JP2011001833A - Catalyst abnormality diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断するための装置に関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis of a catalyst, and more particularly to an apparatus for diagnosing an abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
一般に、内燃機関の排気通路には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。例えば自動車用ガソリンエンジンでは、その排気通路に、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった成分をストイキ下で同時浄化する三元触媒が設けられている。 Generally, a catalyst for purifying exhaust gas is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine. For example, in a gasoline engine for automobiles, a three-way catalyst that simultaneously purifies components such as HC, CO, and NOx in exhaust gas under stoichiometry is provided in the exhaust passage.
この触媒が劣化ないし異常となると、大気に排出される排気ガスのエミッションが悪化する。特に自動車の分野では、エミッションの悪化した車両の走行を未然に防止するため、車載状態（On-Board）で触媒の劣化ないし異常を診断することが要請されており、現に法規化もされている。 When this catalyst deteriorates or becomes abnormal, the emission of exhaust gas discharged to the atmosphere deteriorates. Especially in the field of automobiles, in order to prevent the running of vehicles with deteriorated emissions, it is required to diagnose deterioration or abnormality of the catalyst in the on-board state (on-board). .
例えば特許文献１に記載の触媒劣化診断装置では、空燃比をリーン側に固定し、この状態を所定時間維持した後、触媒出口直後の排気温度センサによって排気温度を検出し、この排気温度を基準排気温度として記憶する。その後、空燃比をリッチ側に徐々に移行し、その都度、検出された排気温度と基準排気温度との差を、予め記憶してある所定値と比較する。空燃比のリッチ側への移行量が所定値に達しても差が所定値より少なければ、三元触媒を劣化と診断する。すなわち、所定量のリッチ化を行っても触媒の発熱量が所定量に達しないときには、三元触媒を劣化と診断する。
For example, in the catalyst deterioration diagnosis device described in
ところで、近年では排ガス規制の厳格化と相俟って触媒異常診断の精度要求も益々厳しくなってきており、特に、正常と異常の境目（クライテリア）付近の触媒をより正確に識別し、誤診断を防止するという要請が高まりつつある。 By the way, in recent years, coupled with stricter exhaust gas regulations, the accuracy requirements for catalyst abnormality diagnosis have become increasingly severe. In particular, the catalyst near the boundary between the normal and abnormal conditions (criteria) can be more accurately identified and misdiagnosed. There is a growing demand for prevention.
特許文献１にも記載されているように、従来は、触媒に供給される排気ガスの空燃比を変化させてそのときの触媒の発熱度合い等を検出して診断する手法が一般的に知られている。しかし、このような従来の手法では必ずしも近年の要求を満足することができず、クライテリア付近の触媒を正確に識別することが困難であった。
As described in
そこで本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、クライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止し得る触媒異常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 of the present invention is to provide a catalyst abnormality diagnosis device that can improve diagnosis accuracy near the criteria and prevent erroneous diagnosis.
本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒に供給される排気ガスの特定成分であって、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘのうちの少なくとも一つからなる特定成分の濃度を増大させる成分濃度増大手段と、
前記成分濃度増大手段により特定成分濃度が増大されたとき、前記触媒の劣化度を表すパラメータを計測する計測手段と、
前記計測手段により計測されたパラメータに基づき前記触媒の異常の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Component concentration increasing means for increasing the concentration of a specific component of exhaust gas supplied to the catalyst, the specific component comprising at least one of HC, CO and NOx;
Measuring means for measuring a parameter representing the degree of deterioration of the catalyst when the specific component concentration is increased by the component concentration increasing means;
Determining means for determining the presence or absence of abnormality of the catalyst based on the parameter measured by the measuring means;
There is provided a catalyst abnormality diagnosis device characterized by comprising:
これによれば、排気ガスの特定成分濃度が増大されたときに触媒の劣化度を表すパラメータを計測し、当該計測値に基づいて触媒の異常の有無を判定する。排気ガスの特定成分濃度が増大されると、触媒における反応量が増加し、触媒の発熱量が増加する。よってこの増加により、触媒劣化度に対するパラメータ計測値の変化率を増大できる。よって微妙な触媒劣化度の違いも見分けることが可能となり、結果、クライテリア付近での診断精度を向上すると共に誤診断を防止できる。 According to this, when the specific component concentration of the exhaust gas is increased, the parameter indicating the degree of deterioration of the catalyst is measured, and the presence / absence of abnormality of the catalyst is determined based on the measured value. When the specific component concentration of the exhaust gas is increased, the reaction amount in the catalyst is increased, and the heat generation amount of the catalyst is increased. Therefore, this increase can increase the rate of change of the parameter measurement value with respect to the degree of catalyst deterioration. Therefore, it is possible to distinguish a subtle difference in the degree of catalyst deterioration. As a result, it is possible to improve diagnosis accuracy near the criteria and prevent erroneous diagnosis.
好ましくは、前記特定成分がＨＣからなり、前記成分濃度増大手段が、燃料噴射時期、点火時期、圧縮比、水温及び油温の少なくとも一つをＨＣ増大側に変更する手段からなる。 Preferably, the specific component includes HC, and the component concentration increasing means includes means for changing at least one of a fuel injection timing, an ignition timing, a compression ratio, a water temperature, and an oil temperature to the HC increasing side.
触媒内で起きるＨＣの酸化反応は明らかな発熱反応であるので、特定成分をＨＣとしてその濃度を増大することにより、触媒の発熱量を増加し、触媒の温度を上昇させることができる。 Since the oxidation reaction of HC occurring in the catalyst is an obvious exothermic reaction, increasing the concentration of the specific component as HC can increase the heat generation amount of the catalyst and raise the temperature of the catalyst.
好ましくは、前記成分濃度増大手段が、前記内燃機関のアイドル運転時に前記特定成分濃度を増大させる。 Preferably, the component concentration increasing means increases the specific component concentration during idle operation of the internal combustion engine.
アイドル運転時とすることで、触媒に供給される排気ガスの量および触媒温度をほぼ一定に安定化させることができ、診断精度を向上できる。また特定成分濃度増大によりエミッションが悪化したとしても、排ガス量が少ないため環境への影響を最小限に止めることができる。 By setting the idling operation, the amount of exhaust gas supplied to the catalyst and the catalyst temperature can be stabilized substantially constant, and the diagnostic accuracy can be improved. Even if the emission is deteriorated by increasing the concentration of the specific component, the influence on the environment can be minimized because the amount of exhaust gas is small.
好ましくは、前記成分濃度増大手段が、前記内燃機関のフューエルカット後のリッチ制御が終了した時から所定時間以内に前記アイドル運転が開始されたときに、前記特定成分濃度を増大させる。 Preferably, the component concentration increasing means increases the specific component concentration when the idle operation is started within a predetermined time from when rich control after fuel cut of the internal combustion engine is completed.
フューエルカットが実行されると、触媒を外気のみが通過するため、触媒が酸素被毒状態に陥ることがある。この酸素被毒状態を解消するため、フューエルカット終了後は触媒にリッチガスを供給するリッチ制御を実行するのが好ましい。この場合、リッチ制御終了時から所定時間以内にアイドル運転が開始されたときに特定成分濃度を増大させることで、再度被毒の影響を受けることを未然に防止することができる。 When the fuel cut is executed, only the outside air passes through the catalyst, so that the catalyst may fall into an oxygen poisoning state. In order to eliminate this oxygen poisoning state, it is preferable to execute rich control for supplying a rich gas to the catalyst after the fuel cut. In this case, by increasing the specific component concentration when the idle operation is started within a predetermined time from the end of the rich control, it is possible to prevent the influence of poisoning again.
好ましくは、前記触媒異常診断装置が、前記パラメータの計測値または当該計測値が比較される判定値のうちの少なくとも一方を外気温、外気圧および湿度の少なくとも一つに基づいて補正する補正手段を更に備える。 Preferably, the catalyst abnormality diagnosis device corrects at least one of the measured value of the parameter or a determination value with which the measured value is compared based on at least one of an outside air temperature, an outside air pressure, and humidity. In addition.
これにより基準状態に補償した上での診断が可能となり、診断精度を向上できる。 This makes it possible to make a diagnosis after compensating for the reference state, thereby improving the diagnostic accuracy.
好ましくは、前記パラメータが、前記触媒の前後方向の所定位置において検出された触媒温度である。 Preferably, the parameter is a catalyst temperature detected at a predetermined position in the front-rear direction of the catalyst.
触媒に供給される排気ガスの特定成分濃度を増大させると、小劣化触媒と大劣化触媒とで顕著に異なる温度分布が得られる。よってこの相違を利用し、触媒の前後方向の所定位置において触媒温度を検出することで、触媒の異常を高精度で診断することができる。 When the concentration of the specific component of the exhaust gas supplied to the catalyst is increased, a temperature distribution that is significantly different between the small deterioration catalyst and the large deterioration catalyst is obtained. Therefore, by utilizing this difference and detecting the catalyst temperature at a predetermined position in the front-rear direction of the catalyst, the abnormality of the catalyst can be diagnosed with high accuracy.
好ましくは、前記所定位置が、新品触媒とクライテリア触媒との間で前記パラメータの計測値の差が最大となるような位置である。 Preferably, the predetermined position is a position where a difference in measured values of the parameter is maximized between the new catalyst and the criteria catalyst.
このように触媒温度の検出位置を定めることで、特定成分濃度を増大させたときの、触媒劣化度に対する触媒温度の変化率を最大にすることができる。言い換えれば、微妙な触媒劣化度の違いに対して触媒温度の違いを拡大して見ることができ、微妙な触媒劣化度の違いを正確に識別することが可能となる。よって、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 By determining the detection position of the catalyst temperature in this way, it is possible to maximize the rate of change of the catalyst temperature with respect to the degree of catalyst deterioration when the specific component concentration is increased. In other words, the difference in the catalyst temperature can be viewed in an enlarged manner with respect to the subtle difference in the catalyst deterioration degree, and the subtle difference in the catalyst deterioration degree can be accurately identified. Therefore, it is possible to improve the diagnostic accuracy especially near the criteria.
