JP3573030B2

JP3573030B2 - Catalyst deterioration judgment device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3573030B2
Application number: JP31245799A
Authority: JP
Inventors: 純一加古; 裕沢田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001132435A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の触媒劣化判断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された燃料量及び還元剤量に対する、その位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気量の比をその位置における排気の空燃比と称すると、従来より、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯ_Ｘを放出して還元するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からＮＯ_Ｘを放出すべきときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に還元剤を供給するようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチにされたとしても、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ放出・還元作用が行われている間はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比はほぼ理論空燃比に維持され、次いでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ放出・還元作用が完了すると流出排気の空燃比がリッチに切り替わることが確認されている。従って、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ貯蔵能力を表しており、逆に言うとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを表していることになる。
【０００４】
そこで、この経過時間を検出し、経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置が公知である（特開平１０−２９９４６９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経過時間は還元剤供給装置による還元剤供給作用時又は還元剤供給作用開始時における機関運転状態又はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の状態に応じて変動しうる。即ち、例えば還元剤供給装置による還元剤供給作用開始時におけるＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ貯蔵量が少ないときには多いときに比べて経過時間は短くなる。ところが、単に経過時間が短いということでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いが大きくなったと判断すると誤判断することになる。
【０００６】
従って、本発明の目的はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを正確に判断することができる内燃機関の触媒劣化判断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯ_X を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯ_X を放出して還元するＮＯ_X 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X を放出すべきときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯ_X 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯ_X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯ _X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、該設定空燃比に基づいて経過時間又は基準値を補正し、補正後の経過時間と基準値とを比較することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにしている。
【００１０】
即ち１番目の発明では、還元剤供給作用時におけるＮＯ_X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比に関わらず、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いが正確に判断される。
【００１１】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯ_X を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯ_X を放出して還元するＮＯ_X 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X を放出すべきときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯ_X 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯ_X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯ _X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、還元剤供給装置による還元剤供給作用時に該設定空燃比または吸入空気量が設定範囲内にあるか否かを判断し、該設定空燃比または該吸入空気量が該設定範囲内にあると判断されたときにこのときの経過時間と基準値とを比較することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにしている。即ち２番目の発明では、ＮＯ _X 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比または吸入空気量が設定範囲内になければＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いの判断が禁止されるので、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化度合いが正確に判断される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、５は吸気弁、６は排気ポート、７は排気弁、８は点火栓を夫々示す。吸気ポート４は対応する吸気枝管９を介してサージタンク１０に接続され、サージタンク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に接続される。吸気枝管９内には燃料噴射弁１３が配置され、吸気ダクト１１内にはスロットル弁１４が配置される。一方、排気ポート６は排気マニホルド１５を介して始動時用触媒１６を収容したケーシング１７に接続され、ケーシング１７は排気管１８を介してＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９を収容したケーシング２０に接続される。さらに、ケーシング２０には排気管２１が接続される。
【００１３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。吸気ダクト１１内には吸入空気の質量流量を検出するための吸入空気量センサ３８が配置される。排気管１８にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９が取り付けられる。この排気温度はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の温度を表しており、以下、触媒温度ＴＣと称する。また、排気管１８にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩを表す出力電圧を発生する空燃比センサ４０が取り付けられ、排気管２１にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９からの流出排気の空燃比ＡＦＯを表す出力電圧を発生する空燃比センサ４１が取り付けられる。これらセンサ３８，３９，４０，４１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。さらに、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各点火栓８、各燃料噴射弁１３、及び表示装置４５にそれぞれ接続される。
【００１４】
表示装置４５はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが予め定められた設定度合いよりも大きくなったことを表示するためのものであり、例えばランプからなる。
図２は気筒から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図２からわかるように、気筒から排出される排気中の未燃ＨＣ，ＣＯの量は燃焼室３内で燃料せしめられる混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、気筒から排出される排気中の酸素Ｏ_２の量は燃焼室３内で燃料せしめられる混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。なお、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９上流の排気通路内に還元剤又は空気が２次的に供給されない場合には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比は燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比に一致する。
【００１５】
始動時触媒１７はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９が活性化していない機関始動時に排気を浄化するためのものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が担持された三元触媒から形成される。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ，イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９は流入排気の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯ_Ｘを放出して還元するＮＯ_Ｘ吸放出・還元作用を行う。ここで、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９は吸収によりＮＯ_Ｘを蓄えると考えられている。
【００１６】
上述のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９を機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９は実際にＮＯ_Ｘ吸放出・還元作用を行うがこのＮＯ_Ｘ吸放出・還元作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこのＮＯ_Ｘ吸放出・還元作用は図３（Ａ），３（Ｂ）に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１７】
即ち、流入排気がかなりリーンになると流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内に吸収される。
【００１８】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気中の酸素濃度が低下するとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９からＮＯ_Ｘが放出されることになる。流入排気のリーンの度合が低くなれば流入排気中の酸素濃度が低下し、従って流入排気のリーンの度合を低くすればＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９からＮＯ_Ｘが放出されることになる。
【００１９】
一方、このときＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、この排気中には図２からわかるように多量のＨＣ，ＣＯが含まれ、この多量のＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると流入排気中の酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ_２が放出され、このＮＯ_２は図３（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出され、還元される。
【００２０】
図１の内燃機関では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＢ・ＫＫ・（ＡＦＳ／ＡＦＴ）
ここでＴＢは基本燃料噴射時間、ＫＫは補正係数、ＡＦＳは理論空燃比（＝１４．６）、ＡＦＴは目標空燃比をそれぞれ表している。
基本燃料噴射時間ＴＢは燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射時間であって予め実験により求められている。この基本燃料噴射時間ＴＢは機関運転状態例えば機関負荷を表す吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２１】
補正係数ＫＫは暖機運転時増量補正係数、加速時増量補正係数、学習補正係数などを一まとめにして表したものであり、補正する必要がないときには１．０に維持される。
目標空燃比ＡＦＴは燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比の目標値であり、従ってＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比の目標値を表している。ＡＦＴ＞ＡＦＳのときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリーンになり、ＡＦＴ＜ＡＦＳのときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリッチになる。
【００２２】
図１の内燃機関では通常運転時、目標空燃比ＡＦＴが例えば機関運転状態に応じて定められるリーン空燃比ＡＦＬ（＞ＡＦＳ）に維持される。従って、機関１から排出されるＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内に蓄えられることになる。
ところが、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ貯蔵能力には限界があるのでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ貯蔵能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に貯蔵されているＮＯ_Ｘ量を求め、このＮＯ_Ｘ貯蔵量が予め定められた設定値よりも多くなったときにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比を一時的にリッチに切り換え、それによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内に蓄えられているＮＯ_Ｘ放出して還元するようにしている。即ち、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内のＮＯ_Ｘを放出、還元すべきときには目標空燃比ＡＦＴが一時的にリーン空燃比ＡＦＬからリッチ空燃比ＡＦＲに切り換えられる。
