JP4984250B2 - Catalyst deterioration detection device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。 The present invention relates to a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine.
一般に、内燃機関では排気ガス中の未燃成分を酸化し、大気に放出されないように浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒の酸化能力を走行中に検出し、故障時には運転者に通知するようにしなければならない。 In general, in an internal combustion engine, a catalyst is disposed in an exhaust passage in order to oxidize unburned components in exhaust gas and purify them so that they are not released into the atmosphere. It is necessary to detect the oxidation ability of such a catalyst while traveling and notify the driver in the event of a failure.
そこで、触媒の酸化能力を走行中に検出する方法として、排気管内に燃料を定量添加し、酸化触媒上で酸化させ、その結果、得られる熱量を検出し、触媒の劣化の度合いを診断する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, as a method of detecting the oxidation ability of the catalyst while traveling, a method of adding a fixed amount of fuel into the exhaust pipe and oxidizing it on the oxidation catalyst, and detecting the amount of heat obtained as a result and diagnosing the degree of catalyst deterioration Is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、最近は、一の車両で用いられる燃料はガソリンのほか、アルコール燃料、バイオディーゼル燃料など多種多様化され、これにより、発熱量の異なる燃料に切り替えられたときには、触媒が正常に作用していても、触媒で得られる熱量は異なる。昨今では、バイオ燃料をはじめ、様々な混合燃料が主流になりつつあるため、燃料の発熱量は一定とは限らない。このため、例えば、特許文献２では、燃料の発熱量に関連する発熱量関連値を検出し、当該発熱量関連値を内燃機関の制御に反映させることで、燃料の性状変化に対応する技術を開示している。
Recently, however, the fuel used in a single vehicle has been diversified in addition to gasoline, such as alcohol fuel and biodiesel fuel, so that when the fuel is switched to a fuel with a different calorific value, the catalyst functions normally. However, the amount of heat obtained with the catalyst is different. In recent years, since various mixed fuels including biofuels are becoming mainstream, the calorific value of the fuel is not always constant. For this reason, for example,
ところで、排気管内に燃料を定量添加し、酸化触媒上で酸化させ、その結果、得られる熱量を検出し、触媒の劣化の度合いを診断する方法では、触媒に添加する燃料の燃料性状が変化すると、触媒で発生する発熱量が変化し、触媒劣化の誤検出が発生する可能性がある。すなわち、燃料性状が変化すると、酸化触媒の劣化検出時に酸化剤として投入した添加燃料の発熱量が分からないため、触媒で発熱した発熱量を検出したとしても、単位燃料当たりの発熱量が判定できない。 By the way, in the method of adding a fixed amount of fuel into the exhaust pipe and oxidizing it on the oxidation catalyst, and detecting the amount of heat obtained and diagnosing the degree of deterioration of the catalyst, the fuel properties of the fuel added to the catalyst change. There is a possibility that the amount of heat generated in the catalyst changes and erroneous detection of catalyst deterioration occurs. In other words, if the fuel property changes, the amount of heat generated by the added fuel that has been added as an oxidizer when the deterioration of the oxidation catalyst is detected is unknown, so even if the amount of heat generated by the catalyst is detected, the amount of heat generated per unit fuel cannot be determined. .
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、より精密な触媒劣化検出が可能な内燃機関の触媒劣化検出装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine capable of more accurately detecting catalyst deterioration.
本発明に係る内燃機関の触媒劣化検出装置は、添加燃料の供給により触媒を発熱させて、前記触媒の劣化を検出する内燃機関の触媒劣化検出装置であって、前記添加燃料の発熱量を算出する添加燃料発熱量算出手段と、前記触媒に発生する発熱量を算出する触媒熱量算出手段と、算出された前記添加燃料の発熱量及び前記触媒に発生する発熱量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段と、を有することを特徴とする。 An internal combustion engine catalyst deterioration detection device according to the present invention is a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine that detects the deterioration of the catalyst by causing the catalyst to generate heat by supplying the additional fuel, and calculates the heat generation amount of the additional fuel. A catalyst calorific value calculating means for calculating the calorific value generated in the catalyst, a calorific value generated in the catalyst, and a deterioration of the catalyst based on the calorific value of the added fuel and the calorific value generated in the catalyst. And a deterioration detecting means for detecting.
