order to return the measured value of the oxygen storage capacity to a level equivalent to when the low sulfur concentration fuel is used, it is preferable to increase the correction amount as the stored oxygen amount difference ΔOSAb increases. From this point of view, in the map, a larger correction amount can be obtained as the stored oxygen amount difference ΔOSAb is larger.
こうして補正係数Kが算出されたら、先のステップS102で既に把握されている1回目ないし前回の酸素吸蔵容量計測値OSCが補正係数Kにより補正される。補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’は式:OSC’=K×OSCにより得られる。こうして硫黄影響は取り除かれ、前回の酸素吸蔵容量計測値OSCは低硫黄濃度燃料使用時相当の値に増大補正されることとなる。 When the correction coefficient K is calculated in this way, the first or previous oxygen storage capacity measurement value OSC already grasped in the previous step S102 is corrected by the correction coefficient K. The corrected oxygen storage capacity measurement value OSC ′ is obtained by the formula: OSC ′ = K × OSC. In this way, the influence of sulfur is removed, and the previous oxygen storage capacity measurement value OSC is corrected to increase to a value corresponding to the use of the low sulfur concentration fuel.
次に、ステップS108において、補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’が劣化判定値OSCsと比較される。補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’が劣化判定値OSCsより大きいときにはステップS110に進んで正常判定がなされる。他方、補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’が劣化判定値OSCs以下のときには、ステップS109に進んで、触媒は劣化(恒久劣化)であると最終判定される。そしてステップS111において前述のフラグ処理がなされ、ルーチンが終了される。 Next, in step S108, the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC 'is compared with the deterioration determination value OSCs. When the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC 'is larger than the deterioration determination value OSCs, the routine proceeds to step S110, where the normality determination is made. On the other hand, when the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC ′ is equal to or less than the deterioration determination value OSCs, the process proceeds to step S109, where it is finally determined that the catalyst is deteriorated (permanent deterioration). In step S111, the flag processing described above is performed, and the routine is terminated.
一方、ステップS106で吸蔵酸素量差ΔOSAbがしきい値ΔOSAbsより小さい場合、低硫黄濃度の燃料が使用されており硫黄影響はないとみなされ、ステップS109に進んで劣化判定がなされる。 On the other hand, when the stored oxygen amount difference ΔOSAb is smaller than the threshold value ΔOSAbs in step S106, it is considered that the low sulfur concentration fuel is used and there is no influence of sulfur, and the process proceeds to step S109 to determine deterioration.
次に、図8に示すような、リッチディレーありの場合の吸放出酸素量計測ルーチンを説明する。まずステップS201において、リッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオンであるか否かが判断される。このフラグがオフのときにはルーチンが直ちに終了される。他方、フラグがオンのときには、ステップS202に進んで、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、このアクティブ空燃比制御における現時点での目標空燃比(目標A/F)が所定のリッチ空燃比か否かが判断される。 Next, an absorption / release oxygen amount measurement routine in the case of rich delay as shown in FIG. 8 will be described. First, in step S201, it is determined whether or not the stored oxygen amount measurement flag with rich delay is ON. When this flag is off, the routine is immediately terminated. On the other hand, when the flag is on, the routine proceeds to step S202, where active air-fuel ratio control is executed, and whether the current target air-fuel ratio (target A / F) in this active air-fuel ratio control is a predetermined rich air-fuel ratio. Is judged.
目標空燃比がリッチ空燃比である場合、ステップS203に進んで放出酸素量OSAaの積算がなされる。そしてステップS204において、触媒後センサ出力Vがしきい値Vrefより大きいか否か、即ち触媒後センサ出力Vがリッチ側に反転したか否かが判断される。 When the target air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio, the routine proceeds to step S203, where the released oxygen amount OSAa is integrated. In step S204, it is determined whether or not the post-catalyst sensor output V is greater than the threshold value Vref, that is, whether or not the post-catalyst sensor output V is reversed to the rich side.