【００２３】
図４は目標空燃比ＡＦＴをリッチに切り換えたときのＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩ及び流出排気の空燃比ＡＦＯの変化を概略的に示す実験結果である。図４の時間ａにおいてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用を開始すべきであると判断されると、目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比ＡＦＲに向けて徐々に低下せしめられ、その結果流入排気空燃比ＡＦＩ及び流出排気空燃比ＡＦＯが低下する。
【００２４】
次いで、時間ｂとなると流入排気空燃比ＡＦＩが理論空燃比になり、次いでリッチになる。即ち、リーンでなくなる。一方、このとき流出排気空燃比ＡＦＯはほぼ理論空燃比ＡＦＴに維持される。これは流入排気空燃比ＡＦＩがリーンでなくなるとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用が実質的に始まり、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内においてＨＣ，ＣＯとＮＯ_Ｘ，Ｏ_２とがほぼバランスするためであると考えられている。なお、このとき流出排気空燃比ＡＦＯがわずかばかりリッチに維持されることもある。
【００２５】
次いで、時間ｃとなると流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになり、次いでリッチ空燃比ＡＦＲに一致するまで低下する。これはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内にＮＯ_Ｘ，Ｏ_２がほとんどなくなったためにＨＣ，ＣＯが過剰となるからであると考えられている。従って、時間ｃはＮＯ_Ｘ放出、還元作用が完了した時間と見ることができる。
【００２６】
そこで、流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになったときには目標空燃比ＡＦＴを直ちにリーン空燃比ＡＦＬに戻すようにしている。なお、図４は流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになった後にも目標空燃比ＡＦＴをリッチ空燃比ＡＦＲに維持した場合を示しており、本実施態様の空燃比制御とは異なっている。
従って、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンでなくなってから流出排気空燃比がリッチになるまでの経過時間ＥＴにおいて、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用が実質的に行われていると考えることができる。
【００２７】
一方、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ貯蔵量を直接求めることはできない。しかしながら、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に流入するＮＯ_Ｘ量の積算値はＮＯ_Ｘ貯蔵量を表している。そこで本実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に単位時間当たり流入するＮＯ_Ｘ量ＱＮを求め、このＮＯ_Ｘ量ＱＮの積算値ＳＱＮが予め定められた設定値よりも大きくなったときにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用を開始するようにしている。
【００２８】
ところで、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９を使用するにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９が劣化し、その結果ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ貯蔵作用が低下する。一方、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内のＮＯ_Ｘ貯蔵量が少なくなるにつれてＮＯ_Ｘ放出、還元作用に必要な時間が短くなる。従って、上述の経過時間ＥＴが予め定められた基準値ＲＥＦよりも短くなったときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが予め定められた設定度合いよりも大きくなったと判断することができる。
【００２９】
ところが、冒頭で述べたように経過時間ＥＴはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９のＮＯ_X 放出、還元作用時又はＮＯ_X 放出、還元作用開始時における機関運転状態又はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９の状態に応じて変動しうる。このことについて図５及び図６を参照して詳細に説明する。
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９のＮＯ_X 放出、還元作用を行うべく目標空燃比ＡＦＴのリッチ空燃比ＡＦＲへの変更作用が開始されたときのＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９のＮＯ_X 貯蔵量、並びに三元触媒１６及びＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９の酸素貯蔵量をそれぞれＳＱＮＲ，ＳＱＯＸＲとし、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときの触媒温度及び吸入空気量をそれぞれＴＣＲ，ＧａＲとし、ＮＯ_X 放出、還元作用時におけるリッチ空燃比をＡＦＲＲとすると、図５（Ａ）はＴＣＲと経過時間ＥＴとの関係を、図５（Ｂ）はＳＱＮＲと経過時間ＥＴとの関係を、図５（Ｃ）はＡＦＲＲと経過時間ＥＴとの関係を、図６（Ａ）はＧａＲと経過時間ＥＴとの関係を、図６（Ｂ）はＳＱＯＸＲと経過時間ＥＴとの関係をそれぞれ示している。
【００３０】
図５（Ａ）からわかるように、経過時間ＥＴは触媒温度ＴＣＲが低いときにはＴＣＲが低くなるつれて短くなり、触媒温度ＴＣＲが高いときにはＴＣＲが高くなるつれて短くなる。これはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が触媒温度に依存しており、ＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低くなると放出、還元すべきＮＯ_Ｘ量が少なくなるために経過時間ＥＴが短くなるためであると考えられている。
【００３１】
また、図５（Ｂ）からわかるように、経過時間ＥＴはＮＯ_Ｘ貯蔵量ＳＱＮＲが大きくなるにつれて長くなる。これはＮＯ_Ｘ吸蔵量が多くなると放出、還元すべきＮＯ_Ｘ量が多くなるために経過時間ＥＴが長くなるためであると考えられている。
さらに、図５（Ｃ）からわかるように、経過時間ＥＴはリッチ空燃比ＡＦＲＲが小さくなるにつれて短くなる。これはリッチ空燃比が小さくなるにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に単位時間当たりに供給される還元剤即ちＨＣ，ＣＯの量が多くなるからであると考えられている。
【００３２】
さらに、図６（Ａ）からわかるように、経過時間ＥＴは吸入空気量ＧａＲが多くなるにつれて短くなる。これは吸入空気量が多くなるにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に単位時間当たりに供給されるＨＣ，ＣＯの量が多くなるからであると考えられている。
さらに、図６（Ｂ）からわかるように、経過時間ＥＴは酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが多くなるにつれて長くなる。これは酸素貯蔵量が多くなるにつれて、ＮＯ_Ｘ放出、還元作用に使用されることなく消費されるＨＣ，ＣＯ量が増大するためであると考えられている。
【００３３】
このように経過時間は変動しうる。従って、ＮＯ_Ｘ流入量積算値ＳＱＮが設定値よりも大きくなったということでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用を開始し、このとき経過時間ＥＴが基準値ＲＥＦよりも短くなったということでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断すると、誤判断することになる。
【００３４】
そこで、上述のＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき経過時間ＥＴを補正し、補正後の経過時間ＣＥＴが基準値ＲＥＦよりも短くなったときにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断するようにしている。
具体的には、補正後の経過時間ＣＥＴは次式により算出される。
【００３５】
ＣＥＴ＝ＥＴ・ＫＴ・ＫＮ・ＫＲ・ＫＧ・ＫＯＸ
ここでＫＴは触媒温度補正係数、ＫＮはＮＯ_Ｘ吸蔵量補正係数、ＫＲはリッチ空燃比補正係数、ＫＧは吸入空気量補正係数、ＫＯＸは酸素貯蔵量補正係数をそれぞれ表している。
触媒温度補正係数ＫＴは図７（Ａ）に示されるように、触媒温度ＴＣＲが低いときにはＴＣＲが低くなるつれて大きくなり、触媒温度ＴＣＲが高いときにはＴＣＲが高くなるつれて大きくなる。この補正係数ＫＴは図７（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３６】
ＮＯ_Ｘ吸蔵量補正係数ＫＮは図７（Ｂ）に示されるように、ＮＯ_Ｘ貯蔵量ＳＱＮＲが大きくなるにつれて小さくなる。この補正係数ＫＮは図７（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
リッチ空燃比補正係数ＫＲは図７（Ｃ）に示されるように、リッチ空燃比ＡＦＲＲが小さくなるにつれて大きくなる。この補正係数ＫＲは図７（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
吸入空気量補正係数ＫＧは図８（Ａ）に示されるように、吸入空気量ＧａＲが多くなるにつれて大きくなる。この補正係数ＫＧは図８（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
酸素貯蔵量補正係数ＫＯＸは図８（Ｂ）に示されるように、酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが多くなるにつれて小さくなる。この補正係数ＫＧは図８（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３８】
このように補正後の経過時間ＣＥＴを用いることによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを正確に判断することができる。
図９及び図１０は目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９及び図１０を参照すると、まずステップ５０ではフラグがセットされているか否かが判別される。このフラグはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用を行うべきときにセットされ、それ以外はリセットされるものである。フラグがリセットされているときには次いでステップ５１に進み、リーン空燃比ＡＦＬが算出される。リーン空燃比ＡＦＬは例えば機関負荷を表す吸入空気量Ｇａ、機関回転数Ｎ、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比ＡＦＬに切り換えられてからの時間の関数として予め定められている。続くステップ５２ではこのＡＦＬが目標空燃比ＡＦＴとされる。
【００３９】
続くステップ５３では単位時間当たりにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に流入するＮＯ_Ｘ量ＱＮが算出される。単位時間当たりの流入ＮＯ_Ｘ量ＱＮは吸入空気量Ｇａが多くなるにつれて多くなり、機関回転数Ｎが高くなるにつれて多くなるので、例えば吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎに基づいて単位時間当たりの流入ＮＯ_Ｘ量ＱＮを求めることができる。続くステップ５４では流入ＮＯ_Ｘ量積算値ＳＱＮが算出される（ＳＱＮ＝ＳＱＮ＋ＱＮ）。続くステップ５５では単位時間当たりに機関１から排出される酸素量ＱＯＸが算出される。単位時間当たりの排出酸素量ＱＯＸは吸入空気量Ｇａが多くなるにつれて多くなり、リーン空燃比ＡＦＬが大きくなるにつれて多くなるので、例えば吸入空気量Ｇａ及びリーン空燃比ＡＦＬに基づいて単位時間当たりの排出酸素量ＱＯＸを求めることができる。続くステップ５６では排出酸素量積算値ＳＱＯＸが算出される（ＳＱＯＸ＝ＳＱＯＸ＋ＱＯＸ）。この排出酸素量積算値ＳＱＯＸは三元触媒１７及びＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９内に貯蔵されている酸素量を表している。
【００４０】
続くステップ５７では流入ＮＯ_Ｘ量積算値ＳＱＮが予め定められた設定値Ｓ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＱＮ≦Ｓ１のときには処理サイクルを終了する。これに対しＳＱＮ＞Ｓ１のときには次いでステップ５８に進み、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ放出、還元作用を行うための条件が成立しているか否かが判別される。例えば、機関始動時、アイドリング運転時、加速運転時には条件不成立とされ、それ以外は条件成立とされる。条件不成立のときには処理サイクルを終了する。条件成立のときには次いでステップ５９に進み、フラグがセットされる。続くステップ６０ではリッチ空燃比ＡＦＲが算出される。リッチ空燃比ＡＦＲは例えば吸入空気量Ｇａ、機関回転数Ｎ、補正後の経過時間ＣＥＴの関数として予め定められている。続くステップ６１ではこのときの流入ＮＯ_Ｘ量積算値ＳＱＮがＮＯ_Ｘ貯蔵量ＳＱＮＲとして記憶され、排出酸素量積算値ＳＱＯＸが酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲとして記憶される。続くステップ６２ではＳＱＮ及びＳＱＯＸがクリアされる。次いで処理サイクルを終了する。
【００４１】
フラグがセットされたときにはステップ５０からステップ６３に進み、目標空燃比ＡＦＴが一定値ａだけ減少される（ＡＦＴ＝ＡＦＴ−ａ）。続くステップ６４では目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比ＡＦＲよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＴ≧ＡＦＲのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＴ＜ＡＦＲのときには次いでステップ６５に進み、ＡＦＴがＡＦＲに一致せしめられる。従って、フラグがセットされると目標空燃比ＡＦＴがＡＦＬから徐々に減少せしめられ、次いでＡＦＲに維持される。フラグがリセットされると目標空燃比ＡＦＴがＡＦＬに戻される。
【００４２】
なお、本実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯ_Ｘ還元、放出作用を行うためにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９に還元剤を供給しているという見方もできる。この場合、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比ＡＦＬから減少され始めてから、再びリーン空燃比ＡＦＬに戻されるまでが還元剤供給作用時ということになる。
図１１は経過時間ＥＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４３】
