JP4200958B2

JP4200958B2 - Exhaust gas purification catalyst evaluation system

Info

Publication number: JP4200958B2
Application number: JP2004272680A
Authority: JP
Inventors: 大須賀　　稔; 護藤枝; 伸夫栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005036812A

Description

本発明は内燃機関の排気系に設けたＮＯｘ浄化触媒の評価方法及びその評価装置及びその触媒効率制御方法に関する。 The present invention relates to an evaluation method for an NOx purification catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine, an evaluation apparatus therefor, and a catalyst efficiency control method therefor.

従来提案されているＮＯｘ浄化触媒の効率低下や劣化を推定する方法としては、特開平4−265414 号公報にみられるように、自動車の走行距離をパラメータとし、走行距離がある値以上になるとＮＯｘ浄化触媒の効率が充分低下したと見なしていた。 As a method for estimating a decrease in efficiency and deterioration of a NOx purification catalyst that has been proposed in the past, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-265414, the travel distance of a vehicle is used as a parameter. It was considered that the efficiency of the purification catalyst was sufficiently reduced.

また、ＮＯｘ浄化触媒に使用されるＨＣの量が不足している時にＨＣの量を増加する方法が特開平3−229914 号公報で提案されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 3-229914 proposes a method for increasing the amount of HC when the amount of HC used for the NOx purification catalyst is insufficient.

特開平４−２６５４１４号公報JP-A-4-265414 特開平３−２２９９１４号公報JP-A-3-229914

しかしながら、従来の技術では走行距離等で触媒の評価を行っているため正確な評価ができないといった問題がある。また、異なる特性の触媒の双方の診断を正しく評価することについての配慮がなされていない。 However, the conventional technique has a problem that accurate evaluation cannot be performed because the catalyst is evaluated based on the travel distance or the like. Also, no consideration has been given to correctly assessing the diagnosis of both catalysts of different characteristics.

また、ＨＣの量の不足に関しては触媒の評価と関係なくＨＣの量を制御していたので、これも正確な状態でＨＣの量の制御ができないという問題があった。 Further, since the amount of HC was controlled regardless of the catalyst evaluation regarding the shortage of HC, there was a problem that the amount of HC could not be controlled accurately.

上記課題は、リーン内燃機関の排気管に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備えたリーン燃焼内燃機関の排ガス浄化触媒を評価する装置であって、内燃機関がリーン運転中であるかを判断する手段と、前記触媒が所定温度域であるかを判断する手段とを有し、リーン運転中であると判断すると共に所定温度域であると判断したときに触媒評価を開始する手段と、リーン運転中に空燃比を変化させる空燃比変化手段と、前記空燃比変化手段により空燃比を変化させたときの排気ガス状態をセンサを用いて検出し、前記検出された結果に基づいて、前記触媒の効率又は劣化を診断する手段を備えることを特徴とする排ガス浄化触媒評価装置により解決される。 The above object is an apparatus for evaluating an exhaust gas purification catalyst of a lean combustion internal combustion engine provided with a lean NOx catalyst provided in an exhaust pipe of a lean internal combustion engine, and means for determining whether the internal combustion engine is in a lean operation; A means for determining whether the catalyst is in a predetermined temperature range, a means for determining that the catalyst is in a lean operation and starting a catalyst evaluation when it is determined that the catalyst is in a predetermined temperature range; An air-fuel ratio changing means for changing the air-fuel ratio, and an exhaust gas state when the air-fuel ratio is changed by the air-fuel ratio changing means are detected using a sensor, and based on the detected result, the efficiency of the catalyst or This is solved by an exhaust gas purifying catalyst evaluation device comprising means for diagnosing deterioration .

本発明によれば、各触媒に対して使用動作環境に適した的確な診断が可能となる。また効率の低下を回避するようにエンジン制御を実行することができ、高い排気浄化特性を維持できる。 According to the present invention, it is possible to accurately diagnose each catalyst suitable for the operating environment. Further, engine control can be executed so as to avoid a decrease in efficiency, and high exhaust purification characteristics can be maintained.

図１に本発明の全体システムの一実施例を示す。エンジン１の排気管２に触媒３が設置されている。触媒３はリーン空燃比でのＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒４と理論空燃比でＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣを浄化する三元触媒又は酸化触媒５が配置されている。この両者を切換弁６で運転状態により使いわけるように構成する。リーンＮＯｘ触媒としては例えば、銅−ゼオライト系に金属を担持したものが考えられる。この触媒は一般的に高温，リッチ空燃比で劣化するという特性を持っている。このため、出力運転域，始動暖機時等ではリーンＮＯｘ触媒をバイパスした方が良い場合がある。このため切換弁６を設けている。リーン運転域では、切換弁６を閉じて排気ガスをリーンＮＯｘ触媒に供給するようにする。また、混合気が濃くなるエンジンの出力運転域，始動暖機時には切換弁６を開いて、排気ガスを後流の三元触媒あるいは酸化触媒に供給するようにする。このリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘの転換効率を検出するために、例えば触媒３の前後に排気ガス状態を検出するセンサ７，８を設けている。このセンサ７，８は例えば空気過剰率λ＝１でステップ的に出力が変化する酸素センサや、空気過剰率に比例して出力が変化する空燃比センサでもよい。この両者のセンサの検出値はコントロールユニット９に取り込まれて、その比較結果により触媒の浄化効率あるいは劣化度を推定する。エアクリーナ１０から流入する空気はその量を空気量センサ１１により測定されたあと、電動モータ１２で駆動されるスロットル１３を介してコレクター１４に流入する。その後独立吸気管１５を通りエンジン１に吸入される。吸気ポート部１６には、スワール生成のためのバイパス通路１７と分流弁１８が設けられている。リーン運転領域では、燃焼室内に旋回流つまりスワールを形成し燃焼を改善する必要がある。このため、このようなときは分流弁１８を閉じて空気をバイパス通路１７を通るようにする。空気に偏流が起こるので結果的に燃焼室内にスワールが生成される。燃料は燃料噴射弁１９から供給される。混合気への点火は点火プラグ２０で行われる。エンジンの回転数検出のためのクランク角検出器２１がクランク軸２２に設けられている。 FIG. 1 shows an embodiment of the entire system of the present invention. A catalyst 3 is installed in the exhaust pipe 2 of the engine 1. The catalyst 3 includes a lean NOx catalyst 4 that purifies NOx at a lean air-fuel ratio and a three-way catalyst or an oxidation catalyst 5 that purifies NOx, CO, and HC at a stoichiometric air-fuel ratio. Both of them are configured so as to be selectively used by the switching valve 6 depending on the operating state. As the lean NOx catalyst, for example, a copper-zeolite-supported metal may be considered. This catalyst generally has a characteristic that it deteriorates at a high temperature and a rich air-fuel ratio. For this reason, it may be better to bypass the lean NOx catalyst in the output operation range, at the time of start-up warm-up, or the like. For this reason, a switching valve 6 is provided. In the lean operation region, the switching valve 6 is closed to supply exhaust gas to the lean NOx catalyst. In addition, the switching valve 6 is opened when the engine is operating in an engine operating range where the air-fuel mixture becomes rich, or when the engine is warmed up, so that exhaust gas is supplied to the downstream three-way catalyst or oxidation catalyst. In order to detect the NOx conversion efficiency of the lean NOx catalyst, for example, sensors 7 and 8 for detecting the exhaust gas state are provided before and after the catalyst 3. The sensors 7 and 8 may be, for example, an oxygen sensor whose output changes stepwise when the excess air ratio λ = 1, or an air-fuel ratio sensor whose output changes in proportion to the excess air ratio. The detection values of both sensors are taken into the control unit 9, and the purification efficiency or deterioration degree of the catalyst is estimated from the comparison result. The amount of air flowing in from the air cleaner 10 is measured by the air amount sensor 11 and then flows into the collector 14 via the throttle 13 driven by the electric motor 12. Thereafter, the gas is drawn into the engine 1 through the independent intake pipe 15. The intake port section 16 is provided with a bypass passage 17 and a diversion valve 18 for generating a swirl. In the lean operation region, it is necessary to improve the combustion by forming a swirl flow or swirl in the combustion chamber. For this reason, in such a case, the diversion valve 18 is closed so that air passes through the bypass passage 17. Since drift occurs in the air, a swirl is generated in the combustion chamber as a result. The fuel is supplied from the fuel injection valve 19. The mixture is ignited by the spark plug 20. A crank angle detector 21 for detecting the engine speed is provided on the crankshaft 22.