触媒後センサ出力Vがしきい値Vrefより大きい場合(反転有り)、ステップS205にてディレーフラグがオンされると共に、ECU20に装備されたディレータイマーの積算が実行される。これにより触媒後センサ出力Vのリッチ反転後のディレー時間Δtdが計測される。次にステップS206において、ディレータイマーの積算値が所定の目標値以上に達したか否かが判断される。判断がイエスの場合、ステップS207にて目標空燃比(目標A/F)がリーン側の所定値に切り替えられ、ディレータイマーの積算値がゼロにリセットされる。そしてルーチンが終了される。
When the post-catalyst sensor output V is larger than the threshold value Vref (with inversion), the delay flag is turned on in step S205, and the integration of the delay timer provided in the
他方、ステップS204において触媒後センサ出力Vがしきい値Vref以下の場合(反転無し)、およびステップS206においてディレータイマーの積算値が目標値未満の場合、ルーチンが終了される。 On the other hand, if the post-catalyst sensor output V is less than or equal to the threshold value Vref in step S204 (no inversion), and if the integrated value of the delay timer is less than the target value in step S206, the routine is terminated.
ところで、前記ステップS202において目標空燃比がリッチ空燃比でない場合、即ちリーン空燃比である場合、ステップS208に進んでリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフか否かが判断される。オフの場合ルーチンが終了され、オンの場合、ステップS209にてディレーフラグがオンか否かが判断される。前述したように、ディレーフラグはリッチディレーが行われたときにオンとなる。 When the target air-fuel ratio is not a rich air-fuel ratio in step S202, that is, when the target air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, the routine proceeds to step S208, where it is determined whether or not the rich-delayed stored oxygen amount measurement flag is off. If it is off, the routine is terminated. If it is on, it is determined in step S209 whether the delay flag is on. As described above, the delay flag is turned on when the rich delay is performed.
ディレーフラグオンの場合、ステップS210でリッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdが積算される。他方、ディレーフラグがオンでない場合(オフの場合)、ステップS210がスキップされる。 If the delay flag is ON, the stored oxygen amount OSAbd with rich delay is integrated in step S210. On the other hand, if the delay flag is not on (if off), step S210 is skipped.
次に、ステップS211で、触媒後センサ出力Vがしきい値Vrefより小さいか否か、即ち触媒後センサ出力Vがリーン側に反転したか否かが判断される。触媒後センサ出力Vがしきい値Vref以上の場合(反転無し)、ルーチンが終了される。 Next, in step S211, it is determined whether or not the post-catalyst sensor output V is smaller than the threshold value Vref, that is, whether or not the post-catalyst sensor output V is reversed to the lean side. If the post-catalyst sensor output V is greater than or equal to the threshold value Vref (no inversion), the routine is terminated.
他方、触媒後センサ出力Vがしきい値Vrefより小さい場合(反転有り)、ステップS212にてディレーフラグがオンか否かが判断される。ディレーフラグオフの場合、ステップS214に進んで、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられ、ルーチンが終了される。他方、ディレーフラグオンの場合、ステップS213にてリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされ、ルーチンが終了される。 On the other hand, if the post-catalyst sensor output V is smaller than the threshold value Vref (with inversion), it is determined in step S212 whether the delay flag is on. If the delay flag is off, the process proceeds to step S214, the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio, and the routine is terminated. On the other hand, if the delay flag is on, the rich delay presence stored oxygen amount measurement flag is turned off in step S213, and the routine is terminated.
この図8のルーチンでは、アクティブ空燃比制御開始時の最初の目標空燃比がリッチかリーンかによって流れが異なる。最初の目標空燃比がリッチの場合(ステップS202:YES)、ステップS203〜S206が実行され、触媒後センサ出力Vがリッチに反転するまで放出酸素量OSAaが積算され、触媒後センサ出力Vがリッチに反転したら放出酸素量OSAaの積算が終了すると同時に、ディレー時間がディレータイマーにより積算される。そしてディレータイマー積算時間が目標値に達したら、ステップS207で目標空燃比がリーンに切り替えられる。 In the routine of FIG. 8, the flow differs depending on whether the initial target air-fuel ratio at the start of active air-fuel ratio control is rich or lean. When the initial target air-fuel ratio is rich (step S202: YES), steps S203 to S206 are executed, and the released oxygen amount OSAa is integrated until the post-catalyst sensor output V reverses to rich, and the post-catalyst sensor output V is rich. When it is reversed, the accumulation of the released oxygen amount OSAa is completed, and at the same time, the delay time is accumulated by the delay timer. When the delay timer integration time reaches the target value, the target air-fuel ratio is switched to lean in step S207.