好ましくは、前記触媒異常診断装置が、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに備え、前記空燃比制御手段は、前記成分濃度増大手段が前記特定成分濃度を増大させているとき、前記空燃比をストイキに保持する。 Preferably, the catalyst abnormality diagnosis device further includes air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio of exhaust gas supplied to the catalyst, and the air-fuel ratio control means is configured such that the component concentration increasing means determines the specific component concentration. When increasing, the air-fuel ratio is maintained at stoichiometry.
これによりエミッションの悪化を抑制し、燃費の悪化を抑制することができる。 Thereby, the deterioration of emission can be suppressed and the deterioration of fuel consumption can be suppressed.
代替的に、前記パラメータが、前記触媒の酸素吸蔵容量であってもよい。 Alternatively, the parameter may be the oxygen storage capacity of the catalyst.
触媒の劣化度と酸素吸蔵能低下度との間には相関関係があり、触媒の酸素吸蔵能はその酸素吸蔵容量の大きさによって表すことができる。よって特定成分濃度を増大させたときの酸素吸蔵容量を計測し、この値に基づいて触媒の異常の有無を判定するのも好ましい。 There is a correlation between the degree of deterioration of the catalyst and the degree of decrease in oxygen storage capacity, and the oxygen storage capacity of the catalyst can be expressed by the size of its oxygen storage capacity. Therefore, it is also preferable to measure the oxygen storage capacity when the specific component concentration is increased, and to determine the presence or absence of abnormality of the catalyst based on this value.
特に、特定成分濃度を増大させたときの酸素吸蔵容量を計測するので、特定成分濃度を増大させないときに比べ、触媒の発熱量を増加させ、触媒の温度を上昇させ、大きな値の酸素吸蔵容量を計測することができる。よって触媒劣化度に対する酸素吸蔵容量の変化率を増大することができる。言い換えれば、微妙な触媒劣化度の違いに対して酸素吸蔵容量の違いを拡大して見ることができ、微妙な触媒劣化度の違いを正確に識別することが可能となる。よって、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 In particular, since the oxygen storage capacity when the specific component concentration is increased is measured, the calorific value of the catalyst is increased and the temperature of the catalyst is increased compared to when the specific component concentration is not increased. Can be measured. Therefore, the rate of change of the oxygen storage capacity with respect to the degree of catalyst deterioration can be increased. In other words, the difference in the oxygen storage capacity can be viewed in an enlarged manner with respect to the subtle difference in the degree of catalyst deterioration, and the subtle difference in the degree of catalyst deterioration can be accurately identified. Therefore, it is possible to improve the diagnostic accuracy especially near the criteria.
この場合、好ましくは、前記触媒異常診断装置が、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに備え、前記空燃比制御手段は、前記成分濃度増大手段が前記特定成分濃度を増大させているとき、前記空燃比をストイキに対しリッチ側およびリーン側に交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する。 In this case, preferably, the catalyst abnormality diagnosis device further includes an air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst, and the air-fuel ratio control means is configured such that the component concentration increasing means is the specified component. When the component concentration is increased, active air-fuel ratio control is performed in which the air-fuel ratio is alternately and actively switched from the rich side to the lean side with respect to the stoichiometry.
本発明によれば、クライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止することができるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, it is possible to improve the diagnostic accuracy in the vicinity of the criteria and to prevent an erroneous diagnosis.
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described 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、内燃機関たるエンジン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。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（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, an
エンジン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。
The cylinder head of the
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールド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、エンジンに流入する空気量すなわち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とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、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
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すなわち燃料噴射弁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 for injecting fuel into an intake passage, particularly an intake port, that is, a
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an
上流触媒１１の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図２に示すように、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（Ｚ特性）を持つ。
On the upstream side and downstream side of the
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、エンジン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、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０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。またＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４の出力に基づきエンジン回転速度を算出する。
The spark plug 7, the
加えてＥＣＵ２０には、上流触媒１１の前後方向の所定位置における触媒温度或いは床温を検出する触媒温度センサ２１と、外気温を検出する外気温センサ２２と、外気圧を検出する外気圧センサ２３とが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。
In addition, the ECU 20 includes a
触媒１１，１９は、これに供給され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、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、触媒１１，１９に供給される排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７の出力に基づきフィードバック制御する。
When the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas supplied to the
ここで、異常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。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図３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担持され、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、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ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。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
Here, the
例えば、触媒内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が還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
For example, if the atmospheric gas in the catalyst is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen storage component present around the
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。 Due to this oxygen absorption / release action, even if the air-fuel ratio varies somewhat with respect to stoichiometry during normal stoichiometric air-fuel ratio control, this variation can be absorbed.
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が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との接触確率が低下し、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。
Incidentally, in the
このように触媒１１が劣化すると、排ガス成分としてのＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの反応が悪化し、各浄化率が低下する。そして触媒１１の酸素吸蔵能も低下する。
When the
次に、本実施形態の異常診断について説明する。 Next, the abnormality diagnosis of this embodiment will be described.
本実施形態の異常診断装置は、上流触媒１１に供給される排気ガス（以下、供給ガスともいう）の特定成分であって、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘのうちの少なくとも一つからなる特定成分の濃度を増大させる成分濃度増大手段と、この成分濃度増大手段により特定成分濃度が増大されたとき、上流触媒１１の劣化度を表すパラメータを計測する計測手段と、この計測手段により計測されたパラメータに基づき上流触媒１１の異常の有無を判定する判定手段とを備える。
The abnormality diagnosis device of the present embodiment is a specific component of exhaust gas (hereinafter also referred to as supply gas) supplied to the
排気ガスの特定成分濃度が増大されると、触媒における反応量が増加し、触媒の発熱量が増加する。よってこの増加により、触媒劣化度に対するパラメータ計測値の変化率を増大できる。よって微妙な触媒劣化度の違いも見分けることが可能となり、結果、クライテリア付近での診断精度を向上すると共に誤診断を防止できる。 When the specific component concentration of the exhaust gas is increased, the reaction amount in the catalyst is increased, and the heat generation amount of the catalyst is increased. Therefore, this increase can increase the rate of change of the parameter measurement value with respect to the degree of catalyst deterioration. Therefore, it is possible to distinguish a subtle difference in the degree of catalyst deterioration. As a result, it is possible to improve diagnosis accuracy near the criteria and prevent erroneous diagnosis.
ここで留意すべきは、触媒の発熱量を増加させるのに、従来技術の如く、触媒に供給される排気ガスの空燃比を変更する訳ではないということである。例えば従来技術の如く空燃比をリッチ化すると、ＨＣ及びＣＯが顕著に悪化し、また燃費も顕著に悪化する。本実施形態では空燃比をリッチ化するのではなく、排気ガスの特定成分濃度を増大させるので、空燃比を好ましくはストイキに保持することが可能である。よってエミッションと燃費の顕著な悪化を防止することができる。 It should be noted here that, in order to increase the heat generation amount of the catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst is not changed as in the prior art. For example, when the air-fuel ratio is enriched as in the prior art, HC and CO are remarkably deteriorated, and fuel consumption is remarkably deteriorated. In the present embodiment, the air-fuel ratio is not enriched, but the concentration of the specific component of the exhaust gas is increased. Therefore, it is possible to keep the air-fuel ratio preferably stoichiometric. Therefore, it is possible to prevent the emission and fuel consumption from being significantly deteriorated.
好ましくは、前記特定成分がＨＣからなり、成分濃度増大手段が、燃料噴射時期、点火時期、圧縮比、水温及び油温の少なくとも一つをＨＣ増大側に変更する手段からなる。 Preferably, the specific component comprises HC, and the component concentration increasing means includes means for changing at least one of fuel injection timing, ignition timing, compression ratio, water temperature, and oil temperature to the HC increasing side.
触媒内で起きるＨＣの酸化反応は明らかな発熱反応であるので、特定成分をＨＣとしてその濃度を増大することにより、触媒の発熱量を増加し、触媒の温度を上昇させることができる。ここで成分濃度増大手段は具体的にはＥＣＵ２０を含み、ＥＣＵ２０は、燃料噴射時期、点火時期、水温及び油温の少なくとも一つをＨＣ増大側に変更可能である。圧縮比については、本実施形態のエンジンにおいては変更不可であるが、圧縮比可変エンジンを用いた場合には変更可能となる。 Since the oxidation reaction of HC occurring in the catalyst is an obvious exothermic reaction, increasing the concentration of the specific component as HC can increase the heat generation amount of the catalyst and raise the temperature of the catalyst. Here, the component concentration increasing means specifically includes the ECU 20, and the ECU 20 can change at least one of the fuel injection timing, the ignition timing, the water temperature, and the oil temperature to the HC increasing side. The compression ratio cannot be changed in the engine of this embodiment, but can be changed when a variable compression ratio engine is used.
ＥＣＵ２０は、燃料噴射時期を遅角させることにより未燃燃料を増大させてＨＣを増大可能である。またＥＣＵ２０は、点火時期を進角させることにより、ピストン周縁部のクレビス領域における圧力を上昇させてＨＣを増大可能である。またＥＣＵ２０は、水温及び油温を強制的に低下させて燃焼を悪化させることにより、ＨＣを増大可能である。具体的には、冷却水及び潤滑油の経路をラジエター及びオイルクーラのような冷却器に送るか、またはエンジンの高温部に送らぬよう切り替える。なお圧縮比可変エンジンの場合、ＥＣＵは圧縮比を高めることによりＨＣを増大可能である。 The ECU 20 can increase the HC by increasing the unburned fuel by retarding the fuel injection timing. Further, the ECU 20 can increase the HC by increasing the pressure in the clevis region at the periphery of the piston by advancing the ignition timing. Further, the ECU 20 can increase HC by forcibly lowering the water temperature and the oil temperature to worsen the combustion. Specifically, the cooling water and lubricating oil paths are switched to a cooler such as a radiator and an oil cooler, or switched so as not to be sent to a high temperature part of the engine. In the case of a variable compression ratio engine, the ECU can increase HC by increasing the compression ratio.