図２にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘのＮ₂ への転換効率を示した。図２（Ａ）は触媒温度と転換効率の関係を示したものである。この触媒はある温度範囲で高い効率を示す。しかし、この高い効率を示す温度は触媒が劣化すると高温側に移行するという特性がある。この様子を図２（Ｂ）に示す。最高効率を示す温度が走行距離が多くなるつまり劣化するに従って高くなっているのがわかる。また、図３（Ａ）に排気ガス内のＨＣ量と転換効率の関係を示す。ある量のＮＯｘに対してはＨＣ量に最適な値があり、この点になるように
ＨＣ量を制御する方が高い浄化率が得られる。しかし、この最高転換率を示すＨＣ量も図３（Ｂ）に示すように劣化すると変化してしまう。このことから劣化を検出してＨＣ量をそれに応じて変化させる必要がある。 It showed conversion efficiency of the N ₂ in NOx lean NOx catalyst in FIG. FIG. 2A shows the relationship between the catalyst temperature and the conversion efficiency. This catalyst exhibits high efficiency in a certain temperature range. However, this high efficiency temperature has a characteristic that it shifts to the high temperature side when the catalyst deteriorates. This state is shown in FIG. It can be seen that the temperature showing the highest efficiency increases as the mileage increases, that is, deteriorates. FIG. 3A shows the relationship between the amount of HC in the exhaust gas and the conversion efficiency. There is an optimum value for the amount of HC for a certain amount of NOx, and a higher purification rate can be obtained by controlling the amount of HC so that this point is reached. However, the amount of HC indicating the maximum conversion rate also changes when it deteriorates as shown in FIG. Therefore, it is necessary to detect the deterioration and change the HC amount accordingly.

次に、触媒の転換効率，劣化度を検出する方法について説明する。図４（Ａ）に示したように、排気管３内に設置されたリーンＮＯｘ触媒４のエンジン側３０の排気ガス成分は、ＮＯｘ還元に関するもののみをあげるとＮＯｘ，ＨＣ，Ｏ₂ となる。図４（Ｂ）にガスの分子を模式的に示した。窒素はＮ，未燃炭化水素はＨＣ，酸素は○印で示した。触媒上では、ＨＣと酸素が反応して、中間生成物（四角で囲んだＨＣで表示。）となりこれが
ＮＯｘに作用してＮ₂ に分解する。このため、触媒の下流３１の排気ガスはＮ₂，Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂ となり、ＮＯｘは還元されていることがわかる。この場合図４（Ｂ）に示したように、触媒の前後で酸素の濃度が変化する。したがって転換効率の変化を検出する検出法の一例としては、このリーンＮＯｘ触媒前後の酸素濃度を検出する方法が考えられる。 Next, a method for detecting the conversion efficiency and the deterioration degree of the catalyst will be described. As shown in FIG. 4A, the exhaust gas components on the engine side 30 of the lean NOx catalyst 4 installed in the exhaust pipe 3 are NOx, HC, and O ₂ if only those relating to NOx reduction are given. FIG. 4B schematically shows gas molecules. Nitrogen is indicated by N, unburned hydrocarbon is indicated by HC, and oxygen is indicated by ◯. On the catalyst, HC and oxygen react to form an intermediate product (indicated by HC surrounded by a square), which acts on NOx and decomposes into N ₂ . Therefore, it can be seen that the exhaust gas downstream 31 of the catalyst becomes N ₂ , H ₂ O, CO ₂ , and NOx is reduced. In this case, as shown in FIG. 4B, the oxygen concentration changes before and after the catalyst. Therefore, as an example of a detection method for detecting a change in conversion efficiency, a method for detecting the oxygen concentration before and after the lean NOx catalyst can be considered.

図５に検出の原理を示す。図５（Ａ）に示したように酸素濃度を検出するセンサ７，８を触媒の前後に装着する。センサ７，８の構成は、例えばジルコニアの固体電解質３２の両側に白金電極３３ａ，３３ｂが設けられている。この電極のうちの排気ガス側の電極
３３ａの排気側にガスの拡散を律する拡散抵抗体３４が形成されている。電極３３ａを接地側として排気管３等の筺体に接続する構成とする。この場合、もう一方の電極に所定の電位を印加するとこの時の電流値が排気ガス側の酸素濃度に比例するようになる。つまり電流値を検出することによって酸素濃度を測定できる。センサ８の構成，動作原理もセンサ７と同じである。 FIG. 5 shows the detection principle. As shown in FIG. 5A, sensors 7 and 8 for detecting the oxygen concentration are mounted before and after the catalyst. The sensors 7 and 8 have, for example, platinum electrodes 33a and 33b provided on both sides of a solid electrolyte 32 of zirconia. A diffusion resistor 34 that regulates gas diffusion is formed on the exhaust side of the electrode 33a on the exhaust gas side of the electrodes. The electrode 33a is connected to a housing such as the exhaust pipe 3 with the ground side as the ground side. In this case, when a predetermined potential is applied to the other electrode, the current value at this time becomes proportional to the oxygen concentration on the exhaust gas side. That is, the oxygen concentration can be measured by detecting the current value. The configuration and operation principle of the sensor 8 are the same as those of the sensor 7.

図５（Ｂ）に排気ガス組成の模式図を示した。（イ）のように反応前には窒素，ＨＣ，酸素が共存している。しかし、センサ７の電極３３ａ上では、白金の触媒作用でＨＣがほぼ完全に酸化される、このため（ロ）に示したように検出される酸素濃度は、反応した酸素が少なくなっている一点鎖線で囲んだ量となる。一方触媒４の後流では（ハ）に示したように、ＨＣはほぼ完全に反応し、なおかつＮＯｘの還元により分解した酸素があるために、検出される酸素濃度は一点鎖線で囲んだ量となるので（ロ）の状態よりは多くなっている。このため（ロ）（ハ）の一点鎖線で囲んだ酸素量を比較するとわかるように、触媒４の前後で検出される酸素量が異なっている。図５（Ｃ）に示したように酸素量を検出するセンサの信号は、異なった値を示すようになる。 FIG. 5B shows a schematic diagram of the exhaust gas composition. As shown in (a), nitrogen, HC, and oxygen coexist before the reaction. However, on the electrode 33a of the sensor 7, HC is almost completely oxidized by the catalytic action of platinum. Therefore, as shown in (b), the detected oxygen concentration is one point in which the reacted oxygen is reduced. The amount enclosed by a chain line. On the other hand, in the downstream of the catalyst 4, as shown in (c), HC reacts almost completely, and there is oxygen decomposed by the reduction of NOx, so the detected oxygen concentration is the amount enclosed by the one-dot chain line. Therefore, it is more than the state of (b). For this reason, the oxygen amounts detected before and after the catalyst 4 are different, as can be seen by comparing the oxygen amounts surrounded by the alternate long and short dashed lines in (b) and (c). As shown in FIG. 5C, the sensor signal for detecting the oxygen amount shows different values.

