JP5821717B2 - Catalyst abnormality judgment system - Google Patents
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Description
本発明は、触媒異常判定システムに関する。 The present invention relates to a catalyst abnormality determination system.
還元雰囲気としたときの吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒という。)よりも下流側のNOxセンサの出力値が所定値以下のときにNOx触媒が劣化していると判定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このNOx触媒の劣化は、NOx触媒の硫黄被毒を指している。この判定は、NOx濃度が安定するまで待ってから行われるため、劣化判定に要する時間が長くなる。 A technique for determining that the NOx catalyst has deteriorated when the output value of the NOx sensor on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst) in the reducing atmosphere is equal to or less than a predetermined value is known. (For example, refer to Patent Document 1). This deterioration of the NOx catalyst indicates sulfur poisoning of the NOx catalyst. Since this determination is made after waiting until the NOx concentration becomes stable, the time required for the deterioration determination becomes longer.
ところで、NOxセンサは、NOxと同様にNH3も検出してしまう。そして、NOx触媒が新品状態で劣化していないときには、担持されている白金の活性が高いために、NH3がほとんど生成されず、さらに、NOx浄化率も高いために、NOxセンサの検出値が所定値以下となる。このため、NOx触媒が新品状態または新品に近い状態のときにNOxセンサの出力値を用いて劣化判定を行うと、該NOx触媒が劣化していると判定される虞がある。 By the way, the NOx sensor detects NH 3 as well as NOx. When the NOx catalyst is not deteriorated in a new state, the supported platinum has high activity, so that almost no NH 3 is generated and the NOx purification rate is also high. Below a predetermined value. For this reason, when the deterioration determination is performed using the output value of the NOx sensor when the NOx catalyst is in a new state or a state close to a new state, it may be determined that the NOx catalyst has deteriorated.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、吸蔵還元型NOx触媒の異常判定をより正確に行なう技術の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for more accurately determining the abnormality of the NOx storage reduction catalyst.
上記課題を達成するために本発明による触媒異常判定システムは、
内燃機関の排気通路に設けられてNOxを吸蔵し、吸蔵していたNOxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型NOx触媒の異常を判定する触媒異常判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流のNH3を検出するNH3検出装置と、
前記供給装置から供給する還元剤量を調節することで排気の空燃比を変化させる制御装置と、
前記制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤を供給したときの前記NH3検出装置の検出値に基づいて、前記吸蔵還元型NOx触媒の異常を判定する判定装置と、
前記制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤を供給したときの前記NH3検出装置の検出値を前記吸蔵還元型NOx触媒が新品のときから積算し、この積算した値である積算値が所定値以上となった場合に、前記判定装置による前記吸蔵還元型NOx触媒の異常判定の実行を許可する許可装置と、
を備える。
In order to achieve the above object, the catalyst abnormality determination system according to the present invention is
In a catalyst abnormality determination system that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, stores NOx, and determines an abnormality of a NOx storage reduction catalyst that reduces the stored NOx by supplying a reducing agent,
A supply device for supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst;
An NH 3 detector that detects NH 3 downstream of the NOx storage reduction catalyst;
A control device that changes the air-fuel ratio of the exhaust gas by adjusting the amount of reducing agent supplied from the supply device;
Based on the detection value of the NH 3 detection device when the reducing agent is supplied from the supply device while adjusting the amount of the reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio by the control device, the occlusion reduction type A determination device for determining abnormality of the NOx catalyst;
The NOx storage reduction catalyst detects the detected value of the NH 3 detecting device when the reducing agent is supplied from the supply device while adjusting the amount of reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio by the control device. A permitting device that integrates from the time of a new product, and permits the determination device to perform abnormality determination of the NOx storage reduction catalyst when the integrated value that is the integrated value is equal to or greater than a predetermined value;
Is provided.
吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒ともいう。)は、リーン空燃比のときに
NOxを吸蔵し、吸蔵していたNOxを還元剤が存在するときに還元する。供給装置は、NOx触媒へ還元剤を供給することができる。還元剤は、排気通路を流通する排気中に供給してもよく、内燃機関から排出させるようにしてもよい。そして、還元剤を供給することで、排気の空燃比が低下する。
The NOx storage reduction catalyst (hereinafter also simply referred to as NOx catalyst) stores NOx when the air-fuel ratio is lean, and reduces the stored NOx when a reducing agent is present. The supply device can supply a reducing agent to the NOx catalyst. The reducing agent may be supplied into the exhaust gas flowing through the exhaust passage or may be discharged from the internal combustion engine. Then, by supplying the reducing agent, the air-fuel ratio of the exhaust is lowered.