好ましくは、成分濃度増大手段が、エンジンのアイドル運転時に特定成分濃度を増大させる。アイドル運転時とすることで、ドライバによるアクセル開度変更の影響を受けることなく、供給ガス量および触媒温度をほぼ一定に安定化させることができ、診断精度を向上できる。また特定成分濃度増大により、仮に、排気管から大気に排出される排気ガスのエミッションが悪化したとしても、排ガス量が少ないため環境への影響を最小限に止めることができる。 Preferably, the component concentration increasing means increases the specific component concentration when the engine is idling. By setting the idling operation, the supply gas amount and the catalyst temperature can be stabilized substantially constant without being affected by the accelerator opening change by the driver, and the diagnostic accuracy can be improved. Further, even if the emission of exhaust gas discharged from the exhaust pipe to the atmosphere deteriorates due to the increase in the concentration of the specific component, the influence on the environment can be minimized because the amount of exhaust gas is small.
なお、アイドル運転が実行されるためには、少なくとも、アクセル開度センサ１５によって検出されたアクセル開度が全閉ないしゼロ近傍であることが必要である。またＡＴ車の場合には車速がゼロからクリープ速度の範囲内にあることも必要である。
In order to execute the idle operation, at least the accelerator opening detected by the
以下、本実施形態のより具体的な実施例について説明する。 Hereinafter, more specific examples of the present embodiment will be described.
［第１実施例］
この第１実施例では、上流触媒１１の劣化度を表すパラメータとして、触媒温度センサ２１により検出された触媒温度を用いる。そしてこの検出触媒温度を所定の判定値すなわち異常判定値と比較して、上流触媒１１の異常の有無を判定する。
[First embodiment]
In the first embodiment, the catalyst temperature detected by the
図４に、上流触媒１１の前後方向の各位置における触媒温度分布を示す。ここで（Ａ）に触媒そのものを概略的に示し、（Ｂ）に温度分布を示す。触媒１１の位置（横軸）については、（Ａ）に矢示される排ガス流れ方向の上流端すなわち前端を０とし、下流端すなわち後端をＬとする。言い換えれば触媒１１の前後方向の長さはＬである。
FIG. 4 shows the catalyst temperature distribution at each position in the front-rear direction of the
（Ｂ）において、線ａは、劣化度の小さい触媒（小劣化触媒という）において供給ガスの特定成分濃度（具体的にはＨＣ濃度）を増大させたときの温度分布を示し、線ｂは、劣化度の大きい触媒（大劣化触媒という）において供給ガスの特定成分濃度を増大させたときの温度分布を示す。また線ｃは、小劣化触媒において供給ガスの特定成分濃度を増大させないときの温度分布を示し、線ｄは、大劣化触媒において供給ガスの特定成分濃度を増大させないときの温度分布を示す。図示例において線ｃ，ｄは重なっている。 In (B), a line a indicates a temperature distribution when a specific component concentration (specifically, HC concentration) of the supply gas is increased in a catalyst having a low degree of deterioration (referred to as a small deterioration catalyst), and a line b is The temperature distribution is shown when the specific component concentration of the supply gas is increased in a catalyst with a high degree of deterioration (referred to as a large deterioration catalyst). A line c indicates a temperature distribution when the specific component concentration of the supply gas is not increased in the small deterioration catalyst, and a line d indicates a temperature distribution when the specific component concentration of the supply gas is not increased in the large deterioration catalyst. In the illustrated example, the lines c and d overlap.
図から理解されるように、供給ガスの特定成分濃度を増大させたとき、小劣化触媒（線ａ）と大劣化触媒（線ｂ）の温度分布は顕著に異なる。よってこの相違を利用して触媒１１の異常を診断するのが第１実施例の主な特徴である。供給ガスの特定成分は触媒の前端から後端に向かって徐々に浄化されていくが、小劣化触媒（線ａ）の場合、触媒の浄化能力が高く、触媒の前側で特定成分の浄化反応をほぼ終えてしまう。そのため触媒の温度も前側で比較的急激に上昇し、最大値まで上昇した後はほぼ一定に安定する傾向にある。他方、大劣化触媒（線ｂ）の場合だと、触媒の浄化能力が低く、触媒全体を使って特定成分の浄化を行うため、その温度も前端から後端にかけて徐々に上昇する傾向にある。
As understood from the figure, when the specific component concentration of the supply gas is increased, the temperature distributions of the small deterioration catalyst (line a) and the large deterioration catalyst (line b) are significantly different. Therefore, the main feature of the first embodiment is that the abnormality of the
なお、供給ガスの特定成分濃度を増大させないときには、特定成分の浄化反応による発熱量が少ないため、小劣化触媒（線ｃ）と大劣化触媒（線ｄ）ともに、前側で一旦少量の温度上昇をした後一定に保たれる傾向にある。 When the concentration of the specific component of the supply gas is not increased, the amount of heat generated by the purification reaction of the specific component is small, so that both the small deterioration catalyst (line c) and the large deterioration catalyst (line d) once increase a small temperature on the front side. After that, it tends to be kept constant.
上記の結果から、供給ガスの特定成分濃度を増大させたときに、小劣化触媒（線ａ）と大劣化触媒（線ｂ）との間で最も大きい触媒温度差が出るような位置で触媒温度を検出するのが好ましいことが分かる。 From the above results, when the concentration of the specific component of the supply gas is increased, the catalyst temperature at a position where the largest catalyst temperature difference appears between the small deterioration catalyst (line a) and the large deterioration catalyst (line b). It can be seen that it is preferable to detect.
ここで、触媒温度の検出位置について検討する。先ず図中ＩＶの後端位置の付近について、小劣化触媒（線ａ）の場合には浄化反応が殆ど起きておらず、触媒温度が既に一定となっている。他方、大劣化触媒（線ｂ）の場合には後端位置付近で触媒温度が最大となり、場合によっては図示例の如く小劣化触媒（線ａ）の温度を上回る逆転現象が生じる。よってこの位置ＩＶ付近は検出位置として不適当である。 Here, the detection position of the catalyst temperature will be examined. First, in the vicinity of the rear end position of IV in the figure, in the case of the small deterioration catalyst (line a), the purification reaction hardly occurs and the catalyst temperature is already constant. On the other hand, in the case of a highly deteriorated catalyst (line b), the catalyst temperature becomes maximum near the rear end position, and in some cases, a reverse phenomenon occurs in which the temperature exceeds the temperature of the small deteriorated catalyst (line a) as shown in the illustrated example. Therefore, the vicinity of this position IV is inappropriate as a detection position.
次に、図中Ｉの前端近傍の位置については、触媒に入ってきた供給ガスの脈動の影響が依然残っているため、正確な温度検出が困難である。よってこの位置Ｉも検出位置として不適当である。 Next, since the influence of the pulsation of the supply gas that has entered the catalyst still remains at a position near the front end of I in the figure, accurate temperature detection is difficult. Therefore, this position I is also inappropriate as a detection position.
次に、図中ＩＩＩの後半部且つ後端から所定距離前方の位置では、小劣化触媒（線ａ）と大劣化触媒（線ｂ）との間で大きな触媒温度差を得られていない。よってこの位置Ｉも検出位置として適当ではない。 Next, a large catalyst temperature difference is not obtained between the small deterioration catalyst (line a) and the large deterioration catalyst (line b) in the latter half of III in the figure and at a position ahead of the rear end by a predetermined distance. Therefore, this position I is not suitable as a detection position.
最後に、図中ＩＩの前半部且つ前端から所定距離後方の位置では、小劣化触媒（線ａ）と大劣化触媒（線ｂ）との間で最も大きな触媒温度差を得られており、また触媒に入ってきた供給ガスの脈動の影響も解消されている。よってこの位置ＩＩが検出位置として最適である。この位置ＩＩは、例えば、新品触媒の場合に供給ガスの特定成分濃度を増大させたときに触媒温度が最初に最大温度付近に達するような位置でもある。 Finally, at the position of a predetermined distance from the front half and the front end of II in the figure, the largest catalyst temperature difference is obtained between the small deterioration catalyst (line a) and the large deterioration catalyst (line b), and The influence of the pulsation of the supply gas entering the catalyst is also eliminated. Therefore, this position II is the optimum detection position. This position II is also a position where, for example, in the case of a new catalyst, the catalyst temperature first reaches around the maximum temperature when the specific component concentration of the supply gas is increased.
上記に鑑みれば、供給ガスの特定成分濃度を増大させたときに、小劣化触媒（線ａ）と大劣化触媒（線ｂ）との間で最も大きい触媒温度差が出るような位置で触媒温度を検出するのが好ましいことが分かる。例えば、新品触媒とクライテリア触媒（正常と異常の境目にある触媒、換言すれば異常判定値相当の触媒）との間で検出触媒温度の差が最大となるような位置を触媒温度検出位置とするのが好ましい。これは大抵の場合、図中ＩＩで示したような前側の位置であるが、触媒によってはそうでないこともあり得る。従ってこのような検出位置は予め試験等を通じて決定する。 In view of the above, when the concentration of the specific component of the supply gas is increased, the catalyst temperature at a position where the largest catalyst temperature difference appears between the small deterioration catalyst (line a) and the large deterioration catalyst (line b). It can be seen that it is preferable to detect. For example, the catalyst temperature detection position is a position where the difference in detected catalyst temperature between the new catalyst and the criteria catalyst (the catalyst at the boundary between normal and abnormal, in other words, the catalyst corresponding to the abnormality determination value) is maximum. Is preferred. In most cases this is the front position as indicated by II in the figure, but this may not be the case for some catalysts. Therefore, such a detection position is determined in advance through a test or the like.