図６に劣化度あるいは転換効率の検出の原理を示す。図６（Ａ）は装置の概略である。センサ７，８の電極３３ｂに所定の電圧Ｖを印加する、この時固定抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に流れた電流の電圧降下分をＶ₁ ，Ｖ₂ として差動増幅器３６，３７で検出する。このＶ₁，Ｖ₂ がそれぞれのセンサ７，８の固体電解質３２に流れる電流値すなわち検出される酸素濃度である。このＶ₁，Ｖ₂の差を再び差動増幅器３９で検出する。この差Ｖ₂−Ｖ₁が劣化度に関連する値である。このセンサは、図６（Ｂ）に示したように、酸素濃度によって出力が変化するものなので、触媒４の前後の酸素濃度の差が検出できる。その様子を図６（Ｃ），図６（Ｄ）に示す。Ｖ₂の方が酸素濃度が多い分だけ高い出力となっている。ここで、触媒前のセンサ７の出力Ｖ₁ は空燃比制御に用いることができる。もちろん、触媒後センサ８の出力Ｖ₂ をも併せ空燃比制御に用いてもよい。またここでは、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差を差動増幅器３９で検出しているが、Ｖ₁ ，Ｖ₂ をアナログ−ディジタル変換器で変換しマイクロコンピュータに取り込んで、その差分を演算処理により求めてもよい。その場合のフローチャートを説明する。まず初めに図７は空燃比制御する場合のフローチャートである。まずステップ１００でＶ₁ を測定し、ステップ１１０で図７（Ｂ）に示したような目標空燃比（Ａ／Ｆ）に対するセンサの目標出力Ｖref を、エンジン回転数Ｎと負荷のマップから検索してくる。ステップ１２０でＶ₁とＶref を比較し、Ｖ₁が大きければ現在の空燃比が目標よりリーン側になっていると判断して、ステップ１３０で燃料噴射量Ｔｉを増加して空燃比をリッチ側に移行する。また、Ｖ₁ が小さい場合は、現在の空燃比がリッチ側になっていると判断しステップ１４０でＴｉを減少する。以上のようにＴを決定してステップ１５０で燃料噴射弁１９に出力する。このようにして、転換効率あるいは劣化を検出するセンサを用いて空燃比制御が実現できる。 FIG. 6 shows the principle of detecting the degree of deterioration or conversion efficiency. FIG. 6A is a schematic of the apparatus. A predetermined voltage V is applied to the electrodes 33b of the sensors 7 and 8, and the voltage drops of the current flowing through the fixed resistors R ₁ and R ₂ at this time are detected by the differential amplifiers 36 and 37 as V ₁ and V ₂ . V ₁ and V ₂ are current values flowing through the solid electrolyte 32 of the sensors 7 and 8, that is, the detected oxygen concentration. The difference between V ₁ and V ₂ is detected again by the differential amplifier 39. This difference V ₂ −V ₁ is a value related to the degree of deterioration. As shown in FIG. 6B, the output of this sensor changes depending on the oxygen concentration, so that the difference in oxygen concentration before and after the catalyst 4 can be detected. This is shown in FIGS. 6C and 6D. V _{2 has} a higher output as the oxygen concentration is higher. Here, the output V ₁ of the sensor 7 before the catalyst can be used for air-fuel ratio control. Of course, the output V ₂ of the post-catalyst sensor 8 may also be used for air-fuel ratio control. Here, the difference between V ₁ and V ₂ is detected by the differential amplifier 39, but V ₁ and V ₂ are converted by an analog-digital converter and taken into a microcomputer, and the difference is obtained by arithmetic processing. May be. A flowchart in that case will be described. First, FIG. 7 is a flowchart for air-fuel ratio control. First, at step 100, V ₁ is measured, and at step 110, the target output Vref of the sensor for the target air-fuel ratio (A / F) as shown in FIG. 7B is retrieved from the map of engine speed N and load. Come. Step 120 compares the V ₁ and Vref in, it is determined that the current air-fuel ratio the larger the V ₁ becomes leaner than the target, the rich-side air-fuel ratio by increasing the fuel injection quantity Ti at step 130 Migrate to If V ₁ is small, it is determined that the current air-fuel ratio is on the rich side, and Ti is decreased in step 140. T is determined as described above and output to the fuel injection valve 19 in step 150. In this way, air-fuel ratio control can be realized using a sensor that detects conversion efficiency or deterioration.

次に図８に触媒の劣化を検出するためのフローを示す。ステップ２１０でＶ₁，Ｖ₂を測定し両者の差を演算する。次にステップ２２０でこの差が所定値以下の場合、ステップ
２３０に進み触媒によるＮ₂ の還元作用による酸素の増加分が少なかったと判断し触媒が劣化したと推測する。つまり、劣化と判断しその劣化度を表示する。触媒前後の酸素濃度差、つまりＶ₁，Ｖ₂の差が大きい方が触媒の還元作用が強く、劣化していないことになる。 Next, FIG. 8 shows a flow for detecting deterioration of the catalyst. In step 210, V ₁ and V ₂ are measured and the difference between them is calculated. Next, if this difference is less than or equal to a predetermined value at step 220, the routine proceeds to step 230, where it is determined that the amount of increase in oxygen due to the N ₂ reduction action by the catalyst was small and it is estimated that the catalyst has deteriorated. That is, it is judged that the deterioration has occurred and the degree of deterioration is displayed. The larger the difference in oxygen concentration before and after the catalyst, that is, the greater the difference between V ₁ and V ₂ , the stronger the reducing action of the catalyst, and no deterioration.

図９に精度を向上した劣化判定法を示す。ステップ３００でＶ₁，Ｖ₂の差を計算し、ステップ３１０で触媒温度Ｔｃまたは排気ガス温度がある範囲内になっているかを判定する。これは、図２に示すように、触媒の転換効率は温度に依存するので温度が変わった場合効率の低下と判断する可能性があるためである。このため、いつも所定の温度範囲内にある場合のみ劣化判定を実現するようにする。またこのことは、センサの温度特性を無視できるという意味においても有効である。温度がある範囲内にあると判断した後の劣化判定は図８と同じである。つまり、ステップ３２０でＶ₂−Ｖ₁の差が基準値以下であればステップ３３０で劣化と判定し、更にステップ３４０でこの差に対応した劣化度を表示する。 FIG. 9 shows a deterioration determination method with improved accuracy. In step 300, the difference between V ₁ and V ₂ is calculated, and in step 310, it is determined whether the catalyst temperature Tc or the exhaust gas temperature is within a certain range. This is because, as shown in FIG. 2, the conversion efficiency of the catalyst depends on the temperature, and therefore it may be determined that the efficiency is lowered when the temperature changes. For this reason, deterioration determination is realized only when the temperature is always within a predetermined temperature range. This is also effective in that the temperature characteristics of the sensor can be ignored. The deterioration determination after determining that the temperature is within a certain range is the same as in FIG. That is, if the difference of V ₂ −V ₁ is equal to or smaller than the reference value in step 320, it is determined in step 330 that the deterioration has occurred, and further in step 340, the degree of deterioration corresponding to this difference is displayed.

次に図１０に別の検出法を示す。ここで用いるセンサは図１０（Ｂ）に示すように酸素濃度（空燃比）に対して非線形な出力特性を持つ酸素センサである。このようなセンサの場合は、センサ７，８の排気側の電極４０ａ上に設けられた拡散膜４２は簡単なもので十分である。具体的には図５の拡散膜３４より薄い層でよい。図１０（Ａ）に示した装置では、このような出力が２値形の酸素センサを用いている。このようなセンサでは排気側の電極４０ａを接地し、もう一方の電極４０ｂに発生する電圧（起電力）Ｖ₁，Ｖ₂を検出する。この両者のセンサの電圧の差を基に劣化度を検出する。より具体的には図１０（Ｂ）にあるように排気ガスが理論空燃比よりうすい時のＶ₁，Ｖ₂を測定し、差動増幅器４４で出力値の差を検出するようになっている。しかし、前述したように、マイクロコンピュータに取り込んで両者の差を演算で求めてもよい。この差により触媒の劣化度を推定する。図１０（Ｃ），図１０（Ｄ）にＶ₁，Ｖ₂の出力例を示す。触媒後の出力は図１０（Ｄ）に示したように、ガス中に酸素が相対的に多く含まれているので、図１０（Ｃ）に示した出力値より小さくなっている。このＶ₁，Ｖ₂の差が劣化度に関連した指標となる。 Next, another detection method is shown in FIG. The sensor used here is an oxygen sensor having non-linear output characteristics with respect to the oxygen concentration (air-fuel ratio) as shown in FIG. In the case of such a sensor, a simple diffusion film 42 provided on the exhaust-side electrode 40a of the sensors 7 and 8 is sufficient. Specifically, the layer may be thinner than the diffusion film 34 in FIG. In the apparatus shown in FIG. 10A, such an output uses a binary oxygen sensor. In such a sensor, the exhaust-side electrode 40a is grounded, and the voltages (electromotive forces) V ₁ and V ₂ generated at the other electrode 40b are detected. The degree of deterioration is detected based on the difference in voltage between the two sensors. More specifically, as shown in FIG. 10B, V ₁ and V ₂ when the exhaust gas is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio are measured, and the difference between the output values is detected by the differential amplifier 44. . However, as described above, the difference between the two may be obtained by calculation. The deterioration degree of the catalyst is estimated from this difference. FIGS. 10C and 10D show output examples of V ₁ and V ₂ . As shown in FIG. 10D, the output after the catalyst is smaller than the output value shown in FIG. 10C because the gas contains a relatively large amount of oxygen. The difference between V ₁ and V ₂ is an index related to the degree of deterioration.