この構成によれば、添加燃料の燃料性状が変化しても、添加燃料の発熱量を算出してこれを触媒の劣化を検出するための判断材料の一つとすることにより、より精密な触媒劣化検出が可能となる。 According to this configuration, even if the fuel properties of the added fuel change, the calorific value of the added fuel is calculated, and this is used as one of judgment materials for detecting the deterioration of the catalyst. Detection is possible.
上記構成において、前記添加燃料発熱量算出手段は、前記添加燃料の発熱量を内燃機関における燃料の燃焼状態から算出する、構成を採用できる。 In the above configuration, the added fuel heat generation amount calculating means may employ a configuration in which the heat generation amount of the added fuel is calculated from the combustion state of the fuel in the internal combustion engine.
本発明によれば、より精密な触媒劣化検出が可能な内燃機関の触媒劣化検出装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the catalyst deterioration detection apparatus of the internal combustion engine which can detect a catalyst deterioration more precisely is obtained.
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る触媒劣化検出装置が適用される内燃機関の一例を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an internal combustion engine to which a catalyst deterioration detection device according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, the
内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。また、点火プラグ７に隣接して燃焼室３内の圧力を検出する筒内圧センサ５０が設けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。
In the cylinder head of the
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。
The intake port of each cylinder is connected to a
そして、吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
An
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側には、触媒１１に燃料を添加するための添加燃料弁６０が設置され、下流側には排気ガスの温度を検出するための排気温センサ１８が設置されている。添加燃料弁６０が供給する添加燃料は、インジェクタ１２から噴射される燃料を収容するタンクから供給される。
On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、添加燃料弁６０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、排気温センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。尚、ＥＣＵ２０は、触媒劣化検出装置としても機能する。
The
触媒１１は、酸化能を有する酸化触媒から構成され、例えば、白金やパラジウム等の貴金属を触媒成分として用いるものなどが使用される。この触媒１１を用いることにより、酸素（O2）の存在下、排気ガス中の一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）が酸化除去される。 The catalyst 11 is composed of an oxidation catalyst having oxidation ability. For example, a catalyst using a noble metal such as platinum or palladium as a catalyst component is used. By using this catalyst 11, carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas are oxidized and removed in the presence of oxygen (O 2 ).
新品状態の触媒１１では、細かい粒子状の触媒成分が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分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、一部の触媒成分に消失が見られるほか、触媒成分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。こうなると排気ガスと触媒成分との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。 In the new catalyst 11, a large number of fine particulate catalyst components are uniformly distributed, and the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component is maintained high. However, when the catalyst 11 deteriorates, some of the catalyst components disappear, and some of the catalyst components are baked and solidified by exhaust heat and become sintered. In this case, the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component is lowered, and the purification rate is lowered.
以下、ＥＣＵ２０による触媒劣化検出処理について図２に示すフローチャートを参照して説明する。尚、図２に示す処理は、所定期間毎に繰り返し実行される。
Hereinafter, the catalyst deterioration detection process by the
先ず、図２に示すように、現在の状態が触媒劣化検出モードかを判断する（ステップＳ１）。触媒劣化検出モードとは、触媒１１の劣化検出を行うか否かを規定するモードであり、例えば、内燃機関１の駆動毎に、１回だけ触媒劣化検出モードがオンされ、触媒劣化検出を行う。このとき、触媒１１の劣化検出のために、所定量の添加燃料が触媒１１へ供給される。尚、触媒劣化検出の検出頻度は、これに限定されるわけではなく、適宜変更可能である。
First, as shown in FIG. 2, it is determined whether the current state is the catalyst deterioration detection mode (step S1). The catalyst deterioration detection mode is a mode that specifies whether or not the deterioration of the catalyst 11 is to be detected. For example, the catalyst deterioration detection mode is turned on only once every time the
次いで、内燃機関の単位燃料噴射量当たりの熱発生量ｑを検出する（ステップＳ２）。ここで、燃料噴射量をτ、内燃機関の熱発生量をＱとすると、単位燃料噴射量当たりの熱発生量ｑは、次式（１）で計算される。
ｑ＝Ｑ／τ …（１）
Next, the heat generation amount q per unit fuel injection amount of the internal combustion engine is detected (step S2). Here, if the fuel injection amount is τ and the heat generation amount of the internal combustion engine is Q, the heat generation amount q per unit fuel injection amount is calculated by the following equation (1).
q = Q / τ (1)
図３は、アルコール（エタノール）をガソリンに混合したアルコール混合燃料のアルコール濃度と燃料噴射量τ／発熱量Ｑとの関係を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel obtained by mixing alcohol (ethanol) with gasoline and the fuel injection amount τ / heat generation amount Q.