図１１を参照すると、まずステップ７０では上述のフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがリセットされているときには処理サイクルを終了する。フラグがセットされているときには次いでステップ７１に進み、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＩ＞１４．８のときにリーンと判断され、ＡＦＩ≦１４．８のときにリーンでないと判断される。ＡＦＩがリーンのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＩがリーンでないときには次いでステップ７２に進み、前回の処理サイクルにおいて流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンのとき、即ちＡＦＩがリーンの状態からからリーンでない状態に切り替わったときには次いでステップ７３に進み、このときの触媒温度ＴＣがＴＣＲとして、吸入空気量ＧａがＧａＲとして記憶される。次いでステップ７４に進む。これに対し、前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンでないときにはステップ７４にジャンプする。
【００４４】
ステップ７４では経過時間ＥＴが１だけインクリメントされる。続くステップ７５では流出排気空燃比ＡＦＯがリッチであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＯ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＯ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。ＡＦＯがリッチでないときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＡＦＯがリッチのときには次いでステップ７６に進み、このときのリッチ空燃比ＡＦＲがＡＦＲＲとして記憶される。続くステップ７７ではフラグがリセットされ、続くステップ７８では劣化判断ルーチンが実行される。この劣化判断ルーチンは図１２に示されている。
【００４５】
図１２を参照すると、まずステップ８０では図７（Ａ）のマップから触媒温度補正係数ＫＴが算出される。続くステップ８１では図７（Ｂ）のマップからＮＯ_Ｘ貯蔵量補正係数ＫＮが算出され、続くステップ８２では図８（Ｂ）のマップから酸素貯蔵量補正係数ＫＯＸが算出される。続くステップ８３では図７（Ｃ）のマップからリッチ空燃比補正係数ＫＲが算出され、続くステップ８４では図８（Ａ）のマップから吸入空気量補正係数ＫＧが算出される。続くステップ８５では補正された経過時間ＣＥＴが算出される（ＣＥＴ＝ＥＴ・ＫＴ・ＫＮ・ＫＯＸ・ＫＲ・ＫＧ）。続くステップ８６では補正された経過時間ＣＥＴが基準値ＲＥＦよりも小さいか否かが判別される。ＣＥＴ＜ＲＥＦのときには次いでステップ８７に進み、表示装置４５が作動せしめられる。これに対しＣＥＴ≧ＲＥＦのときには次いでステップ８８に進み、表示装置４５が停止せしめられる。
【００４６】
再び図１１を参照すると、続くステップ７９では経過時間ＥＴがクリアされる。
図１３は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図１３を参照すると、まずステップ９０では基本燃料噴射時間ＴＢが算出される。続くステップ９１では補正係数ＫＫが算出される。続くステップ９２では燃料噴射時間ＴＡＵが算出される（ＴＡＵ＝ＴＢ・ＫＫ・ＡＦＳ／ＡＦＴ）。
上述の実施態様では、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき経過時間ＥＴを補正している。しかしながら、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき基準値ＲＥＦを補正し、経過時間ＥＴが補正後の基準値よりも短くなったときにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断することもできる。当然、両方を補正してもよい。
【００４７】
図１４に別の実施態様を示す。図１４の内燃機関はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９上流の排気管１８に空燃比センサ４０が取り付けられていない点で図１の内燃機関と構成を異にしている。
流入排気空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときには、流出排気空燃比ＡＦＯもリーンの状態からリーンでない状態に切り替わる。即ち、流入排気空燃比ＡＦＩの変化は流出排気空燃比ＡＦＯを検出することにより知ることができる。そこで本実施態様ではＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９上流の空燃比センサを省略し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９下流の空燃比センサ４１により流入排気空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替ったか否かを判断するようにしている。
【００４８】
一方、上述したように、機関運転状態又はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の状態に応じて経過時間ＥＴは変動しうるので、異なる状態における経過時間ＥＴを比較することは無意味ということになる。従って、同じ状態における経過時間ＥＴを比較すればＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを正確に判断できることになる。そこで本実施態様では、機関運転状態又はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の状態が予め定められた設定状態であるときの経過時間ＥＴに基づいてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを判断するようにしている。言い換えると、機関運転状態又はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の状態が設定状態でないときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いの判断を禁止しているということになる。
【００４９】
具体的には、触媒温度ＴＣＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつＮＯ_Ｘ貯蔵量ＳＱＮＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつリッチ空燃比ＡＦＲＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつ吸入空気量ＧａＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつ酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが予め定められた設定範囲内にあるときには、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが判断される。いずれか一つが設定範囲外のときにはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９の劣化度合いの判断は行われない。
【００５０】
図１５は本実施態様における経過時間ＥＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。なお、本実施態様においても図９及び図１０に示される目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンと、図１３に示される燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンとが実行される。
図１５を参照すると、まずステップ１７０では上述のフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがリセットされているときには処理サイクルを終了する。フラグがセットされているときには次いでステップ１７１に進み、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。例えば、流出排気空燃比ＡＦＯ＞１４．８のときにリーンと判断され、ＡＦＯ≦１４．８のときにリーンでないと判断される。ＡＦＩがリーンのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＩがリーンでないときには次いでステップ１７２に進み、前回の処理サイクルにおいて流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンのときには次いでステップ１７３に進み、このときの触媒温度ＴＣがＴＣＲとして、吸入空気量ＧａがＧａＲとして記憶される。次いでステップ１７４に進む。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンでないときにはステップ１７４にジャンプする。
【００５１】
ステップ１７４では経過時間ＥＴが１だけインクリメントされ、続くステップ１７５では流出排気空燃比ＡＦＯがリッチであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＯ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＯ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。ＡＦＯがリッチでないときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＡＦＯがリッチのときには次いでステップ１７６に進み、このときのリッチ空燃比ＡＦＲがＡＦＲＲとして記憶される。続くステップ１７７ではフラグがリセットされ、続くステップ１７８では図１６に示される劣化判断ルーチンが実行される。
【００５２】
図１６を参照すると、まずステップ１８０では触媒温度ＴＣＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＴＣＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８１に進み、ＮＯ_Ｘ貯蔵量ＳＱＮＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＳＱＮＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８２に進み、酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＳＱＯＸＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８３に進み、リッチ空燃比ＡＦＲＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＡＦＲＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８４に進み、吸入空気量ＧａＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＧａＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８５に進み、経過時間ＥＴが基準値ＲＥＦよりも小さいか否かが判別される。ＥＴ＜ＲＥＦのときには次いでステップ１８６に進み、表示装置４５が作動せしめられる。これに対しＥＴ≧ＲＥＦのときには次いでステップ１８７に進み、表示装置４５が停止せしめられる。一方、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＳＱＯＸＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲのうちいずれか一つが設定範囲外にあるときにもステップ１８７に進む。
【００５３】
再び図１５を参照すると、続くステップ１７９では経過時間ＥＴがクリアされる。
これまで述べてきた実施態様では、燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすることにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリッチになるようにしている。しかしながら、機関膨張行程又は排気行程に２回目の燃料噴射を行うことにより流入排気空燃比がリッチになるようにすることもできる。或いは、排気管１８に還元剤供給装置を設け、この還元剤供給装置から還元剤を供給することにより流入排気空燃比がリッチになるようにしてもよい。この場合、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのような炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いることができる。
【００５４】
また、これまで述べてきた実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときを経過時間ＥＴの開始時間としている。しかしながら、流入排気空燃比ＡＦＩがリッチでない状態からリッチの状態に切り替わったときを経過時間ＥＴの開始時間とすることもできる。この場合、例えば、ＡＦＩ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＩ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。
【００５５】
【発明の効果】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いを正確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃焼室から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示す図である。
【図３】ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸放出・還元作用を説明する図である。
【図４】流入排気空燃比ＡＦＩ及び流出排気空燃比ＡＦＯを示す線図である。
【図５】経過時間ＥＴの変化を示す線図である。
【図６】経過時間ＥＴの変化を示す線図である。
【図７】補正係数を示す線図である。
【図８】補正係数を示す線図である。
【図９】目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】経過時間ＥＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】劣化判断ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】別の実施態様における内燃機関の全体図である。
【図１５】別の実施態様における経過時間ＥＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】別の実施態様における劣化判断ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
３…燃焼室
１５…排気マニホルド
１９…ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒
４０，４１…空燃比センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage upstream of the position with respect to the amount of fuel and the reducing agent supplied in the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage upstream of a certain position in the engine exhaust passage. If the ratio of the amount of air supplied to the exhaust gas at that position is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas has been conventionally increased in the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio in the combustion chamber is lean. At the time of_XStored when the oxygen concentration in the inflow exhaust decreases._XTo release and reduce NO_XArrange the storage reduction catalyst, NO_XNO from storage reduction catalyst_XNO when should be released_XNO from the reducing agent supply device so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes rich._XThere is known an internal combustion engine configured to supply a reducing agent to a storage reduction catalyst.