ここで、NOx触媒に還元剤を供給すると、H2やHCがNOと反応してNH3が生成されることがある。そして、NOx触媒の劣化の進行と共に、該NOx触媒における還元効率が低下する。このため、NOx触媒で生成されるNH3量も少なくなる。 Here, when a reducing agent is supplied to the NOx catalyst, H 2 or HC may react with NO to generate NH 3 . As the NOx catalyst deteriorates, the reduction efficiency of the NOx catalyst decreases. For this reason, the amount of NH 3 produced by the NOx catalyst is also reduced.
一方、NOx触媒が新品のときには、NOxとHCとが反応してN2に還元される。このため、NH3がほとんど生成されない。 On the other hand, when the NOx catalyst is new, the NOx and HC is reduced to react with N 2. For this reason, almost no NH 3 is generated.
したがって、リッチ空燃比を目標として還元剤を供給したときのNH3検出装置の検出値は、NOx触媒の新品時には小さい。そして、NOx触媒の劣化の進行と共に検出値が大きくなるが、その後さらに劣化が進行すると検出値が小さくなる。すなわち、新品時と、劣化が許容範囲を超えた異常時と、でNH3の生成量がほとんど同じになる。 Therefore, the detected value of the NH 3 detector when the reducing agent is supplied with the rich air-fuel ratio as a target is small when the NOx catalyst is new. The detected value increases with the progress of the deterioration of the NOx catalyst, but the detected value decreases as the deterioration further proceeds thereafter. That is, the amount of NH 3 produced is almost the same when the new product is used and when it is abnormal when the deterioration exceeds the allowable range.
このため、許可装置は、NOx触媒が新品のときや新品に近いときであって、NOx触媒が異常な場合とNH3の生成量が同じになるときには、NOx触媒の異常判定を許可しない。そして、NOx触媒が正常な場合と異常な場合とで区別し得るだけのNH3が生成されるようになってから異常判定を許可する。なお、NOx触媒の劣化が進行しても、NOx浄化率が許容範囲内であれば、NOx触媒は正常であると判定する。 For this reason, the permitting device does not permit the NOx catalyst abnormality determination when the NOx catalyst is new or close to being new and the amount of NH 3 produced is the same as when the NOx catalyst is abnormal. Then, abnormality determination is permitted after NH 3 that can be distinguished between when the NOx catalyst is normal and when it is abnormal is generated. Even if the deterioration of the NOx catalyst proceeds, if the NOx purification rate is within the allowable range, it is determined that the NOx catalyst is normal.
ここで、制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しつつ供給装置から還元剤を供給したときのNH3検出装置の検出値をNOx触媒が新品のときから積算した値は、NOx触媒の劣化の度合いと相関関係にある。したがって、積算値が所定値以上となった場合に、NOx触媒が正常な場合と異常な場合とでNH3の生成量に差が生じる。これ以降に異常判定を行うことにより、異常判定の精度を高めることができる。なお、ここでいう所定値とは、NOx触媒が正常な場合と異常な場合とでNH3の生成量に差が生じるときの積算値とすることができる。 Here, the detected value of the NH 3 detection device when the reducing agent is supplied from the supply device while adjusting the amount of the reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio by the control device from the time when the NOx catalyst is new. The integrated value is correlated with the degree of deterioration of the NOx catalyst. Therefore, when the integrated value is equal to or greater than the predetermined value, a difference occurs in the amount of NH 3 generated between the normal NOx catalyst and the abnormal NOx catalyst. By performing the abnormality determination thereafter, the accuracy of the abnormality determination can be improved. Note that the predetermined value here can be an integrated value when a difference occurs in the amount of NH 3 produced between when the NOx catalyst is normal and when it is abnormal.
なお、判定装置は、NH3濃度が閾値よりも高いときにNOx触媒が正常であると判定し、NH3濃度が閾値以下のときにNOx触媒が異常といえるほど劣化していると判定することができる。このときには、NH3濃度の最大値に基づいて判定してもよい。 The determination device determines that the NOx catalyst is normal when the NH 3 concentration is higher than the threshold value, and determines that the NOx catalyst is deteriorated so as to be abnormal when the NH 3 concentration is equal to or lower than the threshold value. Can do. At this time, the determination may be made based on the maximum value of the NH 3 concentration.