図３から分かるように、燃料の性状（ここでは、アルコール濃度）が変化すると、発熱量Ｑも変化し、燃料噴射量τ／発熱量Ｑはリニアに変化するのがわかる。 As can be seen from FIG. 3, when the fuel property (alcohol concentration in this case) changes, the calorific value Q also changes, and the fuel injection amount τ / heat value Q changes linearly.
燃料噴射量τは、インジェクタ１２の噴射時間に略比例するので、インジェクタ１２の噴射時間から求めることができる。
Since the fuel injection amount τ is substantially proportional to the injection time of the
また、内燃機関の熱発生量Ｑは、例えば、筒内圧センサ５０から得られる圧力Ｐ、クランク角から得られる容積Ｖ及び比熱比κから、次式（２）により近似的に求めることができる。
Ｑ＝ΔＰＶκ …（２）
Further, the heat generation amount Q of the internal combustion engine can be approximately obtained from the following equation (2) from, for example, the pressure P obtained from the in-cylinder pressure sensor 50, the volume V obtained from the crank angle, and the specific heat ratio κ.
Q = ΔPV κ (2)
（２）式で熱量Ｑを求めると、計算式が簡単であるので、オンボードの故障検出が可能となる。 When the amount of heat Q is obtained by the equation (2), the calculation formula is simple, so that on-board failure detection is possible.
熱量Ｑを求めるための他の方法としては、例えば、内燃機関１にイオンセンサを設置し、イオンセンサからのイオン電流を検出することにより、熱量Ｑを推定することができる。尚、周知技術であるので詳細説明は省略する。
As another method for obtaining the heat quantity Q, for example, the heat quantity Q can be estimated by installing an ion sensor in the
また、内燃機関１における熱発生率を積分することにより、熱量Ｑを計算することも可能である。
It is also possible to calculate the heat quantity Q by integrating the heat generation rate in the
次いで、触媒１１の発熱量Ｑcatを検出する（ステップＳ３）。
触媒１１の発熱量Ｑcatは、例えば、図４に示すように、触媒１１を通過した排気温の温度勾配、すなわち、温度上昇値に略比例する。したがって、排気温センサ１８の検出する温度をモニターし、温度上昇値を検出することにより、触媒１１の発熱量Ｑcat
を求めることができる。
Next, the calorific value Q cat of the catalyst 11 is detected (step S3).
For example, as shown in FIG. 4, the calorific value Q cat of the catalyst 11 is approximately proportional to the temperature gradient of the exhaust temperature that has passed through the catalyst 11, that is, the temperature rise value. Therefore, by monitoring the temperature detected by the exhaust temperature sensor 18 and detecting the temperature rise value, the calorific value Q cat of the catalyst 11 is detected.
Can be requested.
ここで、触媒１１の発熱量Ｑcatは、図５に示すように、触媒１１へ供給する燃料添加量に略比例する。また、触媒１１が何らかの原因で劣化すると、触媒１１の発熱量Ｑcatは低下する。したがって、検出した発熱量Ｑcatと所定の閾値とを比較して、発熱量Ｑcatが閾値よりも低ければ、触媒１１が劣化していると判断できる。 Here, the calorific value Q cat of the catalyst 11 is substantially proportional to the amount of fuel added to the catalyst 11 as shown in FIG. Further, when the catalyst 11 deteriorates for some reason, the calorific value Q cat of the catalyst 11 decreases. Therefore, the detected calorific value Q cat is compared with a predetermined threshold, and if the calorific value Q cat is lower than the threshold, it can be determined that the catalyst 11 has deteriorated.