この後、ステップS208〜S211が実行される。このときディレーフラグがステップS205で既にオンとされているので、触媒後センサ出力Vがリーンに反転するまで、吸蔵酸素量OSAbdが積算される。そして触媒後センサ出力Vがリーンに反転したら吸蔵酸素量OSAbの積算が終了すると同時に、ステップS213でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされる。これにより放出酸素量OSAaと、リッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdとが各一つ計測されることとなる。 Thereafter, steps S208 to S211 are executed. At this time, since the delay flag is already turned on in step S205, the stored oxygen amount OSAbd is integrated until the post-catalyst sensor output V is reversed to lean. When the post-catalyst sensor output V is reversed to lean, the accumulation of the stored oxygen amount OSAb ends, and at the same time, the stored oxygen amount measurement flag with rich delay is turned off in step S213. As a result, the amount of released oxygen OSAa and the amount of stored oxygen OSAbd with rich delay are each measured.
他方、最初の目標空燃比がリーンの場合(ステップS202:NO)、先にステップS208〜S211が実行される。このときディレーフラグは未だオフなので、吸蔵酸素量OSAbdの積算は行われない。やがて触媒後センサ出力Vがリーンに反転すると、ステップS214で単に目標空燃比がリッチに切り替えられる。このように最初の目標空燃比がリーンの場合にはそのリーン制御中に酸素量の計測が何等行われない。なぜならこのときにはまだリッチディレーが行われていないからである。 On the other hand, when the first target air-fuel ratio is lean (step S202: NO), steps S208 to S211 are executed first. At this time, since the delay flag is still OFF, the accumulated oxygen amount OSAbd is not integrated. When the post-catalyst sensor output V is reversed to lean over time, the target air-fuel ratio is simply switched to rich in step S214. As described above, when the first target air-fuel ratio is lean, no oxygen amount is measured during the lean control. This is because rich delay has not been performed at this time.
次に、目標空燃比がリッチに切り替えられると(ステップS202:YES)、ステップS203〜S206が実行され、前記同様に放出酸素量OSAaの計測がなされると同時にリッチディレーが実行され、その後ステップS207で目標空燃比がリーンに切り替えられる。そして、ステップS208〜S211が実行され、前記同様にリッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdが計測される。こうして放出酸素量OSAaとリッチディレーあり吸蔵酸素量OSAbdとが各一つ計測されることとなる。最後に、ステップS213でリッチディレーあり吸蔵酸素量計測フラグがオフされる。 Next, when the target air-fuel ratio is switched to rich (step S202: YES), steps S203 to S206 are executed, and the rich oxygen is executed simultaneously with the measurement of the released oxygen amount OSAa as described above, and then step S207. The target air-fuel ratio is switched to lean. Then, steps S208 to S211 are executed, and the stored oxygen amount OSAbd with rich delay is measured as described above. Thus, each of the released oxygen amount OSAa and the stored oxygen amount OSAbd with rich delay is measured. Finally, in step S213, the stored oxygen amount measurement flag with rich delay is turned off.