[0003]
NO_XEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is made rich, NO_XNO of storage reduction catalyst_XNO during release / reduction_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the storage reduction catalyst is maintained at substantially the stoichiometric air-fuel ratio,_XNO of storage reduction catalyst_XIt has been confirmed that the air-fuel ratio of the outflow exhaust gas is switched to rich when the release / reduction operation is completed. Therefore, after starting the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device, NO_XAfter the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is no longer lean, NO_XThe elapsed time until the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the storage reduction catalyst becomes rich is NO_XNO of storage reduction catalyst_XRepresents storage capacity, conversely NO_XThis indicates the degree of deterioration of the storage reduction catalyst.
[0004]
Therefore, the elapsed time is detected, and the elapsed time is compared with a predetermined reference value to determine NO._X2. Description of the Related Art There is known a catalyst deterioration determining apparatus for an internal combustion engine that determines the degree of deterioration of an occlusion reduction catalyst (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-299469).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the elapsed time depends on the engine operation state or NO_XIt may vary depending on the state of the storage reduction catalyst. That is, for example, when the reducing agent supply device starts the reducing agent supply operation,_XNO of storage reduction catalyst_XWhen the storage amount is small, the elapsed time is shorter than when the storage amount is large. However, simply because the elapsed time is short, NO_XIf it is determined that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst has increased, an erroneous determination will be made.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is to_XAn object of the present invention is to provide a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine that can accurately determine the degree of deterioration of an occlusion reduction catalyst.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust passage for an internal combustion engine in which an air-fuel ratio in a combustion chamber is lean._X Stored when the oxygen concentration in the inflow exhaust decreases._X To release and reduce NO_X Arrange the storage reduction catalyst, NO_X NO from storage reduction catalyst_X NO when should be released_X NO from the reducing agent supply device so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes rich._X After supplying the reducing agent to the storage reduction catalyst and starting the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device, NO_X After the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is no longer lean, NO_X The elapsed time until the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the storage reduction catalyst becomes rich is detected, and the elapsed time is compared with a predetermined reference value to determine NO._X In a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine that determines the degree of deterioration of the storage reduction catalyst,NO during the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device _X The reducing agent supply amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes a predetermined set air-fuel ratio, and the elapsed time or the reference value is corrected based on the set air-fuel ratio.By comparing the corrected elapsed time with the reference value,_X The degree of deterioration of the storage reduction catalyst is determined.
[0010]
ImmediatelyChi1In the second invention, NO during the reducing agent supply operation_X NO regardless of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst_X The degree of deterioration of the storage reduction catalyst is accurately determined.
[0011]
In order to solve the above problems,2According to the present invention, when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, the NO in the inflow exhaust gas is introduced into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio in the combustion chamber is lean._X Stored when the oxygen concentration in the inflow exhaust decreases._X To release and reduce NO_X Arrange the storage reduction catalyst, NO_X NO from storage reduction catalyst_X NO when should be released_X NO from the reducing agent supply device so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes rich._X After supplying the reducing agent to the storage reduction catalyst and starting the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device, NO_X After the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is no longer lean, NO_X The elapsed time until the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the storage reduction catalyst becomes rich is detected, and the elapsed time is compared with a predetermined reference value to determine NO._X In a catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine that determines the degree of deterioration of the storage reduction catalyst,NO during the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device _X The reducing agent supply amount is controlled such that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes a predetermined set air-fuel ratio,When reducing agent is supplied by the reducing agent supply deviceThe set air-fuel ratio or intake air amount is within the set range.Judge whether there is,When it is determined that the set air-fuel ratio or the intake air amount is within the set range,NO by comparing the elapsed time with the reference value_X The degree of deterioration of the storage reduction catalyst is determined. That is2In the second invention,NO _X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst or the amount of intake air is within the set range.NO if not_X Since the determination of the degree of deterioration of the storage reduction catalyst is prohibited, NO_X The degree of deterioration of the storage reduction catalyst is accurately determined.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Referring to FIG. 1, 1 indicates an engine body, 2 indicates a piston, 3 indicates a combustion chamber, 4 indicates an intake port, 5 indicates an intake valve, 6 indicates an exhaust port, 7 indicates an exhaust valve, and 8 indicates a spark plug. The intake port 4 is connected to a surge tank 10 via a corresponding intake branch 9, and the surge tank 10 is connected to an air cleaner 12 via an intake duct 11. A fuel injection valve 13 is arranged in the intake branch pipe 9, and a throttle valve 14 is arranged in the intake duct 11. On the other hand, the exhaust port 6 is connected via an exhaust manifold 15 to a casing 17 containing a starting catalyst 16, and the casing 17 is_XIt is connected to a casing 20 containing the storage reduction catalyst 19. Further, an exhaust pipe 21 is connected to the casing 20.