検出位置をこのように定めることで、供給ガスの特定成分濃度を増大させたときの、触媒劣化度に対する触媒温度の変化率を最大にすることができる。言い換えれば、微妙な触媒劣化度の違いに対して触媒温度の違いを拡大して見ることができ、微妙な触媒劣化度の違いを正確に識別することが可能となる。よって、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 By determining the detection position in this way, it is possible to maximize the rate of change of the catalyst temperature with respect to the degree of catalyst deterioration when the specific component concentration of the supply gas is increased. In other words, the difference in the catalyst temperature can be viewed in an enlarged manner with respect to the subtle difference in the catalyst deterioration degree, and the subtle difference in the catalyst deterioration degree can be accurately identified. Therefore, it is possible to improve the diagnostic accuracy especially near the criteria.
なお本実施形態の触媒温度センサ２１も、図４の結果に対応させて、ＩＩに示したような前側の位置に設置されている。
The
次に、検出位置を前側に設定するのが好ましいとする別の理由を図５を参照しつつ説明する。図５において、（Ａ）は触媒を示し、前、中間及び後という三つの検出位置を示している。（Ｂ）および（Ｃ）は、車速の変化とこれに対応する各検出位置の温度変化を示す。ここでは後述の例に合わせて車両減速時にエンジンの燃料噴射を停止するフューエルカットが実行され、その後、車両が停止し、同時にエンジンがアイドル運転状態になったときの温度変化を示す。 Next, another reason that it is preferable to set the detection position to the front side will be described with reference to FIG. In FIG. 5, (A) shows a catalyst, and shows three detection positions of front, middle and rear. (B) and (C) show the change in the vehicle speed and the change in temperature at each detection position corresponding thereto. Here, in accordance with an example to be described later, a fuel cut is executed to stop fuel injection of the engine when the vehicle is decelerated, and then the temperature changes when the vehicle is stopped and the engine is in an idle operation state at the same time.
触媒は熱容量が比較的大きいため、熱がこもりやすく、アイドル運転前の運転条件が影響しなくなるまでにある程度の時間を要する。また、触媒前方ほど、供給ガスの影響を受けやすい。 Since the catalyst has a relatively large heat capacity, heat tends to be trapped, and a certain amount of time is required until the operating conditions before the idling operation are not affected. Also, the more forward the catalyst, the more susceptible to the supply gas.
図５（Ｂ）に示すように、フューエルカット時には、供給ガスが実質的に外気のみとなることから、供給ガスの温度が急激に低下する。そしてこれに追従して、触媒の前位置で最も早く温度が低下し、次いで中間位置、後位置という順番で温度が低下していく。より言えば、アイドル時において、その前の運転条件の影響を最も受けないのが前位置であり、最も受けているのが後位置である。 As shown in FIG. 5 (B), at the time of fuel cut, the supply gas is substantially only outside air, so the temperature of the supply gas is drastically lowered. Then, following this, the temperature decreases most quickly at the front position of the catalyst, and then the temperature decreases in the order of the intermediate position and the rear position. More specifically, at the time of idling, the front position is least affected by the previous driving conditions, and the rear position is most affected.
他方、図５（Ｃ）を参照して、高車速または高負荷の状態からフューエルカットおよびアイドルに至ったとき（実線）と、低車速または低負荷の状態からフューエルカットおよびアイドルに至ったとき（一点鎖線）とを比較して考察する。触媒の前位置では、高車速・高負荷からのときでも低車速・低負荷からのときでも、アイドルに至ったときには既にほぼ等しい触媒温度に安定化している。これに対し、触媒の後位置では、アイドル前の運転条件の影響を顕著に受けてしまい、高車速・高負荷からのときと低車速・低負荷からのときとでアイドル時の触媒温度に顕著な差があり、前者の方が後者より高い。 On the other hand, referring to FIG. 5C, when fuel cut and idle are reached from a high vehicle speed or high load state (solid line), and when fuel cut and idle are reached from a low vehicle speed or low load state (solid line). A comparison is made with a one-dot chain line). At the front position of the catalyst, the catalyst temperature is already stabilized to be almost equal when idling, even at high vehicle speed / high load or low vehicle speed / low load. On the other hand, at the rear position of the catalyst, it is significantly affected by the operating conditions before idling, and the catalyst temperature during idling is noticeable at high vehicle speed / high load and at low vehicle speed / low load. The former is higher than the latter.
よって、触媒の前位置が、アイドル時にその前の運転条件の影響を最も受けづらく、且つアイドル時の温度が最も早く安定する位置といえる。それ故、本実施例の如くアイドル運転時に触媒温度を検出する場合には特に、検出位置を前側に設定するのが好ましい。 Therefore, it can be said that the front position of the catalyst is least affected by the previous operating conditions during idling, and the temperature during idling is stabilized most quickly. Therefore, it is preferable to set the detection position to the front side particularly when the catalyst temperature is detected during the idling operation as in this embodiment.
以下、第１実施例に従ってＥＣＵ２０により実行される異常診断処理の手順を図６を参照しつつ説明する。なお、図７には当該異常診断処理に関連した（Ａ）供給ガスの空燃比Ａ／Ｆ、（Ｂ）エンジン回転速度Ｎｅおよび（Ｃ）車速Ｖの変化を示すので適宜参照されたい。 Hereinafter, the procedure of the abnormality diagnosis process executed by the ECU 20 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows changes in (A) supply gas air-fuel ratio A / F, (B) engine rotational speed Ne, and (C) vehicle speed V related to the abnormality diagnosis process, so that reference should be made accordingly.
図６に示す診断処理は、エンジンのフューエルカットＦ／Ｃ（特に減速フューエルカット）終了と同時に開始される。なおＥＣＵ２０は、１）アクセル開度センサ１５によって検出されたアクセル開度Ａｃが全閉相当であり、且つ、２）クランク角センサ１４の出力から算出されたエンジン回転速度Ｎｅが、所定のアイドル速度Ｎｉより若干高い所定速度Ｎｆｃ以上である、の二条件を満たしたときに、インジェクタ１２への通電を停止してフューエルカットを実行する。フューエルカット開始時期を図７にｔ１で示す。そしてフューエルカット実行中にこの二条件を満たさなくなった時（時刻ｔ２）に、フューエルカットを終了または解除し、インジェクタ１２への通電を適宜行って燃料噴射を再開する。
The diagnosis process shown in FIG. 6 is started simultaneously with the end of the fuel cut F / C (particularly the deceleration fuel cut) of the engine. Note that the ECU 20 is 1) the accelerator opening Ac detected by the
まず、最初のステップＳ１０１では、フューエルカット終了と同時に開始されるリッチ制御が終了したか否かが判断される。リッチ制御とは、図７（Ａ）にも示すように、燃焼室３に供給される混合気の空燃比ひいては供給ガスの空燃比Ａ／Ｆをストイキよりもリッチ側の所定空燃比（例えば１３．０）とする制御である。 First, in the first step S101, it is determined whether or not the rich control that is started simultaneously with the end of the fuel cut has ended. As shown in FIG. 7A, the rich control means that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 3 and the air-fuel ratio A / F of the supply gas are set to a predetermined air-fuel ratio richer than the stoichiometric (for example, 13 .0).
フューエルカットが実行されると、触媒１１を外気のみが通過するため、触媒１１の貴金属からなる触媒成分３２が酸化し、活性が悪化する酸素被毒状態に陥ることがある。この状態のまま放置するとエミッション悪化に繋がり、診断上も良くないことから、フューエルカット終了後は触媒にリッチガスを供給し、酸素被毒状態を解消するようにしている。
When the fuel cut is executed, only the outside air passes through the
フューエルカット実行中には触媒１１に酸素が吸蔵される。そしてリッチ制御実行中はその吸蔵酸素が放出される。吸蔵酸素が放出され尽くすと、リッチガスが触媒１１を素通りして触媒下流側に排出され、触媒後センサ１８の出力がリッチ側に反転する。この反転と同時に、リッチ制御が終了され、ストイキ制御が開始される（時刻ｔ３）。
During the fuel cut, oxygen is occluded in the
図７の例では、リッチ制御終了の後にエンジンがアイドル運転状態となっている。なお、図示例はＡＴ車の場合であり、エンジンがアイドル運転状態となると同時に車速Ｖもゼロとなっている（時刻ｔ４）。 In the example of FIG. 7, the engine is in an idle operation state after the end of the rich control. The illustrated example is for an AT vehicle, and at the same time the vehicle speed V is zero (time t4).
図６のステップＳ１０１において、リッチ制御が終了していないと判断された場合、待機状態となり、他方リッチ制御が終了したと判断された場合には、ステップＳ１０２に進む。 If it is determined in step S101 in FIG. 6 that the rich control has not ended, the process enters a standby state. If it is determined that the rich control has ended, the process proceeds to step S102.
ステップＳ１０２では、現時点がリッチ制御終了時から所定時間内であるか否かが判断される。所定時間内である場合、ステップＳ１０３において、アイドル運転が実行されているか否かが判断される。アイドル運転が実行されていない場合、ステップＳ１０２に戻る。他方、アイドル運転が実行されている場合には、ステップＳ１０４に進んで、供給ガスの特定成分濃度を増大させる成分濃度増大制御が実行される。一方、ステップＳ１０２で現時点がリッチ制御終了時から所定時間内でないと判断された場合、診断処理が終了される。 In step S102, it is determined whether the current time is within a predetermined time from the end of rich control. If it is within the predetermined time, it is determined in step S103 whether or not idle operation is being performed. When the idle operation is not executed, the process returns to step S102. On the other hand, when the idling operation is being executed, the process proceeds to step S104, and the component concentration increase control for increasing the specific component concentration of the supply gas is executed. On the other hand, when it is determined in step S102 that the current time is not within the predetermined time from the end of the rich control, the diagnosis process is ended.