ところで、かかるリッチディレー制御は、触媒後センサ出力がリッチに反転し触媒11の下流にリッチ成分が流出しているにも拘わらず、強制的にリッチガスを触媒11に供給するものである。よってこの流出するリッチ成分ないしリッチガスを減少するか、或いは最終的に大気に放出しないよう、留意するのが望ましい。この対策として、例えば下流触媒19により、上流触媒11から流出したリッチ成分を浄化するのが好ましい。例えば、下流触媒19が酸素放出可能な状態となっているときのみリッチディレーを行うこととしてもよい。こうすれば流出リッチ成分を、下流触媒19からの放出酸素で浄化できるからである。このとき触媒後センサ18により、下流触媒19に流入する排気ガスの空燃比がリッチかリーンかを判別し、リーンのときにはリーンカウンタを加算、リッチのときにはリーンカウンタを減算するようにして、リーンカウンタ値が所定値以上のときのみリッチディレー実行可能としてもよい。
By the way, in the rich delay control, the rich gas is forcibly supplied to the
或いは、新品の上流触媒11の酸素吸蔵容量レベルまでしかリッチ制御が継続されないよう、リッチディレー時間を設定してもよい。こうするとリッチ成分の流出量を、新品時から劣化時までの酸素吸蔵容量低下分に制限できる。
Alternatively, the rich delay time may be set so that the rich control is continued only up to the oxygen storage capacity level of the new
或いは、図10に示すように、上流触媒11と下流触媒19の間の排気通路に空気を噴射するエアインジェクタ24を設置し、リッチディレー中にエアインジェクタ24から空気を噴射してもよい。こうすることにより、下流触媒19において、リッチディレー中の流出リッチ成分を噴射空気と反応させて浄化することができ、併せて下流触媒19から吸蔵酸素が放出されるのも抑制できる。
Alternatively, as shown in FIG. 10, an
或いは、触媒後センサ18に触媒前センサ17と同様な広域空燃比センサを用い、触媒前センサ17と触媒後センサ18との検出空燃比が同等となるまでリッチディレーを実行可能としてもよい。これら検出空燃比が同等となったときには上流触媒11の吸蔵酸素量はほぼゼロと考えられ、流入ガスのリッチ成分を浄化することができない。よってこのときにはリッチディレーを終了するのが好ましい。
Alternatively, a wide air-fuel ratio sensor similar to the
或いは、図10に示すように、下流触媒19の下流の排気通路に空燃比センサ(広域空燃比センサ又はO2センサ)22を設置し、この空燃比センサ22の出力がリッチでないときのみリッチディレーを実行可能としてもよい。例えば、空燃比センサ22の出力がリッチに反転したらリッチディレーを終了する。空燃比センサ22の出力がリッチであるということは、下流触媒19が流入ガスのリッチ成分を浄化しきれていないということなので、この場合にはリッチディレーを中止或いは終了するのが好ましい。
Alternatively, as shown in FIG. 10, an air-fuel ratio sensor (wide area air-fuel ratio sensor or O 2 sensor) 22 is installed in the exhaust passage downstream of the
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、内燃機関の用途や形式は任意であり、例えば車両用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。触媒後センサに触媒前センサと同様の広域空燃比センサを用いてもよいし、触媒前センサに触媒後センサと同様のO2センサを用いてもよい。これら広域空燃比センサやO2センサを含め、広く、排気空燃比を検出するセンサを空燃比センサということとする。本発明は、酸素吸蔵能を有するあらゆる触媒に適用可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the use and type of the internal combustion engine are arbitrary, and may be other than for vehicles, for example, a direct injection type or the like. A wide air-fuel ratio sensor similar to the pre-catalyst sensor may be used for the post-catalyst sensor, and an O 2 sensor similar to the post-catalyst sensor may be used for the pre-catalyst sensor. A wide range of sensors that detect the exhaust air-fuel ratio, including these wide-range air-fuel ratio sensors and O 2 sensors, are referred to as air-fuel ratio sensors. The present invention can be applied to any catalyst having an oxygen storage capacity.
図5の結果によれば、低硫黄濃度燃料使用時の酸素吸蔵容量と高硫黄濃度燃料使用時の酸素吸蔵容量との差は、触媒温度に応じて異なり、同一の高硫黄濃度で比較した場合、その差は低温時ほど大きくなる。よってこの結果に基づき、前記補正量(補正係数K)を触媒温度に応じて変更若しくは補正するのが好ましく、具体的には触媒温度が低いほど補正量を大きな値に設定するのが好ましい。 According to the results of FIG. 5, the difference between the oxygen storage capacity when using low-sulfur concentration fuel and the oxygen storage capacity when using high-sulfur concentration fuel differs depending on the catalyst temperature. The difference becomes larger at lower temperatures. Therefore, based on this result, it is preferable to change or correct the correction amount (correction coefficient K) according to the catalyst temperature. Specifically, it is preferable to set the correction amount to a larger value as the catalyst temperature is lower.
リッチディレー中のリッチ空燃比を、通常のリッチ空燃比の値と異ならせることも可能である。 It is also possible to make the rich air-fuel ratio during rich delay different from the value of the normal rich air-fuel ratio.