図１１に更に別の実施例を示す。この場合は前置触媒５３と後流の後置触媒５４を直列に配置した構成のもので、センサ５０，５１，５２をそれぞれ３個配置した。前置触媒
５３の効率および劣化はセンサ５０，５１で前述した方法で検出する。また、後置触媒
５４の効率および劣化はセンサ５１，５２でまたは、センサ５０，５２で検出するようにする。このような配置にすることにより、複合触媒システムの劣化診断が可能になる。触媒の種類としては前置触媒５３をＮＯｘ還元触媒として後置触媒５４を三元触媒または酸化触媒とする。この場合、ＮＯｘ還元触媒５３の劣化を判断する方法は前述したようにセンサ５０，５１の検出出力を比較することにより行う。また、後置触媒５４の劣化判断にはセンサ５１，５２の信号を使用するか、またはセンサ５０，５２を用いて後置触媒５４の診断をしてもよい。センサ５０，５１，５２の信号はマイクロコンピュータ９に取り込まれ、演算処理される。この場合の制御フローチャートを図１２に示す。ＮＯｘ還元触媒５４はリーン運転域でＮＯｘ浄化の触媒作用を示すので、ステップ４００でリーン運転域を判断してリーン運転域の場合は診断モードを開始する。つまりステップ４１０で触媒
５３の前後のセンサ５０，５１の信号Ｖ₁，Ｖ₂を測定しステップ４２０で劣化度を診断する。この診断は図８，図９のフローチャートを用いる。その後該当触媒の劣化度をステップ４３０で表示する。また、後置触媒の場合はステップ４４０で空気過剰率λ＝１での運転時に劣化を判断する。この運転状態の時にはステップ４５０でセンサ５０，５２の出力Ｖ₁，Ｖ₃を測定し、その信号を基にステップ４６０で劣化を診断する。またこの場合、センサ５１，５２の出力Ｖ₂，Ｖ₃を測定して同様に劣化を判断してもよい。以上のように、複数の触媒を用いる複合触媒システムでは、それぞれの触媒が作用する領域の時にその触媒の効率または劣化を診断する方法がよい。 FIG. 11 shows still another embodiment. In this case, the front catalyst 53 and the rear catalyst 54 are arranged in series, and three sensors 50, 51, 52 are arranged respectively. The efficiency and deterioration of the pre-catalyst 53 are detected by the sensors 50 and 51 by the method described above. Further, the efficiency and deterioration of the rear catalyst 54 are detected by the sensors 51 and 52 or the sensors 50 and 52. With this arrangement, it is possible to diagnose deterioration of the composite catalyst system. As the type of catalyst, the front catalyst 53 is a NOx reduction catalyst, and the rear catalyst 54 is a three-way catalyst or an oxidation catalyst. In this case, the method for determining the deterioration of the NOx reduction catalyst 53 is performed by comparing the detection outputs of the sensors 50 and 51 as described above. Further, the deterioration of the post catalyst 54 may be judged using the signals of the sensors 51 and 52, or the sensors 50 and 52 may be used to diagnose the post catalyst 54. Signals from the sensors 50, 51 and 52 are taken into the microcomputer 9 and processed. A control flowchart in this case is shown in FIG. Since the NOx reduction catalyst 54 exhibits a catalytic action for NOx purification in the lean operation region, the lean operation region is determined in step 400, and in the lean operation region, the diagnosis mode is started. That is, in step 410, the signals V ₁ and V ₂ of the sensors 50 and 51 before and after the catalyst 53 are measured, and in step 420, the degree of deterioration is diagnosed. This diagnosis uses the flowcharts of FIGS. Thereafter, the degree of deterioration of the catalyst is displayed in step 430. In the case of a post-catalyst, in step 440, deterioration is determined during operation at an excess air ratio λ = 1. In this operating state, the outputs V ₁ and V ₃ of the sensors 50 and 52 are measured at step 450, and deterioration is diagnosed at step 460 based on the signals. In this case, the deterioration may be similarly determined by measuring the outputs V ₂ and V ₃ of the sensors 51 and 52. As described above, in a composite catalyst system using a plurality of catalysts, a method of diagnosing the efficiency or deterioration of the catalyst in a region where each catalyst acts is preferable.

図１３に更に別の実施例を示した。この場合は、複数の触媒が並列に配置されている。触媒５５，５６は並列に配置されており、負荷や電動で動作するアクチュエータ５８で駆動される切換弁５７で運転状態に応じて選択的にガスを流す触媒を選択する。例えば、触媒５６に排気ガスが流れるように切換弁５７Ａが開かれていると、触媒５５には排気ガスが流れないように切換弁５７Ｂが閉じている。この場合は、触媒５６が動作すべき運転状態の時に、センサ５８，５９の信号を基に触媒５６の効率や劣化を判断する。また、切換弁５７Ａ，５８Ｂを回転することにより、触媒５５にガスが流れるようにした場合は、触媒５６にはガスが流れなくなる。この場合は、触媒５５の動作すべき運転状態の時にセンサ５８，５９の信号を基に触媒５５の効率や劣化を判断する。アクチュエータ５８の動作、センサ５８，５９の信号の取り込み、演算はマイクロコンピュータ９で行う。 FIG. 13 shows still another embodiment. In this case, a plurality of catalysts are arranged in parallel. The catalysts 55 and 56 are arranged in parallel, and a catalyst for selectively flowing a gas is selected by a switching valve 57 driven by a load or an electrically operated actuator 58 according to an operating state. For example, when the switching valve 57A is opened so that the exhaust gas flows through the catalyst 56, the switching valve 57B is closed so that the exhaust gas does not flow through the catalyst 55. In this case, the efficiency and deterioration of the catalyst 56 are determined based on signals from the sensors 58 and 59 when the catalyst 56 is in an operating state in which it should operate. Further, when the gas flows through the catalyst 55 by rotating the switching valves 57A and 58B, the gas does not flow through the catalyst 56. In this case, the efficiency and deterioration of the catalyst 55 are determined based on the signals of the sensors 58 and 59 when the catalyst 55 is in an operating state in which it should operate. The microcomputer 9 performs the operation of the actuator 58, the acquisition of signals from the sensors 58 and 59, and the calculation.

その場合のフローチャートを図１４に示す。図１３の触媒の一方をＮＯｘ還元触媒、もう一方を三元触媒あるいは酸化触媒とした場合について説明する。まずステップ５００でリーン運転域かどうかを判断し、リーン運転域の場合はステップ５１０で切換弁５７Ａを動作させＮＯｘ還元触媒に排ガスを供給する。その後条件が成立したらステップ５２０でセンサ５８，５９の信号を測定してステップ５３０でＮＯｘ触媒用の劣化診断を行いステップ５４０で診断結果を表示する。 A flowchart in that case is shown in FIG. The case where one of the catalysts in FIG. 13 is a NOx reduction catalyst and the other is a three-way catalyst or an oxidation catalyst will be described. First, in step 500, it is determined whether or not the engine is in the lean operation region. If the operation is in the lean operation region, the switching valve 57A is operated in step 510 to supply exhaust gas to the NOx reduction catalyst. After that, if the condition is satisfied, the signals of the sensors 58 and 59 are measured at step 520, the deterioration diagnosis for the NOx catalyst is performed at step 530, and the diagnosis result is displayed at step 540.

また、リーン運転以外の場合はステップ５５０で切換弁５７Ａを閉じ、逆に切換弁57Ｂを開くように切り換えて三元触媒に排気ガスを流すようにする。その後、ステップ５６０で理論空燃比λ＝１の運転状態であるかどうかを判断し、λ＝１の場合はステップ５７０でセンサ５８，５９の信号を測定してステップ５８０で三元触媒用の劣化診断を行い、その後ステップ５４０で診断結果を表示する。 In cases other than the lean operation, the switching valve 57A is closed at step 550, and conversely, the switching valve 57B is opened so that the exhaust gas flows through the three-way catalyst. Thereafter, in step 560, it is determined whether or not the engine is operating at the theoretical air-fuel ratio λ = 1. Diagnosis is performed, and then the diagnosis result is displayed in step 540.