ここで、NOx触媒の劣化の度合いに応じて吸蔵可能なNOx量が減少する。そして、還元剤を供給したときにNOx触媒から放出されるNOx量も劣化の度合いに応じて減少する。さらに、NOx触媒から放出されたNOx及びNOx触媒に流入するNOxが劣化の度合いに応じて反応し難くなるため、劣化の度合いに応じてNH3の生成量が減少する。このように、NOx触媒にNOxが吸蔵されているときに還元剤を供給すると、NOx触媒が正常な場合と異常な場合とでNH3の生成量が異なるため、該NH3の生成量に応じて異常判定を行うことができる。 Here, the amount of storable NOx decreases according to the degree of deterioration of the NOx catalyst. The amount of NOx released from the NOx catalyst when the reducing agent is supplied also decreases according to the degree of deterioration. Furthermore, since NOx released from the NOx catalyst and NOx flowing into the NOx catalyst become difficult to react according to the degree of deterioration, the amount of NH 3 produced decreases according to the degree of deterioration. Thus, when the NOx catalyst is supplied to the reducing agent as it is being occluded, because the amount of NH 3 is different between the case when the NOx catalyst is normal and abnormal, depending on the amount of the NH 3 Abnormality determination can be performed.
また、本発明においては、 前記NH3検出装置は、排気中のNOx及びNH3を検出するNOxセンサであってもよい。ここで、NOxセンサはNH3もNOxと同様に検出する。このため、NOxセンサの検出値が、たとえばNO2の濃度なのか、またはNH3の濃度なのか判別することができない。しかし、リッチ空燃比となるまで還元剤を供給すると、吸蔵還元型NOx触媒よりも下流側の排気中にはNOxがほとんど含まれなくなる。このため、NOxセンサの検出値は、NH3の濃度を示すことになる。したがって、NOxセンサを用いてNH3を検出することができる。 In the present invention, the NH 3 detector may be a NOx sensor that detects NOx and NH 3 in the exhaust gas. Here, the NOx sensor detects NH 3 as well as NOx. For this reason, it cannot be determined whether the detected value of the NOx sensor is, for example, the concentration of NO 2 or the concentration of NH 3 . However, if the reducing agent is supplied until the air-fuel ratio becomes rich, the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst hardly contains NOx. For this reason, the detected value of the NOx sensor indicates the concentration of NH 3 . Therefore, NH 3 can be detected using the NOx sensor.
また、本発明においては、前記判定装置は、前記許可装置により異常判定が許可された場合において、前記吸蔵還元型NOx触媒が正常であると仮定したときに推定される前記積算値と、実際の前記積算値と、の差が閾値以上の場合に、前記吸蔵還元型NOx触媒が異常であると判定することができる。 Further, in the present invention, the determination device includes the integrated value estimated when the NOx storage reduction catalyst is assumed to be normal when the abnormality determination is permitted by the permission device, and the actual value. When the difference from the integrated value is greater than or equal to a threshold value, it can be determined that the NOx storage reduction catalyst is abnormal.
ここで、例えば、内燃機関が搭載される車両の走行距離、または、還元剤を供給した回数等に応じて、前記積算値が大きくなる。そして、NOx触媒が正常であれば、多くのNH3が生成されるので、積算値の上昇度合いは比較的高い。一方、NOx触媒の過熱等により異常が生じると、NH3の生成量が減少するため、積算値の上昇度合いは低くなる。このため、NOx触媒が正常であると仮定したときに推定される積算値と、実際の積算値と、に差が生じる。この差が閾値以上となったときに、NOx触媒が異常であると判定することができる。ここでいう閾値は、NOx触媒が正常であると仮定したときに推定される積算値と、NOx触媒が異常なときの積算値と、の差の下限値である。 Here, for example, the integrated value increases according to the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, the number of times the reducing agent is supplied, or the like. If the NOx catalyst is normal, a large amount of NH 3 is generated, and the degree of increase in the integrated value is relatively high. On the other hand, if an abnormality occurs due to overheating of the NOx catalyst or the like, the amount of NH 3 produced decreases, so the degree of increase in the integrated value decreases. For this reason, a difference arises between the integrated value estimated when the NOx catalyst is assumed to be normal and the actual integrated value. When this difference is equal to or greater than the threshold value, it can be determined that the NOx catalyst is abnormal. The threshold here is a lower limit value of a difference between an integrated value estimated when the NOx catalyst is assumed to be normal and an integrated value when the NOx catalyst is abnormal.
また、本発明においては、前記判定装置は、前記許可装置により異常判定が許可された場合において、前記積算値の変化率が閾値以下の場合に、前記吸蔵還元型NOx触媒が異常であると判定することができる。 Further, in the present invention, the determination device determines that the NOx storage reduction catalyst is abnormal when the abnormality determination is permitted by the permission device and the rate of change of the integrated value is equal to or less than a threshold value. can do.