[0013]
An electronic control unit (ECU) 30 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, and always connected via a bidirectional bus 31. It has a B-RAM (backup RAM) 35, an input port 36, and an output port 37 connected to a power supply. In the intake duct 11, an intake air amount sensor 38 for detecting a mass flow rate of the intake air is disposed. NO in the exhaust pipe 18_XA temperature sensor 39 for generating an output voltage proportional to the temperature of exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is attached. This exhaust temperature is NO_XIt indicates the temperature of the storage reduction catalyst 19, and is hereinafter referred to as a catalyst temperature TC. In addition, the exhaust pipe 18 has NO_XAn air-fuel ratio sensor 40 that generates an output voltage indicating the air-fuel ratio AFI of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is attached._XAn air-fuel ratio sensor 41 that generates an output voltage indicating an air-fuel ratio AFO of exhaust gas flowing out from the storage reduction catalyst 19 is attached. The output voltages of these sensors 38, 39, 40, 41 are input to the input port 36 via the corresponding AD converters 42, respectively. Further, the input port 36 is connected to a rotation speed sensor 43 that generates an output pulse representing the engine rotation speed. On the other hand, the output port 37 is connected to each ignition plug 8, each fuel injection valve 13, and the display device 45 via the corresponding drive circuit 44.
[0014]
Display 45 is NO_XThis is to indicate that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 has become greater than a predetermined degree, and is formed of, for example, a lamp.
FIG. 2 schematically shows the concentrations of representative components in the exhaust gas discharged from the cylinder. As can be seen from FIG. 2, the amount of unburned HC and CO in the exhaust gas discharged from the cylinder increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 becomes rich, and the amount of exhaust gas discharged from the cylinder increases. Oxygen O₂Increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 becomes leaner. Note that NO_XIf the reducing agent or air is not secondarily supplied into the exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst 19, NO_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 matches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 3.
[0015]
The starting catalyst 17 is NO_XThe storage reduction catalyst 19 is for purifying exhaust gas when the engine is not activated, and is formed of, for example, a three-way catalyst in which a noble metal such as platinum Pt is supported on an alumina carrier.
NO_XThe storage reduction catalyst 19 uses, for example, alumina as a carrier. On this carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and yttrium Y And at least one noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir. This NO_XWhen the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, the storage reduction catalyst 19_XStored when the oxygen concentration in the inflow exhaust decreases._XTo release and reduce NO_XPerforms absorption / release / reduction. Where NO_XThe storage reduction catalyst 19 absorbs NO_XIt is thought to store.
[0016]
NO above_XIf the storage reduction catalyst 19 is arranged in the engine exhaust passage, this NO_XThe storage reduction catalyst 19 is actually NO_XPerforms absorption / release / reduction, but this NO_XThe detailed mechanism of the absorption / reduction / reduction is not clear. However, this NO_XIt is considered that the absorption / release / reduction action is performed by a mechanism as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). Next, this mechanism will be described by taking as an example a case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0017]
That is, when the inflow exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the inflow exhaust gas greatly increases, and as shown in FIG.₂Is O₂ ⁻Or O^2-On the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is reduced to O₂ ⁻Or O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). NO generated next₂Is absorbed in the absorbent while being further oxidized on the platinum Pt and combined with barium oxide BaO, and as shown in FIG.₃ ⁻Diffuses into the absorbent in the form of NO in this way_XIs NO_XIt is absorbed in the storage reduction catalyst 19.
[0018]
As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO₂Is generated, and the NO_XNO unless absorption capacity is saturated₂Is absorbed in the absorbent and nitrate ion NO₃ ⁻Is generated. On the other hand, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing in decreases,₂The reaction proceeds in the reverse direction (NO₃ ⁻→ NO₂) And thus the nitrate ions NO in the absorbent₃ ⁻Is NO₂Released from the absorbent in the form of That is, when the oxygen concentration in the inflow exhaust gas decreases, NO_XNO from the storage reduction catalyst 19_XWill be released. If the degree of leanness of the inflowing exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. Therefore, if the degree of leanness of the inflowing exhaust gas decreases, NO_XNO from the storage reduction catalyst 19_XWill be released.
[0019]
On the other hand, NO_XIf the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is made rich or stoichiometric, the exhaust gas contains a large amount of HC and CO as shown in FIG. Oxygen O₂ ⁻Or O^2-And oxidize. Further, if the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is made rich or the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflow exhaust gas decreases.₂Is released and this NO₂Is reduced by reacting with HC and CO as shown in FIG. 3 (B). Thus, NO on the surface of platinum Pt₂When no longer exists, NO is changed from one absorbent to the next₂Is released and reduced.
[0020]
In the internal combustion engine of FIG. 1, the fuel injection time TAU is calculated based on the following equation.
TAU = TB ・ KK ・ (AFS / AFT)
Here, TB represents the basic fuel injection time, KK represents the correction coefficient, AFS represents the stoichiometric air-fuel ratio (= 14.6), and AFT represents the target air-fuel ratio.
The basic fuel injection time TB is a fuel injection time required to bring the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 3 to the stoichiometric air-fuel ratio, and is obtained in advance by an experiment. The basic fuel injection time TB is stored in the ROM 32 in advance as a function of the engine operating state, for example, the intake air amount Ga indicating the engine load and the engine speed N.
[0021]
The correction coefficient KK collectively represents a warm-up operation increase correction coefficient, an acceleration increase correction coefficient, a learning correction coefficient, and the like, and is maintained at 1.0 when there is no need to perform correction.
The target air-fuel ratio AFT is a target value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 3 and is therefore NO._XThe target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is shown. NO when AFT> AFS_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 becomes lean, and NO when AFT <AFS._XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 becomes rich.
[0022]
In the internal combustion engine of FIG. 1, during normal operation, the target air-fuel ratio AFT is maintained at, for example, a lean air-fuel ratio AFL (> AFS) determined according to the engine operating state. Therefore, NO discharged from the engine 1_XIs NO_XIt will be stored in the storage reduction catalyst 19.
However, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XNO because storage capacity is limited_XNO of the storage reduction catalyst 19_XNO before storage capacity is saturated_XNO from the storage reduction catalyst 19_XMust be released. Therefore, in this embodiment, NO_XNO stored in storage reduction catalyst 19_XThe amount_XNO when the storage amount exceeds a predetermined set value_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is temporarily switched to a rich state._XNO stored in the storage reduction catalyst 19_XThey are released and reduced. That is, NO_XNO in the storage reduction catalyst 19_XIs released or reduced, the target air-fuel ratio AFT is temporarily switched from the lean air-fuel ratio AFL to the rich air-fuel ratio AFR.
[0023]
FIG. 4 shows NO when the target air-fuel ratio AFT is switched to rich._X5 is an experimental result schematically showing changes in the air-fuel ratio AFI of exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 and the air-fuel ratio AFO of exhaust gas flowing out of the storage reduction catalyst 19. NO at time a in FIG._XNO of the storage reduction catalyst 19_XWhen it is determined that the release and reduction actions should be started, the target air-fuel ratio AFT is gradually decreased toward the rich air-fuel ratio AFR, and as a result, the inflow exhaust air-fuel ratio AFI and the outflow exhaust air-fuel ratio AFO decrease. .