図１５に更に別の方法を示した。センサ６１の一方に触媒６０の上流のガスを導き、もう一方の面に触媒下流のガスを導くように構成し、一個のセンサで触媒前後のガス中の酸素濃度の差を検出するようにしている。ここで、排気管３のガスのほとんどは触媒に流れる。しかし、その一部は通路６２を流れてセンサ６１の一方側に設けられたチャンバ６３に導かれる。そのガスは、触媒の前流に設けたベンチュリ６５の吸引作用で、通路６２，チャンバ６３，通路６４と流れる。 FIG. 15 shows still another method. The gas upstream of the catalyst 60 is guided to one of the sensors 61 and the gas downstream of the catalyst is guided to the other surface, and the difference in oxygen concentration in the gas before and after the catalyst is detected by one sensor. Yes. Here, most of the gas in the exhaust pipe 3 flows to the catalyst. However, a part of the fluid flows through the passage 62 and is guided to a chamber 63 provided on one side of the sensor 61. The gas flows through the passage 62, the chamber 63, and the passage 64 by the suction action of the venturi 65 provided in the upstream of the catalyst.

一方センサ６１の排気管側には、触媒６０の後流のガスが導かれる。このセンサ６１の構造を図１５（Ｂ）に示す。センサの左側には触媒上流のガスが導かれ、右側には触媒後流のガスが導かれるようにする。このセンサはジルコニアの固体電解質６６の両側に白金の電極６７ａ，６７ｂが設けられており、さらにその外側には多孔質の保護膜６８ａ，
６８ｂが設けられている。固体電解質６６の両側とも触媒作用があり、ＨＣを酸化させることができる。このようにすることにより、固体電解質６６では酸化した後の残存酸素を検出することになる。この場合両側の酸素濃度の差を検出すればよいので、酸素濃淡電池である固体電解質は好都合である。更に、一方側の電極６７ｂを接地し、もう一方の電極６７ａの電位を測定すれは、その検出値は酸素の濃度差を示すことになる。この測定した電位はマイクロコンピュータ９に取り込んで処理される。 On the other hand, the downstream gas of the catalyst 60 is guided to the exhaust pipe side of the sensor 61. The structure of this sensor 61 is shown in FIG. The gas upstream of the catalyst is led to the left side of the sensor, and the gas downstream of the catalyst is led to the right side. In this sensor, platinum electrodes 67a and 67b are provided on both sides of a solid electrolyte 66 of zirconia, and a porous protective film 68a,
68b is provided. Both sides of the solid electrolyte 66 have a catalytic action and can oxidize HC. By doing so, the solid electrolyte 66 detects residual oxygen after oxidation. In this case, a solid electrolyte that is an oxygen concentration cell is advantageous because it is only necessary to detect the difference in oxygen concentration between the two sides. Furthermore, if the electrode 67b on one side is grounded and the potential of the other electrode 67a is measured, the detected value indicates a difference in oxygen concentration. The measured potential is taken into the microcomputer 9 and processed.

センサ６１の更に具体的構成を図１６に示す。保護管７０の中にセンサが配置されている。触媒後流の排気ガス側の電極６７ｂは絶縁材７１にプリントされた導線を介して保護管７０により接地される。また、もう一方の触媒前流の排気ガス側の電極６７ａはコネクタ部６９から外部に導かれる。センサ本体は排気管７２に固定的に捩じ込まれる。このような構成にすることにより、触媒前後の排気ガスをセンサのそれぞれの面に導くことができる。このセンサは酸素濃淡電池なのでセンサの両側の酸素濃度の差によって、図１６
（Ｂ）のような特性を示す。センサが劣化しない場合は、図５に示したようにＮＯｘの酸素が還元されるので、触媒後流の排ガス中の酸素濃度が大きくなる。センサの両側の酸素濃度差が大きい場合は、（イ）のようにセンサの出力は低くなる。一方、両側の酸素濃度差が小さい場合は、固体電解質６６に起電力が発生し（ロ）のように出力は大きくなる。このため、図１６（Ｃ）に示したように経過時間がたつにつれて、センサの出力は大きくなる。これを検出すれば、触媒の劣化を検出できる。このように、一個のセンサで検出すると、検出面が温度的に同一になっているので検出の温度依存性が少なくなり、検出精度が向上する。 A more specific configuration of the sensor 61 is shown in FIG. A sensor is disposed in the protective tube 70. The exhaust gas side electrode 67 b in the catalyst downstream is grounded by the protective tube 70 through a conductive wire printed on the insulating material 71. Further, the other electrode 67a on the exhaust gas side upstream of the catalyst is led to the outside from the connector portion 69. The sensor body is fixedly screwed into the exhaust pipe 72. With this configuration, the exhaust gas before and after the catalyst can be guided to each surface of the sensor. Since this sensor is an oxygen concentration cell, the difference in oxygen concentration on both sides of the sensor causes a difference in FIG.
The characteristic as shown in (B) is shown. If the sensor does not deteriorate, the oxygen concentration of NOx is reduced as shown in FIG. 5, so that the oxygen concentration in the exhaust gas behind the catalyst increases. When the difference in oxygen concentration on both sides of the sensor is large, the output of the sensor is low as shown in (a). On the other hand, when the difference in oxygen concentration between the two sides is small, an electromotive force is generated in the solid electrolyte 66, and the output increases as shown in (b). For this reason, as shown in FIG. 16C, the output of the sensor increases as the elapsed time passes. If this is detected, deterioration of the catalyst can be detected. As described above, when detection is performed by one sensor, the detection surfaces are the same in temperature, so that temperature dependency of detection is reduced, and detection accuracy is improved.

図１７に検出のフローチャートを示す。まずステップ６００でリーン運転域かどうか判断し、さらにリーン運転の場合はステップ６１０で排気ガス温度Ｔｇがある所定値内にあるかどうかを判断する。温度がある所定値の範囲内になっている場合はセンサも活性化されているし、触媒の温度依存性を回避することができる。このようにセンサが活性化する温度のみを選ぶことによりセンサにヒータを設ける必要がなくなる。その後、ステップ
６２０でセンサの出力を測定し、ステップ６３０で劣化度を判定する。この判定法は、検出したセンサの出力値がある基準値以上かあるいは以下かを判定することで行える。そしてステップ６４０で劣化度を判定してその度合い表示する。 FIG. 17 shows a detection flowchart. First, in step 600, it is determined whether or not the engine is in the lean operation region. In the case of lean operation, it is determined in step 610 whether or not the exhaust gas temperature Tg is within a predetermined value. When the temperature is within a predetermined range, the sensor is also activated, and the temperature dependence of the catalyst can be avoided. Thus, by selecting only the temperature at which the sensor is activated, it is not necessary to provide a heater in the sensor. Thereafter, the output of the sensor is measured in step 620, and the degree of deterioration is determined in step 630. This determination method can be performed by determining whether the output value of the detected sensor is greater than or less than a reference value. In step 640, the degree of deterioration is determined and the degree is displayed.

図１８に更に別の実施例を示す。リーン運転時には、切換弁６を閉じることにより排気ガスはＮＯｘ還元触媒４に流れ、その後流にある三元触媒５に流れる。 FIG. 18 shows still another embodiment. During the lean operation, the exhaust gas flows to the NOx reduction catalyst 4 by closing the switching valve 6 and then flows to the three-way catalyst 5 in the downstream.

この時、切換弁６を多少ガスが漏れるように作っておき、図１６（Ａ）に示すようなセンサ７３に触媒４に上流のガスが流れるようにする。また、センサ７３のもう一方の面には触媒４を通ったガスが流れるようになっている。センサの信号はマイクロコンピュータ９に取り込まれて演算処理される。また、切換弁６を開くと排気ガスはＮＯｘ還元触媒４には流れずに三元触媒にのみ流れるようになる。 At this time, the switching valve 6 is made so that some gas leaks, and the upstream gas flows to the catalyst 4 through the sensor 73 as shown in FIG. Further, the gas that has passed through the catalyst 4 flows on the other surface of the sensor 73. Sensor signals are taken into the microcomputer 9 and processed. When the switching valve 6 is opened, the exhaust gas does not flow to the NOx reduction catalyst 4 but flows only to the three-way catalyst.