すなわち、NOx触媒が異常な場合には、積算値が上昇し難くなるので、変化率が低くなる。この変化率が閾値以下となったときに、NOx触媒が異常であると判定することができる。ここでいう閾値は、NOx触媒が異常なときの積算値の変化率の上限値である。 That is, when the NOx catalyst is abnormal, the integrated value is unlikely to increase, so the rate of change is low. When this rate of change is below the threshold, it can be determined that the NOx catalyst is abnormal. The threshold here is the upper limit value of the rate of change of the integrated value when the NOx catalyst is abnormal.
本発明によれば、吸蔵還元型NOx触媒の異常判定をより正確に行なうことができる。 According to the present invention, the abnormality determination of the NOx storage reduction catalyst can be performed more accurately.
以下、本発明に係る触媒異常判定システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the catalyst abnormality determination system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施例1>
図1は、本実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒を有する水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its exhaust system according to the present embodiment. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders.
内燃機関1には、排気通路2が接続されている。この排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒4(以下、NOx触媒4という。)が備えられている。
An
NOx触媒4は、たとえばアルミナ(Al2O3)を担体とし、その担体上に、たとえばバリウム(Ba)及び白金(Pt)を担持して構成されている。
The
このNOx触媒4は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能を有する。
The
また、NOx触媒4よりも上流の排気通路2には、排気中に還元剤を噴射する噴射弁5が取り付けられている。噴射弁5は、後述するECU10からの信号により開弁して排気中へ還元剤を噴射する。還元剤には、たとえば内燃機関1の燃料(軽油)が用いられるが、これに限らない。噴射弁5から排気通路2内へ噴射された燃料は、排気通路2の上流から流れてきた排気の空燃比を低下させる。
An
なお、本実施例においては噴射弁5が、本発明における供給装置に相当する。また、内燃機関1から未燃燃料を排出させることで還元剤を供給することもできる。すなわち、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁を備え、該筒内噴射弁から主噴射を行なった後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射(ポスト噴射)を行なったり、筒内噴射弁からの燃料噴射時期を遅らせたりすることにより、内燃機関1から還元剤を多く含むガスを排出させることもできる。
In this embodiment, the
また、NOx触媒4よりも下流の排気通路2には、排気中のNH3濃度を測定するNH3センサ8及び排気の温度を測定する温度センサ9が取り付けられている。なお、本実施例においてはNH3センサ8が、本発明におけるNH3検出装置に相当する。また、NH3センサ8には、NOxを検出するNOxセンサを用いてもよい。NOxセンサは、NOx及びNH3を検出する。
Further, an NH 3 sensor 8 that measures the NH 3 concentration in the exhaust gas and a
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御する。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
また、ECU10には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル11を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ12、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ13が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU10に入力される。
In addition to the above sensors, the
一方、ECU10には、噴射弁5が電気配線を介して接続されており、該ECU10により噴射弁5の開閉時期が制御される。なお、本実施例では噴射弁5から供給する還元量を調節するECU10が、本発明における制御装置に相当する。
On the other hand, the
ECU10は、NOx触媒4に吸蔵されているNOxの還元時に、噴射弁5から燃料を噴射することにより、NOx触媒4に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期で低下させる所謂リッチスパイクを実行する。このリッチスパイクにより、NOx触媒4に還元剤
が供給される。噴射弁5から噴射させる還元剤量は、たとえば内燃機関1の運転状態(機関回転数及び機関負荷)に基づいて決定される。還元剤量と機関回転数と機関負荷との関係は予めマップ化しておくことができる。また、内燃機関1の吸入空気量に基づいて還元剤量を決定してもよい。さらに、排気通路2に空燃比センサを取り付けて、該空燃比センサにより検出される空燃比が目標値となるように還元剤量をフィードバック制御してもよい。