[0024]
Next, at time b, the inflow exhaust air-fuel ratio AFI becomes the stoichiometric air-fuel ratio and then becomes rich. That is, it is not lean. On the other hand, at this time, the outflow exhaust air-fuel ratio AFO is substantially maintained at the stoichiometric air-fuel ratio AFT. This is because if the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is no longer lean, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XThe release and reduction actions start substantially and NO_XHC, CO and NO in the storage reduction catalyst 19_X, O₂It is thought that this is because the balance is almost complete. At this time, the outflow exhaust air-fuel ratio AFO may be kept slightly rich.
[0025]
Next, at time c, the outflow exhaust air-fuel ratio AFO becomes rich and then decreases until it matches the rich air-fuel ratio AFR. This is NO_XNO in the storage reduction catalyst 19_X, O₂It is believed that this is because HC and CO become excessive due to almost disappeared. Therefore, time c is NO_XIt can be regarded as the time when the release and reduction actions are completed.
[0026]
Therefore, when the outflow exhaust air-fuel ratio AFO becomes rich, the target air-fuel ratio AFT is immediately returned to the lean air-fuel ratio AFL. FIG. 4 shows a case where the target air-fuel ratio AFT is maintained at the rich air-fuel ratio AFR even after the outflow exhaust air-fuel ratio AFO becomes rich, which is different from the air-fuel ratio control of this embodiment.
Therefore, in the elapsed time ET from when the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is not lean to when the outflow exhaust air-fuel ratio becomes rich, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XIt can be considered that the release and reduction actions are substantially performed.
[0027]
On the other hand, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XThe amount of storage cannot be determined directly. However, NO_XNO flowing into storage reduction catalyst 19_XNo integrated value of quantity_XIndicates the amount of storage. Therefore, in this embodiment, NO_XNO flowing into the storage reduction catalyst 19 per unit time_XThe quantity QN is determined and this NO_XNO when the integrated value SQN of the amount QN becomes larger than a predetermined set value._XNO of the storage reduction catalyst 19_XRelease and reduction actions are started.
[0028]
By the way, NO_XNO as the storage reduction catalyst 19 is used_XThe storage reduction catalyst 19 deteriorates, and as a result, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XThe storage effect is reduced. On the other hand, NO_XNO in the storage reduction catalyst 19_XNO as storage amount decreases_XThe time required for release and reduction is reduced. Therefore, when the elapsed time ET becomes shorter than the predetermined reference value REF, NO_XIt can be determined that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 has become larger than the predetermined degree.
[0029]
However, as mentioned at the beginning, the elapsed time ET is NO_X NO of the storage reduction catalyst 19_X During release, reduction or NO_X Engine operating state or NO at the start of release or reduction action_X It may vary depending on the state of the storage reduction catalyst 19. This will be described in detail with reference to FIGS.
NO_X NO of the storage reduction catalyst 19_X NO when the operation of changing the target air-fuel ratio AFT to the rich air-fuel ratio AFR to perform the release and reduction operations is started._X NO of the storage reduction catalyst 19_X Storage amount, and three-way catalyst 16 and NO_X The oxygen storage amounts of the storage reduction catalyst 19 are SQNR and SQOXR, respectively, and NO_X When the air-fuel ratio AFI of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 switches from a lean state to a non-lean state, the catalyst temperature and the intake air amount are TCR and GaR, respectively._X The rich air-fuel ratio during release and reductionRAssuming that R, FIG. 5 (A) shows the relationship between TCR and elapsed time ET, FIG. 5 (B) shows the relationship between SQNR and elapsed time ET, and FIG. 5 (C) shows the relationship between AFRR and elapsed time ET. 6A shows the relationship between GaR and elapsed time ET, and FIG. 6B shows the relationship between SQOXR and elapsed time ET.
[0030]
As can be seen from FIG. 5A, when the catalyst temperature TCR is low, the elapsed time ET becomes shorter as the TCR becomes lower, and when the catalyst temperature TCR is higher, the elapsed time ET becomes shorter as the TCR becomes higher. This is NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XThe storage capacity depends on the catalyst temperature, and NO_XNO to be released and reduced when the storage capacity decreases_XIt is considered that the elapsed time ET is shortened because the amount is reduced.
[0031]
Further, as can be seen from FIG. 5B, the elapsed time ET is NO._XIt becomes longer as the storage amount SQNR increases. This is NO_XNO to be released and reduced when the occlusion amount increases_XIt is considered that the elapsed time ET becomes longer due to the larger amount.
Further, as can be seen from FIG. 5C, the elapsed time ET becomes shorter as the rich air-fuel ratio AFRR becomes smaller. This is because as the rich air-fuel ratio becomes smaller,_XIt is considered that the amount of the reducing agent, that is, HC and CO supplied to the storage reduction catalyst 19 per unit time increases.
[0032]
Further, as can be seen from FIG. 6A, the elapsed time ET decreases as the intake air amount GaR increases. This is because NO increases as the amount of intake air increases._XIt is considered that the amount of HC and CO supplied to the storage reduction catalyst 19 per unit time increases.
Further, as can be seen from FIG. 6B, the elapsed time ET becomes longer as the oxygen storage amount SQOXR increases. This means that as oxygen storage increases, NO_XIt is considered that the amount of HC and CO consumed without being used for the emission and reduction actions is increased.
[0033]
Thus, the elapsed time can vary. Therefore, NO_XNO because the inflow amount integrated value SQN became larger than the set value_XNO of the storage reduction catalyst 19_XRelease and reduction actions are started. At this time, the elapsed time ET becomes shorter than the reference value REF, and NO_XIf it is determined that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 has become larger than the set degree, an erroneous determination is made.
[0034]
Therefore, the elapsed time ET is corrected based on the above-described TCR, SQNR, AFRR, GaR, and SQOXR, and when the corrected elapsed time CET becomes shorter than the reference value REF, NO is determined._XIt is determined that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 has become larger than the set degree.
Specifically, the corrected elapsed time CET is calculated by the following equation.
[0035]
CET = ET, KT, KN, KR, KG, KOX
Here, KT is a catalyst temperature correction coefficient, and KN is NO_XThe storage amount correction coefficient, KR indicates a rich air-fuel ratio correction coefficient, KG indicates an intake air amount correction coefficient, and KOX indicates an oxygen storage amount correction coefficient.
As shown in FIG. 7A, when the catalyst temperature TCR is low, the catalyst temperature correction coefficient KT increases as the TCR decreases, and increases as the catalyst temperature TCR increases. This correction coefficient KT is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
[0036]
NO_XThe storage amount correction coefficient KN is NO as shown in FIG._XIt decreases as the storage amount SQNR increases. This correction coefficient KN is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
As shown in FIG. 7 (C), the rich air-fuel ratio correction coefficient KR increases as the rich air-fuel ratio AFRR decreases. This correction coefficient KR is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
[0037]
As shown in FIG. 8A, the intake air amount correction coefficient KG increases as the intake air amount GaR increases. This correction coefficient KG is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
As shown in FIG. 8B, the oxygen storage amount correction coefficient KOX decreases as the oxygen storage amount SQOXR increases. This correction coefficient KG is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
[0038]
By using the corrected elapsed time CET as described above, NO_XThe degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 can be accurately determined.
9 and 10 show a routine for calculating the target air-fuel ratio AFT. This routine is executed by interruption every predetermined set time.
Referring to FIGS. 9 and 10, first, at step 50, it is determined whether or not the flag is set. This flag is NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XIt is set when release and reduction actions are to be performed, and reset otherwise. When the flag has been reset, the routine proceeds to step 51, where the lean air-fuel ratio AFL is calculated. The lean air-fuel ratio AFL is predetermined as a function of, for example, the intake air amount Ga representing the engine load, the engine speed N, and the time from when the target air-fuel ratio AFT is switched to the lean air-fuel ratio AFL. In the following step 52, this AFL is set as the target air-fuel ratio AFT.