すなわち、成分濃度増大制御は、図７に示すように、リッチ制御終了時点ｔ３から所定時間Δｔ以内にアイドル運転が開始されたときに実行される。所定時間Δｔ以内に限った理由は、こうしないと触媒が再び被毒の影響を受ける虞があるからであり、逆に所定時間Δｔ以内に限定することで再度被毒の影響を受けることを未然に防止できる。 That is, as shown in FIG. 7, the component concentration increase control is executed when the idle operation is started within the predetermined time Δt from the rich control end time t3. The reason for limiting to within the predetermined time Δt is that otherwise the catalyst may be affected by poisoning again, and conversely, by limiting the time to within the predetermined time Δt, it will not be affected again by poisoning. Can be prevented.
リッチ制御終了時点ｔ３から所定時間Δｔ以内にアイドル運転が開始されなかった場合、ステップＳ１０２の判定結果がノーとなり、診断処理が終了される。すなわち今回の診断は中止となる。このような場合は、例えば図７（Ｂ）、（Ｃ）に破線で示すように、リッチ制御終了直後にドライバがアクセルペダルを踏み込んでエンジン及び車両を加速させた場合に起こり得る。図示例の場合、アイドル運転が開始されたのは所定時間Δｔを超えた時期ｔ６である。このような場合には成分濃度増大制御は実行されず、診断は中止される。 If the idling operation is not started within the predetermined time Δt from the rich control end time t3, the determination result of step S102 is no and the diagnosis process is ended. That is, this diagnosis is canceled. Such a case may occur, for example, when the driver depresses the accelerator pedal and accelerates the engine and the vehicle immediately after the end of the rich control, as indicated by broken lines in FIGS. 7B and 7C. In the case of the illustrated example, the idle operation is started at time t6 when the predetermined time Δt is exceeded. In such a case, the component concentration increase control is not executed and the diagnosis is stopped.
前述したように、ステップＳ１０４における成分濃度増大制御は、ＥＣＵ２０が、供給ガスのＨＣ濃度を増大するため、燃料噴射時期遅角、点火時期進角、水温低下及び油温低下（並びに圧縮比可変エンジンの場合には圧縮比増加）の少なくとも一つを実行することにより行われる。いずれを採用するか、またいかなる量の増大を行うかは、ＥＣＵ２０に予め記憶されたプログラムに従って決定される。 As described above, in the component concentration increase control in step S104, the ECU 20 increases the HC concentration of the supply gas, so that the fuel injection timing retardation, ignition timing advance, water temperature decrease, and oil temperature decrease (and the compression ratio variable engine). In this case, the compression ratio is increased). Which one to employ and what amount to increase is determined according to a program stored in the ECU 20 in advance.
好ましくは、特定成分濃度の増大量は、その増量された特定成分がクライテリア触媒で十分浄化可能となるような量に設定される。これにより触媒の劣化度に拘わらず、特定成分濃度増大時に大気に排出される特定成分の量を許容量以内に確実に制限することが可能となる。 Preferably, the increase amount of the specific component concentration is set to such an amount that the increased specific component can be sufficiently purified by the criteria catalyst. This makes it possible to reliably limit the amount of the specific component that is discharged to the atmosphere when the concentration of the specific component increases within an allowable amount regardless of the degree of deterioration of the catalyst.
他方、成分濃度増大制御が実行されているときにはストイキ制御が実行され、供給ガスの空燃比はストイキに保持されている。よって従来技術の如く空燃比をストイキよりもリッチ又はリーンとする場合に比べ、エミッションの悪化を抑制し、燃費の悪化を抑制することができる。ここでストイキ制御中には、燃焼室３内の混合気の空燃比がストイキとなるよう、燃料噴射量が制御される。 On the other hand, when the component concentration increase control is executed, the stoichiometric control is executed, and the air-fuel ratio of the supply gas is held at the stoichiometric. Therefore, as compared with the case where the air-fuel ratio is richer or leaner than stoichiometric as in the prior art, it is possible to suppress the deterioration of emission and suppress the deterioration of fuel consumption. Here, during the stoichiometric control, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 becomes stoichiometric.
さて、図６に戻って、ステップＳ１０４で成分濃度増大制御が開始された後、ステップＳ１０５で再度アイドル運転が実行されているか否かが判断される。アイドル運転が実行されていない場合、ステップＳ１１３に進んで成分濃度増大制御が終了され、診断処理が終了される。このような場合は、例えば成分濃度増大制御中にドライバがアクセルペダルを踏み込んでエンジン及び車両を加速させようとした場合に起こり得る。 Returning to FIG. 6, after the component concentration increase control is started in step S104, it is determined in step S105 whether or not the idle operation is being executed again. When the idle operation is not executed, the process proceeds to step S113, where the component concentration increase control is ended, and the diagnosis process is ended. Such a case may occur, for example, when the driver depresses the accelerator pedal and accelerates the engine and the vehicle during the component concentration increase control.
特定成分濃度を増大させた状態でエンジンが非アイドル運転状態となり、車両が走行されると、著しい量のエミッションが大気に排出されてしまう。よって特定成分濃度増大中にエンジンが非アイドル運転状態となったとき、特定成分濃度増大を終了することで、著しい量のエミッションを大気に排出させてしまうことを未然に防止できる。 When the specific component concentration is increased and the engine is in a non-idle operation state and the vehicle is driven, a significant amount of emission is discharged to the atmosphere. Therefore, when the engine is in a non-idle operation state while the specific component concentration is increasing, it is possible to prevent a significant amount of emission from being discharged to the atmosphere by ending the specific component concentration increase.
なお、成分濃度増大制御中にアクセルペダルが踏み込まれ、検出アクセル開度が全閉から開方向に変化したときには、先に成分濃度増大制御を終了し、その後遅延させてスロットルバルブ１０を開方向に制御することも可能である。これによっても同様に著しい量のエミッションを大気に排出させてしまうことを未然に防止できる。
When the accelerator pedal is depressed during the component concentration increase control and the detected accelerator opening changes from the fully closed state to the open direction, the component concentration increase control is terminated first, and then the
他方、ステップＳ１０５でアイドル運転が実行されていると判断された場合には、ステップＳ１０６に進んで、成分濃度増大制御開始時から所定時間が経過したか否かが判断される。ここでの所定時間は、特定成分濃度増大により図４に示した如く小劣化触媒と大劣化触媒とで十分大きい温度差が出るような時間に予め設定される。所定時間が経過していない場合、ステップＳ１０４，Ｓ１０５が繰り返し実行される。他方、所定時間が経過した場合にはステップＳ１０７に進む。 On the other hand, if it is determined in step S105 that the idle operation is being executed, the process proceeds to step S106, where it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the component concentration increase control. The predetermined time here is set in advance to such a time that a sufficiently large temperature difference appears between the small deterioration catalyst and the large deterioration catalyst as shown in FIG. If the predetermined time has not elapsed, steps S104 and S105 are repeatedly executed. On the other hand, if the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S107.
ステップＳ１０７では、その所定時間経過時点での触媒温度Ｔｃが触媒温度センサ２１により検出される。そして同時に、成分濃度増大制御が終了させられる。
In step S107, the
次いでステップＳ１０８では、気温・気圧補正が実行される。特定成分濃度を一定量増大させたときの触媒温度の昇温量は、気温および気圧によって変化する。よって気温および気圧の変化による昇温量変化を補償すべく、気温・気圧補正が実行される。これにより基準状態に補償した上での診断が可能となり、診断精度を向上できる。 Next, in step S108, temperature / pressure correction is performed. The temperature increase amount of the catalyst temperature when the specific component concentration is increased by a certain amount varies depending on the air temperature and the atmospheric pressure. Therefore, the temperature / pressure correction is executed to compensate for the temperature increase due to changes in temperature and pressure. This makes it possible to make a diagnosis after compensating for the reference state, thereby improving the diagnostic accuracy.
例えば、気圧が低い（高地）ほどポンピング損失が低下し、アイドル回転速度保持のための空気量が低下し、触媒に供給される排ガス量ひいては特定成分量が低下し、触媒温度の昇温量が低下する。よってこの触媒温度昇温量の低下を補償するよう、検出触媒温度Ｔｃが増大側に補正され、或いは検出触媒温度Ｔｃの比較対象である異常判定値Ｘ（図４参照）が減少側に補正される。本実施例では後者の異常判定値Ｘを補正する方法を採用する。 For example, the lower the atmospheric pressure (high altitude), the lower the pumping loss, the lower the amount of air for maintaining the idling rotation speed, the lower the amount of exhaust gas supplied to the catalyst, and the lower the specific component amount, and the higher the temperature rise of the catalyst temperature. descend. Therefore, the detected catalyst temperature Tc is corrected to the increase side to compensate for the decrease in the catalyst temperature increase, or the abnormality determination value X (see FIG. 4), which is a comparison target of the detected catalyst temperature Tc, is corrected to the decrease side. The In the present embodiment, the latter method of correcting the abnormality determination value X is employed.