図１９に別の実施例を示す。ここでは、切換弁６の上流に図１６（Ａ）に示すようなセンサ７３を配置する。この切換弁６は、マイクロコンピュータ９の指令により駆動装置
７４を介して駆動される。センサ７３には触媒前後のガスが導かれるようになる。切換弁６の位置をセンサ７３の後流に持ってきたのは、センサ７３の触媒前流側の面に触媒４後流のガスが流れ込まないようにするためである。 FIG. 19 shows another embodiment. Here, a sensor 73 as shown in FIG. 16A is arranged upstream of the switching valve 6. The switching valve 6 is driven via a driving device 74 according to a command from the microcomputer 9. Gas before and after the catalyst is led to the sensor 73. The reason why the position of the switching valve 6 is brought to the downstream of the sensor 73 is to prevent the gas downstream of the catalyst 4 from flowing into the surface of the sensor 73 on the upstream side of the catalyst.

図２０に更に別の実施例を示した。リーン運転時は切換弁７５を開いて排気ガスをNOx還元触媒４に流す。この場合、センサ７８の触媒４の後流の排気ガス面には触媒後流のガスが流れるようになる。しかし、切換弁７５からはガスが少し排気管７６の方に流れるので、センサ７８の触媒４の前流排気ガス面には触媒上流のガスが流れるようになっている。リーン運転以外の運転状態では切換弁７５を点線のように切り換えて排気ガスを排気管７６の方に流す。排気管７６には三元触媒５が配置されている。このような構成でも一個のセンサで触媒の劣化を検出できる。 FIG. 20 shows still another embodiment. During the lean operation, the switching valve 75 is opened to allow the exhaust gas to flow through the NOx reduction catalyst 4. In this case, the catalyst downstream gas flows on the exhaust gas surface downstream of the catalyst 4 of the sensor 78. However, since gas slightly flows from the switching valve 75 toward the exhaust pipe 76, gas upstream of the catalyst flows on the upstream exhaust gas surface of the catalyst 4 of the sensor 78. In an operation state other than the lean operation, the switching valve 75 is switched as indicated by a dotted line, and the exhaust gas flows toward the exhaust pipe 76. A three-way catalyst 5 is disposed in the exhaust pipe 76. Even in such a configuration, the deterioration of the catalyst can be detected by one sensor.

次に触媒の劣化および効率を検出した後に効率を向上させるためのエンジン制御法について説明する。図２１はそのシステムの全体面である。触媒４の前後にセンサ７，８が取り付けられている。また、ガスの温度を検出するセンサ８０が排気管に取り付けられている。触媒の劣化をセンサ７，８の出力から判断したあとに、図２で示したように、効率が最高となる温度，ＨＣ濃度に制御する必要がある。このための方法について説明する。温度を制御する方法としては、一つとしてエンジン１の冷却水８６の循環を制御する方法がある。制御弁８７により冷却水の循環量を少なくするとエンジン１の燃焼温度が上がって排気温度が上昇する。つまり触媒４が劣化したと判断されたら冷却水の循環を制御して排気ガス温度を上昇させ、効率の低下を防止する。また、温度を制御する別の方法は、点火装置８４，点火プラグ２０による点火時期を制御することが考えられる。点火時期を遅らせると排気温度は上昇する。つまり、触媒が劣化したら点火時期を多少遅らせて排気温度を上昇させ効率の低下を防止する。また、劣化により要求ＨＣ量が変化するので、劣化した場合はＨＣ量を増加しなければならない。その方法を次に説明する。噴射弁１９の燃料噴射タイミングを変化させるとＨＣ排出量が変化するので、劣化した場合はコントローラ９により設定燃料噴射タイミングを変化させる。さらに、噴射弁１９が気流により燃料を微粒化するエアアシスト噴射弁の場合は、アシストエアを減量するか停止すると燃料の微粒化が悪くなるので、ＨＣ排出量が増加する。また、分流弁１８が閉じてスワール通路
１７を吸気を通すようにすると燃焼室内に旋回流が生成され燃料が改善される。このため、分流弁１８を半開きにすることにより、スワール通路１７以外を通る空気を増加させることにより、燃焼を悪化させる。このことによりＨＣ排出量が増大する。 Next, an engine control method for improving the efficiency after detecting the deterioration and efficiency of the catalyst will be described. FIG. 21 is an overall view of the system. Sensors 7 and 8 are attached before and after the catalyst 4. A sensor 80 for detecting the gas temperature is attached to the exhaust pipe. After judging the deterioration of the catalyst from the outputs of the sensors 7 and 8, as shown in FIG. 2, it is necessary to control the temperature and the HC concentration so that the efficiency becomes maximum. A method for this will be described. One method for controlling the temperature is to control the circulation of the cooling water 86 of the engine 1. When the circulation amount of the cooling water is reduced by the control valve 87, the combustion temperature of the engine 1 rises and the exhaust temperature rises. That is, when it is determined that the catalyst 4 has deteriorated, the circulation of the cooling water is controlled to raise the exhaust gas temperature, thereby preventing the efficiency from being lowered. Another method for controlling the temperature is to control the ignition timing by the ignition device 84 and the spark plug 20. When the ignition timing is delayed, the exhaust temperature rises. That is, if the catalyst deteriorates, the ignition timing is delayed somewhat to raise the exhaust temperature and prevent the efficiency from being lowered. Further, since the required HC amount changes due to deterioration, the HC amount must be increased when it deteriorates. The method will be described next. When the fuel injection timing of the injection valve 19 is changed, the HC emission amount changes. Therefore, if the fuel injection timing is deteriorated, the controller 9 changes the set fuel injection timing. Further, in the case where the injection valve 19 is an air assist injection valve that atomizes the fuel by the air flow, if the assist air is reduced or stopped, the atomization of the fuel becomes worse, and the HC emission amount increases. Further, when the diversion valve 18 is closed and the swirl passage 17 is allowed to pass the intake air, a swirling flow is generated in the combustion chamber, and the fuel is improved. For this reason, by making the shunt valve 18 half open, the air passing through other than the swirl passage 17 is increased, thereby deteriorating combustion. This increases the HC emission amount.

さらに、冷却水の循環量を多くしエンジンを冷却するとＨＣ排出量が増加する。また、点火時期を早めてもＨＣ排出量は増加するので、触媒が劣化したらその劣化の度合いに応じて点火時期を早めてもよい。また、排気側でも触媒温度，ＨＣ排出量を増大することができる。燃料タンク８２内の上部に溜っている燃料の気化分をポンプ８３などで触媒上流の排気管に供給する。気化燃料はＨＣなので、触媒に供給することで触媒の効率を向上することができる。さらに、気化燃料は軽質のＨＣなので燃焼しやすく、燃焼することによって触媒温度が上昇する。 Furthermore, if the circulation amount of the cooling water is increased and the engine is cooled, the HC emission amount increases. Further, since the amount of HC emission increases even if the ignition timing is advanced, the ignition timing may be advanced according to the degree of deterioration when the catalyst deteriorates. Further, the catalyst temperature and the HC emission amount can be increased on the exhaust side. The fuel vaporized in the upper part of the fuel tank 82 is supplied to the exhaust pipe upstream of the catalyst by a pump 83 or the like. Since the vaporized fuel is HC, the efficiency of the catalyst can be improved by supplying it to the catalyst. Furthermore, since the vaporized fuel is light HC, it is easy to burn, and the catalyst temperature rises by burning.

温度を上昇させる別の方法として、触媒を電気ヒータ８８で加熱する方法がある。コントローラ９からの信号により駆動回路８１でヒータに電気を供給する。ヒータが加熱され、触媒温度は上昇し効率は向上する。このヒータは触媒の担体を導電性の材料で作って、電気を流すようにしてもよい。 As another method for increasing the temperature, there is a method in which the catalyst is heated by the electric heater 88. Electricity is supplied to the heater by the drive circuit 81 according to a signal from the controller 9. As the heater is heated, the catalyst temperature rises and the efficiency is improved. In this heater, the catalyst carrier may be made of a conductive material so that electricity flows.