[0039]
In the following step 53, NO per unit time_XNO flowing into storage reduction catalyst 19_XThe quantity QN is calculated. Inflow NO per unit time_XSince the amount QN increases as the intake air amount Ga increases and increases as the engine speed N increases, for example, the inflow NO per unit time based on the intake air amount Ga and the engine speed N is determined._XThe quantity QN can be determined. In the following step 54, the inflow NO_XAn amount integrated value SQN is calculated (SQN = SQN + QN). In the following step 55, the amount of oxygen QOX discharged from the engine 1 per unit time is calculated. The discharged oxygen amount QOX per unit time increases as the intake air amount Ga increases, and increases as the lean air-fuel ratio AFL increases. The oxygen amount QOX can be determined. In the following step 56, the integrated value SQOX of the exhausted oxygen amount is calculated (SQOX = SQOX + QOX). The integrated value SQOX of the discharged oxygen amount is determined by the three-way catalyst 17_XIt indicates the amount of oxygen stored in the storage reduction catalyst 19.
[0040]
In the following step 57, the inflow NO_XIt is determined whether or not the amount integrated value SQN is larger than a predetermined set value S1. When SQN ≦ S1, the processing cycle ends. On the other hand, if SQN> S1, then the routine proceeds to step 58, where NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XIt is determined whether the conditions for performing the releasing and reducing actions are satisfied. For example, the conditions are not satisfied at the time of engine start, idling operation, and acceleration operation, and the conditions are satisfied at other times. When the condition is not satisfied, the processing cycle ends. When the condition is satisfied, the routine proceeds to step 59, where a flag is set. In the following step 60, the rich air-fuel ratio AFR is calculated. The rich air-fuel ratio AFR is predetermined as a function of, for example, the intake air amount Ga, the engine speed N, and the corrected elapsed time CET. In the following step 61, the inflow NO at this time_XNO is the amount integrated value SQN_XThe stored oxygen amount SQOX is stored as the stored oxygen amount SQOXR, and the accumulated oxygen amount SQOX is stored as the oxygen storage amount SQOXR. In the following step 62, SQN and SQOX are cleared. Then, the processing cycle ends.
[0041]
When the flag is set, the process proceeds from step 50 to step 63, where the target air-fuel ratio AFT is reduced by a constant value a (AFT = AFT-a). In the following step 64, it is determined whether or not the target air-fuel ratio AFT is smaller than the rich air-fuel ratio AFR. When AFT ≧ AFR, the processing cycle ends. If AFT <AFR, then the routine proceeds to step 65, where the AFT is made equal to the AFR. Therefore, when the flag is set, the target air-fuel ratio AFT is gradually decreased from AFL, and then maintained at AFR. When the flag is reset, the target air-fuel ratio AFT is returned to AFL.
[0042]
In this embodiment, NO_XNO of the storage reduction catalyst 19_XNO for reducing and releasing_XIt can be seen that the reducing agent is being supplied to the storage reduction catalyst 19. In this case, the period from when the target air-fuel ratio AFT starts decreasing from the lean air-fuel ratio AFL to when the target air-fuel ratio AFT is returned to the lean air-fuel ratio AFL again is the time of the reducing agent supply operation.
FIG. 11 shows a routine for calculating the elapsed time ET. This routine is executed by interruption every predetermined set time.
[0043]
Referring to FIG. 11, first, at step 70, it is determined whether or not the above-mentioned flag is set. When the flag has been reset, the processing cycle ends. When the flag is set, the routine proceeds to step 71, where it is determined whether or not the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is lean. For example, when AFI> 14.8, it is determined to be lean, and when AFI ≦ 14.8, it is determined to be not lean. When the AFI is lean, the processing cycle ends. If the AFI is not lean, then the routine proceeds to step 72, where it is determined whether the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is lean in the previous processing cycle. When AFI is lean in the previous processing cycle, that is, when AFI is switched from a lean state to a non-lean state, the routine proceeds to step 73, where the catalyst temperature TC at this time is stored as TCR and the intake air amount Ga is stored as GaR. Is done. Next, the routine proceeds to step 74. On the other hand, if AFI is not lean in the previous processing cycle, the routine jumps to step 74.
[0044]
In step 74, the elapsed time ET is incremented by one. In the following step 75, it is determined whether or not the outflow exhaust air-fuel ratio AFO is rich. For example, rich is determined when AFO <14.4, and not rich when AFO ≧ 14.4. If the AFO is not rich, then the processing cycle ends. On the other hand, when the AFO is rich, the process proceeds to step 76, where the rich air-fuel ratio AFR at this time is stored as AFRR. In a succeeding step 77, the flag is reset, and in a succeeding step 78, a deterioration determination routine is executed. This deterioration determination routine is shown in FIG.
[0045]
Referring to FIG. 12, first, at step 80, the catalyst temperature correction coefficient KT is calculated from the map of FIG. In the following step 81, NO is determined from the map of FIG._XThe storage amount correction coefficient KN is calculated, and in the following step 82, the oxygen storage amount correction coefficient KOX is calculated from the map of FIG. In the following step 83, the rich air-fuel ratio correction coefficient KR is calculated from the map of FIG. 7C, and in the following step 84, the intake air amount correction coefficient KG is calculated from the map of FIG. In the following step 85, the corrected elapsed time CET is calculated (CET = ET, KT, KN, KOX, KR, KG). In the following step 86, it is determined whether or not the corrected elapsed time CET is smaller than the reference value REF. When CET <REF, the process proceeds to step 87, where the display device 45 is operated. On the other hand, when CET ≧ REF, the process proceeds to step 88, where the display device 45 is stopped.
[0046]
Referring to FIG. 11 again, in the subsequent step 79, the elapsed time ET is cleared.
FIG. 13 shows a routine for calculating the fuel injection time TAU. This routine is executed by interruption every predetermined set time.
Referring to FIG. 13, first, at step 90, the basic fuel injection time TB is calculated. In the following step 91, a correction coefficient KK is calculated. In the following step 92, the fuel injection time TAU is calculated (TAU = TB ・ KK ・ AFS / AFT).
In the above-described embodiment, the elapsed time ET is corrected based on TCR, SQNR, AFRR, GaR, and SQOXR. However, the reference value REF is corrected based on TCR, SQNR, AFRR, GaR, and SQOXR, and when the elapsed time ET becomes shorter than the corrected reference value, NO_XIt can also be determined that the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 has become larger than the set degree. Naturally, both may be corrected.
[0047]
FIG. 14 shows another embodiment. The internal combustion engine of FIG._X1 in that the air-fuel ratio sensor 40 is not attached to the exhaust pipe 18 upstream of the storage reduction catalyst 19.
When the inflow exhaust air-fuel ratio AFI switches from a lean state to a non-lean state, the outflow exhaust air-fuel ratio AFO also switches from a lean state to a non-lean state. That is, a change in the inflow exhaust air-fuel ratio AFI can be known by detecting the outflow exhaust air-fuel ratio AFO. Therefore, in this embodiment, NO_XThe air-fuel ratio sensor upstream of the storage reduction catalyst 19 is omitted, and NO_XThe air-fuel ratio sensor 41 downstream of the storage reduction catalyst 19 determines whether the inflow exhaust air-fuel ratio AFI has switched from a lean state to a non-lean state.
[0048]
On the other hand, as described above, the engine operating state or NO_XSince the elapsed time ET can vary depending on the state of the storage reduction catalyst 19, it is meaningless to compare the elapsed time ET in different states. Therefore, if the elapsed time ET in the same state is compared, NO_XThe degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 can be accurately determined. Therefore, in the present embodiment, the engine operating state or NO_XNO based on the elapsed time ET when the state of the storage reduction catalyst 19 is the predetermined setting state_XThe deterioration degree of the storage reduction catalyst 19 is determined. In other words, the engine operating state or NO_XNO when the state of the storage reduction catalyst 19 is not the set state_XThis means that the determination of the degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 is prohibited.
[0049]
Specifically, catalyst temperature TCR is within a predetermined set range, and NO_XThe storage amount SQNR is within a predetermined setting range, the rich air-fuel ratio AFRR is within a predetermined setting range, the intake air amount GaR is within a predetermined setting range, and the oxygen storage amount When SQOXR is within a predetermined setting range, NO_XThe degree of deterioration of the storage reduction catalyst 19 is determined. NO if any one is out of the setting range_XThe deterioration degree of the storage reduction catalyst 19 is not determined.