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
1 内燃機関
6 排気管
11 上流触媒
12 インジェクタ
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
19 下流触媒
20 電子制御ユニット(ECU)
OSC 酸素吸蔵容量
OSCs 劣化判定値
OSAa 放出酸素量
OSAb 吸蔵酸素量
OSAbd リッチディレーあり吸蔵酸素量
ΔOSAb 吸蔵酸素量差
A/Ft 目標空燃比
Δtd ディレー時間
K 補正係数
1
OSC Oxygen storage capacity OSCs Degradation judgment value OSAa Oxygen release amount OSAb Oxygen storage amount OSAbd Oxygen storage amount with rich delay ΔOSAb Oxygen storage amount difference A / Ft Target air-fuel ratio Δtd Delay time K Correction coefficient
Claims (5)
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を所定のタイミングでリーン側及びリッチ側に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段であって、前記空燃比がリーン側となっているときに前記触媒に吸蔵される酸素量を計測すると共に、前記空燃比がリッチ側となっているときに前記触媒から放出される酸素量を計測し、これら吸蔵酸素量及び放出酸素量の計測値に基づき、前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する計測手段と、
前記計測手段により計測された酸素吸蔵容量を所定の劣化判定値と比較して前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を備え、
所定条件が成立した場合、前記アクティブ空燃比制御における少なくとも空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記所定のタイミングより遅らせて、再度、前記アクティブ空燃比制御と、少なくとも前記吸蔵酸素量の計測とを実行し、前回の吸蔵酸素量計測値と今回の吸蔵酸素量計測値との差に基づいて前回の酸素吸蔵容量計測値を補正し、この補正後の前回の酸素吸蔵容量計測値に基づいて前記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。 An apparatus for diagnosing deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Active air-fuel ratio control means for performing active air-fuel ratio control for alternately switching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst to a lean side and a rich side at a predetermined timing;
Measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in accordance with execution of the active air-fuel ratio control, measuring the amount of oxygen stored in the catalyst when the air-fuel ratio is on the lean side, Measuring means for measuring the amount of oxygen released from the catalyst when the air-fuel ratio is on the rich side, and calculating the oxygen storage capacity of the catalyst based on the stored oxygen amount and the measured value of the released oxygen amount; ,
Determination means for determining deterioration of the catalyst by comparing the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined deterioration determination value;
With
When the predetermined condition is satisfied, the timing at which at least the air-fuel ratio in the active air-fuel ratio control is switched from the rich side to the lean side is delayed from the predetermined timing, and again, the active air-fuel ratio control and at least the stored oxygen amount And the previous oxygen storage capacity measurement value is corrected based on the difference between the previous stored oxygen amount measurement value and the current stored oxygen amount measurement value, and the corrected previous oxygen storage capacity measurement value is obtained. A catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine, wherein deterioration of the catalyst is determined based on the determination.
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 The correction amount for correcting the previous oxygen storage capacity measurement value is increased as the difference between the previous stored oxygen amount measurement value and the current stored oxygen amount measurement value is larger. A catalyst deterioration diagnosis device for an internal combustion engine.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 The catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the predetermined condition is satisfied when the previous oxygen storage capacity measurement value is equal to or less than the deterioration determination value.
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前センサにより検出された触媒前空燃比が所定の目標空燃比に一致するように空燃比制御を行うと共に、前記触媒後センサの出力がリッチ側からリーン側に又はその逆に反転するタイミングで、前記目標空燃比をリーン側からリッチ側に又はその逆に切り替え、
前記空燃比の切替タイミングを遅らせる際、前記目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り替えるタイミングを、前記触媒後センサの出力がリーン側からリッチ側に反転するタイミングより所定のディレー時間だけ遅らせる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 A pre-catalyst sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas upstream of the catalyst; and a post-catalyst sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas downstream of the catalyst;
The active air-fuel ratio control means performs air-fuel ratio control so that the pre-catalyst air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor matches a predetermined target air-fuel ratio, and the output of the post-catalyst sensor changes from the rich side to the lean side. Or at the timing of reversing, the target air-fuel ratio is switched from the lean side to the rich side or vice versa,
When delaying the air-fuel ratio switching timing, the timing for switching the target air-fuel ratio from the rich side to the lean side is delayed by a predetermined delay time from the timing when the output of the post-catalyst sensor is reversed from the lean side to the rich side. The catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項4記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。 The current stored oxygen amount is measured from the time when the target air-fuel ratio is switched to the lean side after the delay time has elapsed until the time when the output of the post-catalyst sensor is reversed to the lean side. The catalyst deterioration diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
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