図２２に触媒の温度を変える別の方法を示した。これは排気管３に燃焼器を設けた構成を採用しているもので、点火装置のための駆動回路９０からの電圧で点火プラグ９１で火花が形成される。燃料噴射弁９２から燃料が燃焼器９３内に噴射される。また、燃焼器
９３にはポンプ９４で空気を供給する。チャンバ９３に噴射された燃料は、点火プラグ
９１により着火されて触媒前の排気管内に火炎が形成される。この火炎により触媒の温度が上昇する。また、図中には電気ヒータ８８の構成も示されている。触媒４の外側を包むようにして電気ヒータ８８を構成することにより触媒を加熱することができる。尚、それぞれの方法は、組み合わせてもよいがそれぞれ独立でもよい。つまり、どれか一つの方法のみでも成立する。 FIG. 22 shows another method for changing the temperature of the catalyst. This employs a configuration in which a combustor is provided in the exhaust pipe 3, and a spark is formed by the spark plug 91 with the voltage from the drive circuit 90 for the ignition device. Fuel is injected from the fuel injection valve 92 into the combustor 93. Air is supplied to the combustor 93 by a pump 94. The fuel injected into the chamber 93 is ignited by the spark plug 91, and a flame is formed in the exhaust pipe before the catalyst. This flame raises the temperature of the catalyst. Further, the configuration of the electric heater 88 is also shown in the drawing. The catalyst can be heated by configuring the electric heater 88 so as to wrap the outside of the catalyst 4. In addition, although each method may be combined, each may be independent. In other words, only one of the methods is valid.

図２３に制御のフローチャートを示す。ステップ７１０で触媒の劣化度を検出したら、ステップ７２０でその劣化度に応じてＨＣの増減が必要かを判断する。必要と判断された場合はステップ７３０で劣化度に応じてＨＣの増減量を決定する。その後、ステップ740で図２１，図２２に示したＨＣ増減手段のどれか一つまたはいくつかを組み合わせて触媒へのＨＣ供給量を増減する。一般的にＮＯｘ還元触媒が劣化した場合は、その効率を確保するために触媒へのＨＣ供給量は増加させる必要がある。尚、ステップ７１０で、触媒の劣化度を検出したら、ステップ７５０でその劣化度を表示する。 FIG. 23 shows a control flowchart. If the degree of deterioration of the catalyst is detected in step 710, it is determined in step 720 whether increase or decrease of HC is necessary according to the degree of deterioration. If it is determined that it is necessary, an increase / decrease amount of HC is determined in step 730 according to the degree of deterioration. Thereafter, in step 740, the amount of HC supplied to the catalyst is increased or decreased by combining any one or some of the HC increasing / decreasing means shown in FIGS. Generally, when the NOx reduction catalyst is deteriorated, it is necessary to increase the amount of HC supplied to the catalyst in order to ensure its efficiency. If the degree of deterioration of the catalyst is detected in step 710, the degree of deterioration is displayed in step 750.

図２４に触媒の温度を変更させるための制御フローを示す。ステップ８００で触媒の劣化度を検出したら劣化度を表示するとともに、ステップ８１０で触媒動作温度を変更する必要があるかどうか判断する。必要と判断するとステップ８２０で温度変化量を決定したら、ステップ８３０で図２１，図２２に示した温度変更手段のどちらか一つまたはいくつかを組み合わせて触媒の温度を変更する。その後、ステップ８４０で所定温度になったかどうかを判断し、所定温度になったらフローを終わる。 FIG. 24 shows a control flow for changing the temperature of the catalyst. If the degree of deterioration of the catalyst is detected in step 800, the degree of deterioration is displayed, and in step 810, it is determined whether it is necessary to change the catalyst operating temperature. If it is determined that it is necessary, if the temperature change amount is determined in step 820, the temperature of the catalyst is changed in step 830 by combining one or several of the temperature changing means shown in FIGS. Thereafter, in step 840, it is determined whether or not the predetermined temperature is reached. When the predetermined temperature is reached, the flow ends.

図２５に触媒の転換効率が常に最高の状態になるように制御する方法のフローを示す。まずステップ９００でリーン運転域かどうかを判断し、リーン運転の場合は次にステップ９１０で定常運転かどうかを判断する。リーン運転中で定常運転の場合は、ステップ920で触媒の効率を測定するセンサの信号をリードし、ステップ９３０で触媒の転換効率を見積もる。次にステップ９４０で効率が低くなっている場合は、ステップ９５０で触媒温度，ＨＣ供給量をかえる効率変更変手段によりそれぞれのパラメータを制御する。その後、ステップ９６０で効率が向上したかどうか判断し、向上した場合はパラメータを変更したままにして終了し、また、効率が向上しなかったら、ステップ９７０でパラメータを変更しないまえの状態に戻して終わる。このようにすることにより、常に転換効率のよい状態でエンジンを運転することができる。 FIG. 25 shows a flow of a method for controlling so that the conversion efficiency of the catalyst is always in the highest state. First, at step 900, it is determined whether or not the vehicle is in the lean operation range. If the operation is lean, then at step 910, it is determined whether or not the operation is steady. In the case of lean operation and steady operation, a sensor signal for measuring the efficiency of the catalyst is read in Step 920, and the conversion efficiency of the catalyst is estimated in Step 930. Next, when the efficiency is low in step 940, the respective parameters are controlled by the efficiency change changing means for changing the catalyst temperature and the HC supply amount in step 950. Thereafter, in step 960, it is determined whether or not the efficiency has been improved. If the efficiency has been improved, the process is terminated with the parameter changed. End. By doing in this way, an engine can always be operated in the state where conversion efficiency is good.

図２６に効率，劣化度の別の検出法を示す。図２６（Ａ）において触媒４前後のセンサ７，８の出力信号の変動幅ΔＶを比較するものである。図２６（Ｂ），図２６（Ｃ）に示すように触媒４の上流の酸素濃度が変動している場合、その変動の状況はセンサ７の変動幅ΔＶ₁ の大きさでわかる。触媒が新しい場合は、ＮＯｘ還元の反応が活発なために触媒４後流の酸素濃度も大きく変動する。しかし、触媒が劣化してくるとＮＯｘの還元作用が鈍くなるので、酸素濃度の変化はあまりなくなる。そこで、触媒４後流のセンサ８の出力信号の変動幅ΔＶ₂ が小さくなる。この変動幅の変化を検出して、触媒の劣化度を検出する。そのフローチャートを図２７に示す。ステップ１０００でリーン運転域でかどうか判定し、リーン運転域で触媒が所定温度域であるとステップ１０１０で判定すると、ステップ１０２０でΔＶ₁，ΔＶ₂を検出して計算する。その後ステップ１０３０でΔＶ₂／ΔＶ₁を計算する。次にステップ１０４０でこの値が所定値以下の場合は効率が低下したと判断し、ステップ１０５０で劣化度表示を行うと共にステップ１０６０で効率向上手段を動作させる。尚、効率を判断する場合は、効率向上手段の制御を省略することができる。 FIG. 26 shows another method for detecting the efficiency and the degree of deterioration. In FIG. 26A, the fluctuation range ΔV of the output signals of the sensors 7 and 8 before and after the catalyst 4 is compared. As shown in FIGS. 26B and 26C, when the oxygen concentration upstream of the catalyst 4 is fluctuating, the fluctuation state can be understood by the magnitude of the fluctuation width ΔV ₁ of the sensor 7. When the catalyst is new, since the NOx reduction reaction is active, the oxygen concentration in the downstream of the catalyst 4 also varies greatly. However, since the NOx reduction action becomes dull as the catalyst deteriorates, the change in the oxygen concentration is not much. Therefore, the fluctuation range ΔV ₂ of the output signal of the sensor 8 downstream of the catalyst 4 becomes small. A change in the fluctuation range is detected to detect the degree of deterioration of the catalyst. The flowchart is shown in FIG. In step 1000, it is determined whether or not the engine is in the lean operation range, and if it is determined in step 1010 that the catalyst is in the predetermined temperature range, ΔV ₁ and ΔV ₂ are detected and calculated in step 1020. Thereafter, in step 1030, ΔV ₂ / ΔV ₁ is calculated. Next, in step 1040, if this value is less than or equal to the predetermined value, it is determined that the efficiency has decreased, and the deterioration degree is displayed in step 1050 and the efficiency improving means is operated in step 1060. When determining the efficiency, the control of the efficiency improvement means can be omitted.