[0050]
FIG. 15 shows a routine for calculating the elapsed time ET in this embodiment. This routine is executed by interruption every predetermined set time. In this embodiment, the routine for calculating the target air-fuel ratio AFT shown in FIGS. 9 and 10 and the routine for calculating the fuel injection time TAU shown in FIG. 13 are also executed.
Referring to FIG. 15, first, at step 170, it is determined whether or not the above-mentioned flag is set. When the flag has been reset, the processing cycle ends. When the flag is set, the routine proceeds to step 171, where it is determined whether or not the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is lean. For example, when the outflow exhaust air-fuel ratio AFO> 14.8, it is determined that the engine is lean, and when AFO ≦ 14.8, it is determined that the engine is not lean. When the AFI is lean, the processing cycle ends. If the AFI is not lean, the process proceeds to step 172, where it is determined whether the inflow exhaust air-fuel ratio AFI is lean in the previous processing cycle. When the AFI is lean in the previous processing cycle, the routine proceeds to step 173, where the catalyst temperature TC at this time is stored as TCR, and the intake air amount Ga is stored as GaR. Next, the routine proceeds to step 174. If the AFI is not lean in the previous processing cycle, the process jumps to step 174.
[0051]
In step 174, the elapsed time ET is incremented by one, and in subsequent step 175, it is determined whether or not the outflow exhaust air-fuel ratio AFO is rich. For example, rich is determined when AFO <14.4, and not rich when AFO ≧ 14.4. If the AFO is not rich, then the processing cycle ends. On the other hand, when the AFO is rich, the routine proceeds to step 176, where the rich air-fuel ratio AFR at this time is stored as AFRR. In a succeeding step 177, the flag is reset, and in a succeeding step 178, a deterioration determination routine shown in FIG. 16 is executed.
[0052]
Referring to FIG. 16, first, at step 180, it is determined whether or not the catalyst temperature TCR is within a set range. When the TCR is within the set range, the process proceeds to step 181 and NO_XIt is determined whether or not the storage amount SQNR is within the set range. When the SQNR is within the set range, the routine proceeds to step 182, where it is determined whether or not the oxygen storage amount SQOXR is within the set range. When the SQOXR is within the set range, the process proceeds to step 183, where it is determined whether the rich air-fuel ratio AFRR is within the set range. When the AFRR is within the set range, the process proceeds to step 184, where it is determined whether the intake air amount GaR is within the set range. When GaR is within the set range, the process then proceeds to step 185, where it is determined whether or not the elapsed time ET is smaller than the reference value REF. When ET <REF, the routine proceeds to step 186, where the display device 45 is operated. On the other hand, when ET ≧ REF, the process proceeds to step 187, where the display device 45 is stopped. On the other hand, when any one of TCR, SQNR, SQOXR, AFRR, and Gar is out of the set range, the process proceeds to step 187.
[0053]
Referring again to FIG. 15, in the following step 179, the elapsed time ET is cleared.
In the embodiments described so far, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 3 is made rich, so that the NO._XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 is made rich. However, it is also possible to make the inflow exhaust air-fuel ratio rich by performing the second fuel injection in the engine expansion stroke or the exhaust stroke. Alternatively, a reducing agent supply device may be provided in the exhaust pipe 18, and the inflow exhaust air-fuel ratio may be made rich by supplying the reducing agent from the reducing agent supply device. In this case, for example, gasoline, isooctane, hexane, heptane, light oil, kerosene, butane, hydrocarbons such as propane, hydrogen, ammonia, urea and the like can be used as the reducing agent.
[0054]
Also, in the embodiments described so far, NO_XThe time when the air-fuel ratio AFI of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 19 switches from the lean state to the non-lean state is defined as the start time of the elapsed time ET. However, the time when the inflow exhaust air-fuel ratio AFI switches from the non-rich state to the rich state may be set as the start time of the elapsed time ET. In this case, for example, it is determined that the vehicle is rich when AFI <14.4, and it is determined that the vehicle is not rich when AFI ≧ 14.4.
[0055]
【The invention's effect】
NO_XThe degree of deterioration of the storage reduction catalyst can be accurately determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram schematically showing concentrations of representative components in exhaust gas discharged from a combustion chamber.
FIG. 3 NO_XNO of storage reduction catalyst_XIt is a figure explaining an absorption / release / reduction action.
FIG. 4 is a diagram showing an inflow exhaust air-fuel ratio AFI and an outflow exhaust air-fuel ratio AFO.
FIG. 5 is a diagram showing a change in elapsed time ET.
FIG. 6 is a diagram showing a change in elapsed time ET.
FIG. 7 is a diagram illustrating correction coefficients.
FIG. 8 is a diagram illustrating correction coefficients.
FIG. 9 is a flowchart showing a routine for calculating a target air-fuel ratio AFT.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a routine for calculating a target air-fuel ratio AFT.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a routine for calculating an elapsed time ET.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a deterioration determination routine.
FIG. 13 is a flowchart showing a routine for calculating a fuel injection time TAU.
FIG. 14 is an overall view of an internal combustion engine according to another embodiment.
FIG. 15 is a flowchart illustrating a routine for calculating an elapsed time ET according to another embodiment.
FIG. 16 is a flowchart illustrating a deterioration determination routine according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
1. Engine body
3. Combustion chamber
15 Exhaust manifold
19 ... NO_XStorage reduction catalyst
40, 41 ... air-fuel ratio sensor

Claims

Air-fuel ratio in the exhaust passage of the internal combustion engine was set to be lean in the combustion chamber, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored in the NO _X in the inflowing exhaust gas when the lean and stored with the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is lowered the _the NO _X storage reduction catalyst that reduces by releasing NO _X which are arranged, reduced as the air-fuel ratio of the inflowing exhaust from _the NO _X storage reduction catalyst is when releasing the NO _X to _the NO _X storage reduction catalyst becomes richer supplying a reducing agent to the NO _X occluding and reducing catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust into _the NO _X storage reduction catalyst after starting the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device from the lost lean from agent feeder, NO _X as the air-fuel ratio of the outflowing exhaust gas from the storage-reduction catalyst detects the elapsed time until the rich determining the degree of deterioration of the NO _X occluding and reducing catalyst by comparing the predetermined reference value with the lapse of time West In the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine, NO _X when the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device The reducing agent supply amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes a predetermined set air-fuel ratio, and the elapsed time or the reference value is corrected based on the set air-fuel ratio. the elapsed time and the reference value and the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine which is adapted to determine the degree of deterioration of the NO _X occluding and reducing catalyst by comparing the.

Air-fuel ratio in the exhaust passage of the internal combustion engine was set to be lean in the combustion chamber, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored in the NO _X in the inflowing exhaust gas when the lean and stored with the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is lowered the _the NO _X storage reduction catalyst that reduces by releasing NO _X which are arranged, reduced as the air-fuel ratio of the inflowing exhaust from _the NO _X storage reduction catalyst is when releasing the NO _X to _the NO _X storage reduction catalyst becomes richer supplying a reducing agent to the NO _X occluding and reducing catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust into _the NO _X storage reduction catalyst after starting the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device from the lost lean from agent feeder, NO _X as the air-fuel ratio of the outflowing exhaust gas from the storage-reduction catalyst detects the elapsed time until the rich determining the degree of deterioration of the NO _X occluding and reducing catalyst by comparing the predetermined reference value with the lapse of time West In the catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine, NO _X when the reducing agent supply operation by the reducing agent supply device The reducing agent supply amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst becomes a predetermined set air-fuel ratio , and the set air-fuel ratio or the intake air is supplied when the reducing agent supply device performs the reducing agent supply operation. It is determined whether the amount is within a set range , and when the set air-fuel ratio or the intake air amount is determined to be within the set range, the elapsed time at this time is compared with a reference value. A catalyst deterioration determination device for an internal combustion engine configured to determine the degree of deterioration of a NO _X storage reduction catalyst.