図８には、（Ａ）補正係数α、（Ｂ）ガス量（空気量または排ガス量）および（Ｃ）ポンピング損失の気圧との関係を示す。特に（Ａ）が、気圧から補正係数αを算出するためにＥＣＵ２０に予め記憶されたマップを示す。気圧が基準値としての１（ａｔｍ）のとき補正係数α＝１、すなわち補正無しであり、この基準値に対し気圧が上昇すると補正係数も増大し、気圧が低下すると補正係数も減少する。ＥＣＵ２０は、外気圧センサ２３により検出された外気圧に基づき、図８（Ａ）のマップから対応する補正係数αを算出する。
FIG. 8 shows the relationship between (A) correction coefficient α, (B) gas amount (air amount or exhaust gas amount) and (C) pumping loss with atmospheric pressure. In particular, (A) shows a map stored in advance in the ECU 20 in order to calculate the correction coefficient α from the atmospheric pressure. When the atmospheric pressure is 1 (atm) as the reference value, the correction coefficient α = 1, that is, no correction is performed. When the atmospheric pressure increases with respect to this reference value, the correction coefficient increases, and when the atmospheric pressure decreases, the correction coefficient also decreases. The ECU 20 calculates a corresponding correction coefficient α from the map of FIG. 8A based on the external air pressure detected by the external
他方、例えば気温が低い（寒冷地）ほど酸素密度が増大し、ポンピング損失が増大し、アイドル回転速度保持のための空気量が増大し、触媒に供給される排ガス量ひいては特定成分量が増大し、触媒温度の昇温量が増大する。よってこの触媒温度昇温量の増大を補償するよう、検出触媒温度Ｔｃが減少側に補正され、或いは異常判定値Ｘが増大側に補正される。 On the other hand, for example, the lower the temperature (cold region), the oxygen density increases, pumping loss increases, the amount of air for maintaining the idle rotation speed increases, the amount of exhaust gas supplied to the catalyst, and thus the amount of specific components increases. The temperature increase amount of the catalyst temperature increases. Therefore, the detected catalyst temperature Tc is corrected to the decreasing side or the abnormality determination value X is corrected to the increasing side so as to compensate for the increase in the catalyst temperature increase amount.
つまり、気圧低下と気温上昇が対応関係にあり、気圧上昇と気温低下が対応関係にある。温度補正も気圧補正と同様の方法で行われる。ＥＣＵ２０は、外気温センサ２２により検出された外気温に基づき、補正係数β及び気温の関係を予め定めたマップから、対応する補正係数βを算出する。
That is, the pressure drop and the temperature rise are in a correspondence relationship, and the pressure rise and the temperature drop are in a correspondence relationship. The temperature correction is performed in the same manner as the atmospheric pressure correction. Based on the outside air temperature detected by the outside
そしてＥＣＵ２０は、最終的に、算出された補正係数α及びβをそれぞれ異常判定値Ｘに乗じて、補正後の異常判定値Ｘを算出する。これにより気温・気圧補正が終了となる。 Then, the ECU 20 finally calculates the corrected abnormality determination value X by multiplying the abnormality correction value X by the calculated correction coefficients α and β, respectively. This completes the temperature / barometric pressure correction.
なお、供給ガスの特定成分としてＮＯｘを採用する場合には、外気の条件、特に湿度により、ＮＯｘ濃度が変化する。すなわち湿度が高いと燃焼温度が低下し、供給ガスのＮＯｘ濃度が低下する。よってこのＮＯｘ濃度の低下を補償するよう、検出触媒温度Ｔｃまたは異常判定値Ｘが補正される。この場合、外気の湿度を検出する湿度センサが設けられ、前記同様、検出された湿度に基づき所定のマップから補正係数が算出される。 In addition, when NOx is adopted as the specific component of the supply gas, the NOx concentration varies depending on the outside air conditions, particularly humidity. That is, when the humidity is high, the combustion temperature decreases, and the NOx concentration of the supply gas decreases. Therefore, the detected catalyst temperature Tc or the abnormality determination value X is corrected so as to compensate for the decrease in the NOx concentration. In this case, a humidity sensor for detecting the humidity of the outside air is provided, and the correction coefficient is calculated from a predetermined map based on the detected humidity as described above.
さて、ステップＳ１０８において気温・気圧補正が実行された後には、ステップＳ１０９において、検出触媒温度Ｔｃが補正後の異常判定値Ｘ’と比較される。 Now, after the temperature / atmospheric pressure correction is executed in step S108, the detected catalyst temperature Tc is compared with the corrected abnormality determination value X 'in step S109.
Ｔｃ＞Ｘ’の場合、特定成分濃度増大によって触媒温度が大きく上昇した場合に該当するので、ステップＳ１１２で触媒は正常（異常でない）と判定され、診断処理が終了される。 If Tc> X ′, this corresponds to a case where the catalyst temperature has greatly increased due to the increase in the concentration of the specific component. Therefore, the catalyst is determined to be normal (not abnormal) in step S112, and the diagnostic process is terminated.
他方、Ｔｃ≦Ｘ’の場合、特定成分濃度増大によっても触媒温度が実質的に上昇せず、或いはその上昇量が小さいので、ステップＳ１１０で触媒は異常と判定される。この場合、ステップＳ１１１において、図示しない警告装置（警告灯等）が作動され、異常の事実がユーザに警告される。そして診断処理が終了される。 On the other hand, when Tc ≦ X ′, the catalyst temperature does not substantially increase even when the specific component concentration increases, or the amount of increase is small, so that the catalyst is determined to be abnormal in step S110. In this case, in step S111, a warning device (not shown) (not shown) is activated to warn the user of the fact of abnormality. Then, the diagnostic process is terminated.
なお、ここでは特定成分濃度増大後の触媒温度Ｔｃ自体に基づいて異常判定を行ったが、特定成分濃度増大前後の触媒温度差すなわち昇温量に基づいて異常判定を行ってもよい。但し、本実施例のようにアイドル運転時に限定する場合には、特定成分濃度増大後の触媒温度が触媒劣化度に応じたほぼ一定値となる傾向が強いため、触媒温度Ｔｃ自体に基づいても十分な診断精度を確保可能である。 Here, the abnormality determination is performed based on the catalyst temperature Tc itself after the specific component concentration increase, but the abnormality determination may be performed based on the catalyst temperature difference before and after the specific component concentration increase, that is, the temperature increase amount. However, in the case of limiting to idle operation as in this embodiment, the catalyst temperature after the increase in the concentration of the specific component tends to become a substantially constant value according to the degree of catalyst deterioration, and therefore, based on the catalyst temperature Tc itself. Sufficient diagnostic accuracy can be ensured.
変形例として、図９（Ａ）に示すような前方高担持触媒を用いた例を挙げることができる。この前方高担持触媒とは、触媒の前半部且つ前端から所定距離後方までの高担持領域Ｈ内において触媒成分３２としての貴金属が高密度で担持され、高担領領域Ｈより後方の領域では高担持領域Ｈよりも低密度の貴金属しか担持されていない触媒をいう。
As a modification, an example using a forward highly supported catalyst as shown in FIG. 9A can be given. The front highly supported catalyst means that a noble metal as the
図９（Ｂ）において、線ｅは、劣化度の大きい前方高担持触媒において特定成分濃度を増大させたときの温度分布を示す。また線ｆは、劣化度の小さい前方高担持触媒において特定成分濃度を増大させたときの温度分布を示す。 In FIG. 9 (B), the line e shows the temperature distribution when the specific component concentration is increased in the forward highly supported catalyst having a large degree of deterioration. Further, the line f shows the temperature distribution when the specific component concentration is increased in the front highly supported catalyst having a small degree of deterioration.
前方高担持触媒の場合、触媒全体として大きく劣化していても、前方の高担持領域Ｈはそれより後方の領域に比べ、相対的に劣化度合いが小さく、特定成分濃度を増大させたときの発熱量、昇温量が大きくなる。よって図示の如く、劣化度の大きい触媒（線ｅ）と小さい触媒（線ｆ）とで温度分布が近づく傾向にあり、高担持領域Ｈ内では昇温量の違いが出にくくなる。 In the case of the front highly supported catalyst, even if the catalyst as a whole is greatly deteriorated, the front highly supported region H is relatively less deteriorated than the region behind it, and heat is generated when the specific component concentration is increased. The amount and the temperature increase amount become large. Therefore, as shown in the figure, the temperature distribution tends to approach between the catalyst with a high degree of deterioration (line e) and the catalyst with a small degree (line f), and the difference in the amount of temperature rise is less likely to occur in the high carrying region H.
よって、前方高担持触媒の場合には、高担持領域Ｈよりも後方の領域で触媒温度を検出するのが好ましい。より好ましくは、高担持領域Ｈよりも後方の領域で且つ小劣化触媒（線ｅ）と大劣化触媒（線ｆ）との間に最も大きい触媒温度差が出るような位置Ｖで触媒温度を検出する。こうすることで、微妙な触媒劣化度の違いを正確に識別することが可能となり、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 Therefore, in the case of the front highly supported catalyst, it is preferable to detect the catalyst temperature in a region behind the highly supported region H. More preferably, the catalyst temperature is detected at a position V behind the high-loading region H and at the position V where the largest catalyst temperature difference appears between the small deterioration catalyst (line e) and the large deterioration catalyst (line f). To do. By doing so, it is possible to accurately identify a subtle difference in the degree of catalyst deterioration, and it is possible to improve the diagnostic accuracy particularly near the criteria.
なお、近年では触媒の貴金属担持量が減少される傾向にあり、触媒の使用温度が高温化される傾向にある。そして小劣化触媒と大劣化触媒とで、触媒劣化度を表すパラメータの違いが出にくくなっている。本実施形態は、かかる現状にも対応可能な装置及び方法を提案するものである。 In recent years, the amount of noble metal supported on the catalyst tends to decrease, and the use temperature of the catalyst tends to increase. In addition, it is difficult for the small deterioration catalyst and the large deterioration catalyst to produce a difference in parameters indicating the degree of catalyst deterioration. The present embodiment proposes an apparatus and method that can cope with such a current situation.