しかしながら、発熱量Ｑcatは、触媒１１の劣化だけでなく、添加燃料の性状（発熱量）によっても変化する。 However, the calorific value Q cat varies depending not only on the deterioration of the catalyst 11 but also on the properties of the added fuel (calorific value).
このため、本実施形態では、ステップＳ２において求めた単位燃料噴射量当たりの熱発生量ｑを用いて、検出した発熱量Ｑcatの値を正規化する（ステップＳ４）。言い換えれば、検出した発熱量Ｑcatの値を単位燃料噴射量当たりの熱発生量ｑを用いて補正する。正規化した発熱量Ｑ’は、次式（３）で表される。
Ｑ’＝Ｑcat／ｑ …（３）
For this reason, in this embodiment, the value of the detected calorific value Q cat is normalized using the heat generation amount q per unit fuel injection amount obtained in step S2 (step S4). In other words, the detected value of the heat generation amount Q cat is corrected using the heat generation amount q per unit fuel injection amount. The normalized calorific value Q ′ is expressed by the following equation (3).
Q ′ = Q cat / q (3)
次いで、正規化した熱量Ｑ’を所定の閾値αと比較し（ステップＳ５）、熱量Ｑ’が閾値αよりも低い場合には、触媒１１が故障と判定する（ステップＳ６）。すなわち、算出された添加燃料の発熱量ｑ及び触媒１１に生ずる発熱量Ｑcatに基づいて、触媒１１の劣化を検出する。 Next, the normalized heat quantity Q ′ is compared with a predetermined threshold value α (step S5). If the heat quantity Q ′ is lower than the threshold value α, it is determined that the catalyst 11 has failed (step S6). That is, the deterioration of the catalyst 11 is detected based on the calculated calorific value q of the added fuel and the calorific value Q cat generated in the catalyst 11.
上記実施形態では、添加燃料弁により、添加燃料を触媒１１へ供給する場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、インジェクタ（燃料噴射弁）１２からいわゆるポスト噴射する場合にも本発明を適用できる。 In the above-described embodiment, the case where the added fuel is supplied to the catalyst 11 by the added fuel valve has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to the case of so-called post injection from the injector (fuel injection valve) 12. Can be applied.
上記実施形態では、内燃機関としてガソリンエンジンを例示したが、これに限定されるわけではなく、ディーゼルエンジン等にも当然ながら本発明を適用可能である。 In the above embodiment, the gasoline engine is exemplified as the internal combustion engine. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is naturally applicable to a diesel engine or the like.
１…内燃機関
５…エアフローメータ
６…排気管
１１…触媒
１２ インジェクタ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５０…筒内圧センサ
６０…添加燃料弁
Ｖｅ…排気弁
Ｖｉ…吸気弁
Ｑ…内燃機関の熱発生量
Ｑcat…触媒の発熱量
τ…インジェクタの燃料噴射量
ｑ…単位燃料噴射量当たりの熱発生量
Ｑ’…Ｑcatをｑで正規化した熱量
DESCRIPTION OF
50 ... In-
Claims (3)
内燃機関における前記添加燃料の単位燃料噴射量あたりの熱発生量ｑを算出する添加燃料発熱量算出手段と、
前記触媒に発生する発熱量Ｑcatを算出する触媒熱量算出手段と、
算出された前記添加燃料の熱発生量ｑを用いて前記触媒に発生する発熱量Ｑcatを正規化した発熱量Ｑ’を算出し、この正規化した発熱量Ｑ’から前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。 A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine that detects the deterioration of the catalyst by causing the catalyst to generate heat by supplying the added fuel,
An added fuel heating value calculating means for calculating a heat generation amount q per unit fuel injection amount of the added fuel in the internal combustion engine ;
Catalyst calorific value calculating means for calculating a calorific value Qcat generated in the catalyst;
Using the calculated heat generation amount q of the added fuel, a heat generation amount Q ′ obtained by normalizing the heat generation amount Qcat generated in the catalyst is calculated, and deterioration of the catalyst is detected from the normalized heat generation amount Q ′. Degradation detection means;
A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine, comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。 The added fuel heating value calculating means calculates the heating value of the added fuel from the combustion state of the fuel in the internal combustion engine.
The catalyst deterioration detecting device for an internal combustion engine according to claim 1.
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