図２８に更に別の劣化度，効率の検出手段を示す。図２８（Ａ）においてエンジン１に供給される空燃比を、燃料噴射弁１９の噴射量，スロットル開度を故意に変えることにより変化させて、その時の触媒４の前後のセンサ７，８の信号の挙動の差から触媒の劣化度を検出する。図２８（Ｂ）に示したように、空燃比をステップ的に変化させた場合、センサ７，８の出力もステップ的に変化する。しかし、触媒が劣化している場合には、触媒前後のセンサ７，８の応答の違いが、劣化していない場合に比べ変化して来る。例えば、図中の実線は空燃比に対して線形な出力を示すセンサの挙動を示したものであるが、応答の時定数τの違いが劣化すると大きくなる。また、点線は通常の酸素センサの出力の挙動を示したものであるが、ここでも応答の時定数τの違いが劣化すると大きくなる。図２８
（Ｃ）は供給側の空燃比をランダムもしくはある規則に従って変化させる。この時のセンサ７，８の信号の変化の相関性から触媒の劣化度を検出する。センサ８の信号がセンサ７の信号に比べて大きく崩れて（鈍って）いる場合は、触媒が劣化していると判断できる。その時のフローチュートを図２９に示す。ステップ１１００でリーン運転域及び定常運転と判断すると、ステップ１１１０で触媒が所定温度域か判断する。次にこれを満足するとステップ１１２０でエンジンへの供給空燃比を変更する。次にステップ１１３０でこの時の触媒前後のセンサの信号Ｖ₁，Ｖ₂の変化時間τの挙動の違いから、図２８に示した方法で触媒の劣化度を検出する。ステップ１１４０で劣化している場合は、ステップ１１５０で劣化度を表示し、次にステップ１１６０で図２１，図２２に示した効率を向上する手段を動作させる。 FIG. 28 shows still another means for detecting deterioration and efficiency. In FIG. 28A, the air-fuel ratio supplied to the engine 1 is changed by deliberately changing the injection amount of the fuel injection valve 19 and the throttle opening, and the signals of the sensors 7 and 8 before and after the catalyst 4 at that time. The deterioration degree of the catalyst is detected from the difference in the behavior of the catalyst. As shown in FIG. 28B, when the air-fuel ratio is changed stepwise, the outputs of the sensors 7, 8 also change stepwise. However, when the catalyst is deteriorated, the difference in response between the sensors 7 and 8 before and after the catalyst changes compared to the case where the catalyst is not deteriorated. For example, the solid line in the figure shows the behavior of the sensor showing a linear output with respect to the air-fuel ratio, but becomes larger when the difference in response time constant τ deteriorates. The dotted line indicates the behavior of the output of a normal oxygen sensor, but here also increases as the difference in response time constant τ deteriorates. FIG.
(C) changes the air-fuel ratio on the supply side at random or according to a certain rule. The degree of catalyst deterioration is detected from the correlation of the signal changes of the sensors 7 and 8 at this time. When the signal of the sensor 8 is greatly broken (dull) compared to the signal of the sensor 7, it can be determined that the catalyst has deteriorated. FIG. 29 shows a flow tutorial at that time. If it is determined in step 1100 that the engine is in a lean operation region and a steady operation, it is determined in step 1110 whether the catalyst is in a predetermined temperature region. Next, when this is satisfied, the air-fuel ratio supplied to the engine is changed at step 1120. Next, in step 1130, the deterioration degree of the catalyst is detected by the method shown in FIG. 28 from the difference in behavior of the change times τ of the sensor signals V ₁ and V ₂ before and after the catalyst. If it has deteriorated in step 1140, the degree of deterioration is displayed in step 1150, and then in step 1160, the means for improving efficiency shown in FIGS. 21 and 22 is operated.

全体のシステム図。Overall system diagram. 触媒の転換効率の特性図。The characteristic figure of the conversion efficiency of a catalyst. 触媒の転換効率の特性図。The characteristic figure of the conversion efficiency of a catalyst. 触媒浄化の原理を説明する図。The figure explaining the principle of catalyst purification. 本発明の劣化検出の原理を説明する図。The figure explaining the principle of the deterioration detection of this invention. 本発明の検出方法の概要図。The schematic diagram of the detection method of the present invention. 本発明のフローチャート。The flowchart of this invention. 本発明のフローチャート。The flowchart of this invention. 本発明のフローチャート。The flowchart of this invention. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 本発明の他の検出装置の概要図。The schematic diagram of the other detection apparatus of this invention. 図１１の制御のフローチャート。12 is a flowchart of control in FIG. 本発明の他の検出装置の概要図。The schematic diagram of the other detection apparatus of this invention. 図１３の制御のフローチャート。14 is a flowchart of control in FIG. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 図１５の検出用センサの構成図。The block diagram of the sensor for a detection of FIG. 図１５の制御のフローチャート。FIG. 16 is a flowchart of the control of FIG. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 全体のシスシム図。Overall system diagram. 全体のシスシム図。Overall system diagram. 図２１，図２２の制御のフローチャート。The flowchart of control of FIG. 21, FIG. 図２１，図２２の制御のフローチャート。The flowchart of control of FIG. 21, FIG. 図２１，図２２の制御のフローチャート。The flowchart of control of FIG. 21, FIG. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 図２６の制御のフローチャート。The flowchart of control of FIG. 本発明の他の検出方法の概要図。The schematic diagram of the other detection method of this invention. 図２８の制御のフローチャート。FIG. 29 is a flowchart of control in FIG. 28. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

４…ＮＯｘ還元触媒または三元触媒、５…三元または酸化触媒、７，８…センサ、９…コントロールユニット、１７…スワール生成通路、３２…固体電解質、３４…拡散抵抗体、５０，５１，５２…センサ、５７…排気切換弁、８２…燃料タンク、８８…ヒータ、
９１…点火プラグ、９２…燃料噴射弁。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... NOx reduction catalyst or three way catalyst, 5 ... Three way or oxidation catalyst, 7, 8 ... Sensor, 9 ... Control unit, 17 ... Swirl production path, 32 ... Solid electrolyte, 34 ... Diffusion resistor, 50, 51, 52 ... Sensor, 57 ... Exhaust gas switching valve, 82 ... Fuel tank, 88 ... Heater,
91 ... Spark plug, 92 ... Fuel injection valve.

Claims

リーン内燃機関の排気管に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備えたリーン燃焼内燃機関の排ガス浄化触媒を評価する装置であって、
内燃機関がリーン運転中であるかを判断する手段と、
前記触媒が所定温度域であるかを判断する手段とを有し、
リーン運転中であると判断すると共に所定温度域であると判断したときに触媒評価を開始する手段と、
リーン運転中に空燃比を変化させる空燃比変化手段と、
前記空燃比変化手段により空燃比を変化させたときの排気ガス状態をセンサを用いて検出し、前記検出された結果に基づいて、前記触媒の効率又は劣化を診断する手段とを備えるとともに、
前記触媒の評価を行い、その結果、浄化効率が低下していると判断されたとき、アシストエア噴射弁のアシストエア量、又は、スワール通路流量の少なくともいずれかを制御することにより、前記触媒へ供給されるＨＣの量を増加するようにしたことを特徴とする排ガス浄化触媒評価装置。 An apparatus for evaluating an exhaust gas purification catalyst of a lean combustion internal combustion engine provided with a lean NOx catalyst provided in an exhaust pipe of a lean internal combustion engine,
Means for determining whether the internal combustion engine is in lean operation;
Means for determining whether the catalyst is in a predetermined temperature range,
Means for starting the catalyst evaluation when it is determined that the lean operation is being performed and the predetermined temperature range is determined;
Air-fuel ratio changing means for changing the air-fuel ratio during lean operation;
Means for detecting an exhaust gas state when the air-fuel ratio is changed by the air-fuel ratio changing means using a sensor and diagnosing efficiency or deterioration of the catalyst based on the detected result;
When the catalyst is evaluated and, as a result, it is determined that the purification efficiency is lowered, the catalyst is controlled by controlling at least one of the assist air amount of the assist air injection valve and the swirl passage flow rate. An exhaust gas purifying catalyst evaluation device characterized in that the amount of supplied HC is increased.