［第２実施例］
次に、第２実施例を説明する。この第２実施例は、上流触媒１１の劣化度を表すパラメータとして、上流触媒１１の酸素吸蔵容量を用いる点が第１実施例と主に相違する。そして計測された酸素吸蔵容量を所定の異常判定値と比較して、上流触媒１１の異常の有無が判定される。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the oxygen storage capacity of the
前述したように、触媒１１の劣化度と触媒１１の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。そして触媒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 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表すことができる。よって本実施例では、特定成分濃度を増大させたときの酸素吸蔵容量を計測し、この値に基づいて触媒１１の異常の有無を判定する。
As described above, there is a correlation between the degree of deterioration of the
特に、特定成分濃度を増大させたときの酸素吸蔵容量を計測するので、特定成分濃度を増大させないときに比べ、触媒の発熱量を増加させ、触媒の温度を上昇させ、大きな値の酸素吸蔵容量を計測することができる。よって触媒劣化度に対する酸素吸蔵容量の変化率を増大することができる。言い換えれば、微妙な触媒劣化度の違いに対して酸素吸蔵容量の違いを拡大して見ることができ、微妙な触媒劣化度の違いを正確に識別することが可能となる。よって、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 In particular, since the oxygen storage capacity when the specific component concentration is increased is measured, the calorific value of the catalyst is increased and the temperature of the catalyst is increased compared to when the specific component concentration is not increased. Can be measured. Therefore, the rate of change of the oxygen storage capacity with respect to the degree of catalyst deterioration can be increased. In other words, the difference in the oxygen storage capacity can be viewed in an enlarged manner with respect to the subtle difference in the catalyst deterioration degree, and the subtle difference in the catalyst deterioration degree can be accurately identified. Therefore, it is possible to improve the diagnostic accuracy especially near the criteria.
図１０（Ａ）に、触媒の劣化度と酸素吸蔵容量ＯＳＣとの関係を示す。触媒劣化度が大きくなるにつれ、酸素吸蔵容量ＯＳＣは低下する傾向にある。図１０（Ｂ）、（Ｃ）は図１０（Ａ）の円で囲った部分、すなわち劣化度大の部分を拡大して示す。図１０（Ａ）、（Ｂ）に線ｇで示すように、特定成分濃度を増大させないときには、クライテリア付近の劣化度大の部分において線ｇの傾きが小さく、触媒劣化度に対する酸素吸蔵容量ＯＳＣの変化率は小さい。よって酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値から微妙な劣化度の違いを識別するのは困難である。 FIG. 10A shows the relationship between the deterioration degree of the catalyst and the oxygen storage capacity OSC. As the degree of catalyst degradation increases, the oxygen storage capacity OSC tends to decrease. FIGS. 10B and 10C are enlarged views of a portion surrounded by a circle in FIG. As indicated by the line g in FIGS. 10A and 10B, when the specific component concentration is not increased, the slope of the line g is small in the large degree of deterioration near the criteria, and the oxygen storage capacity OSC with respect to the degree of catalyst deterioration is small. The rate of change is small. Therefore, it is difficult to distinguish a slight difference in the degree of deterioration from the measured value of the oxygen storage capacity OSC.
これに対し、図１０（Ａ）、（Ｃ）に線ｈで示すように、特定成分濃度を増大させると、全体的により大きな値の酸素吸蔵容量計測値を得られると共に、クライテリア付近の劣化度大の部分において線ｈの傾きを大きくし、触媒劣化度に対する酸素吸蔵容量ＯＳＣの変化率を大きくすることができる。よって酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値から微妙な劣化度の違いを容易に識別することが可能となる。 On the other hand, as shown by the line h in FIGS. 10A and 10C, when the specific component concentration is increased, an overall larger value of the oxygen storage capacity measurement value can be obtained, and the degree of deterioration near the criteria can be obtained. In most cases, the slope of the line h can be increased to increase the rate of change of the oxygen storage capacity OSC with respect to the degree of catalyst deterioration. Therefore, it is possible to easily identify a subtle difference in the degree of deterioration from the measured value of the oxygen storage capacity OSC.
本実施例では所謂Ｃｍａｘ法に基づき、触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣを計測する。そしてこの計測時には、燃焼室３内の混合気ひいては供給ガスの空燃比をストイキに対しリッチ側およびリーン側に交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御がＥＣＵ２０により実行される。さらにこの計測時、すなわちアクティブ空燃比制御の実行時、特定成分濃度がＥＣＵ２０により増大させられる。 In this embodiment, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst is measured based on the so-called Cmax method. At the time of this measurement, the ECU 20 executes active air-fuel ratio control in which the air-fuel ratio in the combustion chamber 3 and thus the air-fuel ratio of the supply gas are alternately and actively switched to the rich side and the lean side with respect to the stoichiometry. Further, the specific component concentration is increased by the ECU 20 during this measurement, that is, during execution of active air-fuel ratio control.
以下、図１１及び図１２を用いて酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測方法を説明する。なお便宜上、特定成分濃度増大を併せて実行しない例を説明する。 Hereinafter, a method for measuring the oxygen storage capacity OSC will be described with reference to FIGS. 11 and 12. For convenience, an example in which the specific component concentration increase is not executed together will be described.
図１１（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（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）を示す。また図１１（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。 In FIG. 11A, the broken line indicates the target air-fuel ratio A / Ft, and the solid line indicates the output of the pre-catalyst sensor 17 (however, the converted value to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr). In FIG. 11B, the solid line indicates the output of the post-catalyst sensor 18 (however, the output voltage Vr).
図示するように、時刻ｔ１より前ではリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、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、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
As shown in the figure, before the time t1, the lean control is executed, the target air-fuel ratio A / Ft is set to the lean air-fuel ratio A / F1 (for example, 15.1), and the
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、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、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
When the rich gas is supplied, the
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
When the
こうして、触媒が酸素を吸放出する度に、或いは触媒後センサ１８の出力が反転する度に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。 In this way, every time the catalyst absorbs and releases oxygen or every time the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed, the lean control and the rich control are alternately and repeatedly executed.
このアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
While executing this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
The larger the oxygen storage capacity of the
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図１２に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図１２にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。 Therefore, using this fact, the oxygen storage capacity OSC is measured as follows. As shown in FIG. 12, immediately after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t1, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff as an actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Ff. Switch to Fr. From the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches the stoichiometric A / Fs to the time t2 when the post-catalyst sensor output Vr is next reversed, the oxygen storage capacity for each predetermined calculation cycle is obtained by the following equation (1). dOSC is sequentially calculated, and the oxygen storage capacity dOSC is sequentially accumulated from time t11 to time t2. Thus, the oxygen storage capacity OSC as the final integrated value during the rich control, that is, the amount of released oxygen indicated by OSCb in FIG. 12 is measured.
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。 Q is the fuel injection amount. When the air-fuel ratio difference ΔA / F is multiplied by the fuel injection amount Q, the air amount that is insufficient or excessive with respect to the stoichiometry can be calculated. σ is a constant representing the proportion of oxygen contained in air (about 0.23).
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図１２にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。かかるアクティブ空燃比制御は所定周期分行われる。 Similarly, during the lean control, the oxygen storage capacity, that is, the stored oxygen amount indicated by OSCa in FIG. 12 is measured. Each time rich control and lean control are alternately performed, the released oxygen amount and the stored oxygen amount are alternately measured. Such active air-fuel ratio control is performed for a predetermined period.
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定を行うことが可能である。但しここで述べる判定方法は後述する本実施例の判定方法と若干異なる。理解容易のため、ここでは単純な例を示す。 If a plurality of measured values of released oxygen amount and occluded oxygen amount are obtained in this way, it is possible to determine whether the catalyst is normal or abnormal by the following method. However, the determination method described here is slightly different from the determination method of the present embodiment described later. For ease of understanding, here is a simple example.
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値ＯＳＣａｖを算出する。そしてこの平均値ＯＳＣａｖを所定の異常判定値Ｙと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値Ｙより大きいときには触媒１１を正常（異常なし）と判定し、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値β以下のときには触媒１１を異常と判定する。
First, the ECU 20 calculates an average value OSCav of the measured values of the released oxygen amount and the stored oxygen amount. The average value OSCav is compared with a predetermined abnormality determination value Y. The ECU 20 determines that the
以下、第２実施例に従ってＥＣＵ２０により実行される異常診断処理の手順を図１３を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the procedure of the abnormality diagnosis process executed by the ECU 20 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
第１実施例と同様、診断処理は、エンジンのフューエルカット（特に減速フューエルカット）終了と同時に開始される。そしてステップＳ２０１〜Ｓ２０６は前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０６（図６参照）と同様である。なお、ステップＳ２０５の判定結果がノーの場合、ステップＳ２１６に進むが、このステップＳ２１６は前記ステップＳ１１３と同様である。 As in the first embodiment, the diagnosis process is started simultaneously with the end of the engine fuel cut (particularly the deceleration fuel cut). Steps S201 to S206 are the same as steps S101 to S106 (see FIG. 6). If the determination result in step S205 is no, the process proceeds to step S216. This step S216 is the same as step S113.
ステップＳ２０６の判定結果がイエスの場合、ステップＳ２０７において、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。そしてステップＳ２０８において、アイドル運転が実行されているか否かが判断される。アイドル運転が実行されていない場合、ステップＳ２１７に進んで、成分濃度増大制御、アクティブ空燃比制御および酸素吸蔵容量計測が終了され、診断処理が終了される。このように成分濃度増大制御等の最中にエンジンが非アイドル運転状態となったときには、それらが終了されると共に診断が中止され、著しい量のエミッションを大気に排出させてしまうことを防止する。 If the determination result in step S206 is yes, in step S207, active air-fuel ratio control is executed and the oxygen storage capacity OSC is measured. In step S208, it is determined whether or not idle operation is being performed. When the idling operation is not executed, the process proceeds to step S217, where the component concentration increase control, the active air-fuel ratio control, and the oxygen storage capacity measurement are ended, and the diagnosis process is ended. As described above, when the engine is in the non-idle operation state during the component concentration increase control or the like, they are terminated and the diagnosis is stopped, thereby preventing a significant amount of emission from being discharged into the atmosphere.
他方、ステップＳ２０８でアイドル運転が実行されていると判断された場合には、ステップＳ２０９に進んで、アクティブ空燃比制御および酸素吸蔵容量計測が終了したか否かが判断される。終了していない場合にはステップＳ２０７，Ｓ２０８が繰り返し実行され、終了した場合にはステップＳ２１０において成分濃度増大制御が終了させられる。 On the other hand, if it is determined in step S208 that the idling operation is being performed, the process proceeds to step S209, where it is determined whether or not the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity measurement are completed. If not completed, steps S207 and S208 are repeatedly executed. If completed, the component concentration increase control is terminated in step S210.
次いで、ステップＳ２１１において、前記ステップＳ１０８と同様の気温・気圧補正が実行される。ここで、酸素吸蔵容量ＯＳＣは触媒温度（具体的には触媒内の平均温度）が高いほど大きな値が計測される傾向にある。他方、気圧が低いほど、特定成分濃度増大による触媒温度の昇温量が低下するので、酸素吸蔵容量ＯＳＣは小さな値が計測される。また気温が低いほど、特定成分濃度増大による触媒温度の昇温量が増大するので、酸素吸蔵容量ＯＳＣは大きな値が計測される。よって気温・気圧の変化と酸素吸蔵容量計測値の変化との関係は、第１実施例の如き気温・気圧の変化と触媒昇温量の変化との関係と同じとなり、第１実施例と同様の補正方法を適用することができる。よってここでも第１実施例と同様の補正方法により、補正がなされる。 Next, in step S211, the same temperature / atmospheric pressure correction as in step S108 is executed. Here, the oxygen storage capacity OSC tends to be measured as the catalyst temperature (specifically, the average temperature in the catalyst) increases. On the other hand, the lower the atmospheric pressure, the lower the catalyst temperature rise due to the increase in the concentration of the specific component, so that a smaller value is measured for the oxygen storage capacity OSC. Moreover, since the temperature increase amount of the catalyst temperature due to the increase in the specific component concentration increases as the temperature decreases, the oxygen storage capacity OSC is measured to be a large value. Therefore, the relationship between the change in temperature and pressure and the change in the oxygen storage capacity measurement value is the same as the relationship between the change in temperature and pressure and the change in the catalyst temperature rise as in the first embodiment, and is the same as in the first embodiment. The correction method can be applied. Therefore, the correction is performed here by the same correction method as in the first embodiment.
こうして気温・気圧補正が実行された後には、ステップＳ２１２において、酸素吸蔵容量計測値の平均値ＯＳＣａｖが、補正後の異常判定値Ｙ’と比較される。 After the temperature / atmospheric pressure correction is thus performed, the average value OSCav of the oxygen storage capacity measurement value is compared with the corrected abnormality determination value Y ′ in step S212.
ＯＳＣａｖ＞Ｙ’の場合、ステップＳ２１５で触媒は正常（異常でない）と判定され、診断処理が終了される。 If OSCav> Y ′, it is determined in step S215 that the catalyst is normal (not abnormal), and the diagnostic process is terminated.
他方、ＯＳＣａｖ≦Ｙ’の場合、ステップＳ２１３で触媒は異常と判定される。この場合、ステップＳ２１４において警告装置が作動され、異常の事実がユーザに警告される。そして診断処理が終了される On the other hand, if OSCav ≦ Y ′, the catalyst is determined to be abnormal in step S213. In this case, the warning device is activated in step S214 to warn the user of the fact of abnormality. And the diagnostic process is finished
このように本実施例によれば、特定成分濃度を増大させることにより、触媒の本来持っている酸素吸蔵容量に触媒温度上昇分を加算した上で酸素吸蔵容量を計測するので、微妙な触媒劣化度の違いに対する酸素吸蔵容量の違いを拡大して見ることができ、特にクライテリア付近での診断精度を高めることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by increasing the specific component concentration, the oxygen storage capacity is measured after adding the catalyst temperature increase to the oxygen storage capacity originally possessed by the catalyst. The difference in the oxygen storage capacity with respect to the difference in the degree can be enlarged, and it becomes possible to improve the diagnostic accuracy especially in the vicinity of the criteria.
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、エンジンは自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。 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 engine may be other than for automobiles, and may be a direct injection type or the like.
前記実施形態では特定成分濃度増大を伴う診断を直接行ったが、先ず特定成分濃度増大を伴わない通常の診断を行い、これにより異常の虞があると診断された場合のみ、さらに精度を上げるべく、特定成分濃度増大を伴う診断を行ってもよい。特に第２実施例の場合だと、供給ガス量の少ないアイドル条件下で酸素吸蔵容量を計測するため、小劣化触媒等の場合には計測時間ひいては診断時間が徒に長期化する虞がある。そこで、先ず通常の診断を行い、酸素吸蔵容量の小さい触媒（貴金属担持量が少なく新品時から酸素吸蔵容量の小さい触媒を含む）であるとか、異常の虞があると診断された触媒に対してのみ、特定成分濃度増大を伴う診断を行えば、かかる計測時間および診断時間の長期化を抑制でき、診断を効率的に行うことが可能となる。 In the above embodiment, the diagnosis with the increase in the concentration of the specific component is directly performed. However, first, the normal diagnosis without the increase in the concentration of the specific component is performed, and only when it is diagnosed that there is a possibility of abnormality, the accuracy should be further increased. Diagnosis accompanied by an increase in the concentration of a specific component may be performed. Particularly in the case of the second embodiment, since the oxygen storage capacity is measured under idle conditions with a small amount of supplied gas, there is a possibility that the measurement time and therefore the diagnosis time will be prolonged in the case of a small deterioration catalyst or the like. Therefore, a normal diagnosis is first performed on a catalyst having a small oxygen storage capacity (including a catalyst having a small amount of noble metal supported and a small oxygen storage capacity since the beginning of a new article) or a catalyst diagnosed as having a risk of abnormality. However, if a diagnosis with an increase in the concentration of a specific component is performed, the measurement time and the diagnosis time can be prevented from being prolonged, and the diagnosis can be performed efficiently.
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, but can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
１ エンジン
５ エアフローメータ
６ 排気管
７ インジェクタ
１１ 上流触媒
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）
２１ 触媒温度センサ
２２ 外気温センサ
２３ 外気圧センサ
Ｔｃ 触媒温度
ＯＳＣ 酸素吸蔵容量
Ｘ，Ｙ 異常判定値
α，β 補正係数
1
21
Claims (10)
前記触媒に供給される排気ガスの特定成分であって、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘのうちの少なくとも一つからなる特定成分の濃度を増大させる成分濃度増大手段と、
前記成分濃度増大手段により特定成分濃度が増大されたとき、前記触媒の劣化度を表すパラメータを計測する計測手段と、
前記計測手段により計測されたパラメータに基づき前記触媒の異常の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。 An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Component concentration increasing means for increasing the concentration of a specific component of exhaust gas supplied to the catalyst, the specific component comprising at least one of HC, CO and NOx;
Measuring means for measuring a parameter representing the degree of deterioration of the catalyst when the specific component concentration is increased by the component concentration increasing means;
Determining means for determining the presence or absence of abnormality of the catalyst based on the parameter measured by the measuring means;
A catalyst abnormality diagnosis device comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。 The specific component includes HC, and the component concentration increasing means includes means for changing at least one of fuel injection timing, ignition timing, compression ratio, water temperature, and oil temperature to the HC increasing side. The catalyst abnormality diagnosis device according to 1.
ことを特徴とする請求項１または２に記載の触媒異常診断装置。 The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 1 or 2, wherein the component concentration increasing means increases the specific component concentration during idle operation of the internal combustion engine.
ことを特徴とする請求項３に記載の触媒異常診断装置。 The component concentration increasing means increases the specific component concentration when the idling operation is started within a predetermined time from when rich control after fuel cut of the internal combustion engine is completed. 3. The catalyst abnormality diagnosis device according to 3.
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。 The correction means which correct | amends at least one of the measured value of the said parameter or the determination value with which the said measured value is compared based on at least one of external temperature, external pressure, and humidity is characterized by the above-mentioned. The catalyst abnormality diagnostic device according to any one of -4.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。 The catalyst abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 5, wherein the parameter is a catalyst temperature detected at a predetermined position in the front-rear direction of the catalyst.
ことを特徴とする請求項６に記載の触媒異常診断装置。 The catalyst abnormality diagnosis apparatus according to claim 6, wherein the predetermined position is a position where a difference in measured values of the parameter is maximized between a new catalyst and a criteria catalyst.
前記空燃比制御手段は、前記成分濃度増大手段が前記特定成分濃度を増大させているとき、前記空燃比をストイキに保持する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。 Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst,
The air-fuel ratio control unit holds the air-fuel ratio in a stoichiometric state when the component concentration increasing unit increases the specific component concentration. Catalyst abnormality diagnosis device.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。 The catalyst abnormality diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the parameter is an oxygen storage capacity of the catalyst.
前記空燃比制御手段は、前記成分濃度増大手段が前記特定成分濃度を増大させているとき、前記空燃比をストイキに対しリッチ側およびリーン側に交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する
ことを特徴とする請求項９に記載の触媒異常診断装置。 Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst,
The air-fuel ratio control means executes active air-fuel ratio control that alternately and actively switches the air-fuel ratio to a rich side and a lean side with respect to stoichiometry when the component concentration increasing means increases the specific component concentration. The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 9.
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