The
そして、ECU10は、リッチスパイクを行ったときにNH3センサ8により検出されるNH3濃度に基づいてNOx触媒4の異常判定を行う。この異常判定では、NOx触媒4の劣化の度合いが許容範囲を超えたときにNOx触媒4が異常であると判定される。異常判定時のリッチスパイクでは、NOx触媒4に吸蔵されているNOxが基準値以上のときに排気の空燃比がリッチとなる範囲内で噴射弁5から還元剤を噴射させる。この基準値は、NH3を生成するために必要となるNOx吸蔵量である。
Then, the
ここで、図2は、NOx触媒4におけるNOxの吸蔵作用を説明するための図である。また、図3は、NOx触媒4におけるNOxの還元作用を説明するための図である。
Here, FIG. 2 is a diagram for explaining the NOx occlusion action in the
NOx触媒4は、排気の空燃比がリーンのときにNOをPt上でO2と酸化させ、BaへBa(NO3)2として吸蔵する。一方、還元剤を供給して排気の空燃比をリッチとすると、Ba(NO3)2がNO2となって放出され、さらにPt上でN2に還元される。このときに、NOx触媒4では、NOとH2とが反応して、NH3とH2Oとが生成される。また、HCとNOとが反応して、NH3とH2OとCO2とが生成される。なお、NOx触媒4に流入するNOxも、NOx触媒4から放出されるNOxと同様に反応する。このようにして生成されたNH3は、NH3センサ8において検出される。
The
なお、NH3センサ8にNOxセンサを用いた場合には、NOx及びNH3が、NH3センサ8により検出される。このため、NH3センサ8により検出されたのが、NH3であるのか、または、NOxであるのかを判別することは困難である。しかし、排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで、NOx触媒4から流出する排気中にはNOxがほとんど含まれなくなる。したがって、このときにNH3センサ8により検出されるのは、NH3ということになる。
When a NOx sensor is used as the NH 3 sensor 8, NOx and NH 3 are detected by the NH 3 sensor 8. For this reason, it is difficult to determine whether the NH 3 sensor 8 detects NH 3 or NOx. However, by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich air-fuel ratio, the exhaust gas flowing out from the
ここで、図4は、NOx触媒4が正常な場合と異常な場合との夫々において、リッチスパイク時にNOx触媒4に流入する排気の空燃比と、NOx触媒4よりも下流のNOx濃度及びNH3濃度と、の関係を示した図である。実線は、NOx触媒4が正常な場合を示し、一点鎖線は、NOx触媒4が異常な場合を示している。なお、正常な場合のNOx触媒4のNOx浄化率は56%であり、異常な場合のNOx触媒4のNOx浄化率は20%である。NOx浄化率とは、NOx触媒4に流入するNOx量(NOx濃度としてもよい)に対するNOx触媒4で浄化されるNOx量の比である。
Here, FIG. 4 shows the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
図4において、NOx触媒4が正常な場合には、リッチ空燃比(例えば14.7未満)のときにNH3が生成される。このときには、NOxは検出されない。
In FIG. 4, when the
一方、NOx触媒4が異常な場合には、正常な場合よりも、リッチ空燃比のときのNH3生成量が少ない。また、空燃比が例えば14.0よりも低くなると、NOxが検出される。これは、NOx触媒4が異常といえるほど劣化すると、リッチスパイク時にNOx触媒4の温度が低下してNOx触媒4が失活するためと考えられる。
On the other hand, when the
そして、空燃比14.0から14.5までの間では、NOx触媒4が正常であるか否かにかかわらず、NOx濃度は低い。そして、この範囲の空燃比では、NOx触媒4が異常
な場合よりも正常な場合のほうがNH3濃度が高くなる。このため、NH3センサ8にNOxセンサを用いた場合には、空燃比14.0から14.5までの間でリッチスパイクを実施することにより、NH3の濃度のみを検出することができる。そして、空燃比14.0から14.5までの間でリッチスパイクを実施することにより、NOx触媒4が正常な場合と、異常な場合と、でNH3濃度に差が生じる。したがって、NH3濃度に基づいて、NOx触媒4の異常判定を行うことができるとも考えられる。
The NOx concentration is low between 14.0 and 14.5 regardless of whether the
次に、図5は、NOx浄化率が80%、56%、20%の夫々のNOx触媒4について、リッチスパイク時のNOx触媒4よりも下流のNH3濃度の推移を示した図である。このリッチスパイクでは、NOx触媒4に流入する排気の空燃比が14.1となるように還元剤量が調整されている。また、NOx触媒4には、NH3を生成させるだけのNOxが吸蔵されている。なお、NOx浄化率が80%の場合は、NOx触媒4が新品の場合であり、NOx触媒4が正常な場合である。また、NOx浄化率が56%の場合は、NOx触媒4の劣化の度合いが低い場合であり、このときにもNOx触媒4は正常とされる。しかし、NOx浄化率が20%の場合は、NOx触媒4の劣化の度合いが高い場合であり、NOx触媒4が異常な場合である。
Next, FIG. 5 is a diagram showing the transition of the NH 3 concentration downstream of the
ここでNOx浄化率が56%及び20%の場合には、リッチスパイク時にNH3が生成されるので、NOx触媒4よりも下流のNH3濃度が上昇する。ただし、リッチスパイク開始からNH3が生成されるまでには、ある程度の時間がかかるため、NH3濃度は直ぐには上昇しない。一方、NOx浄化率が80%の場合には、リッチスパイク時であっても、NH3濃度は上昇しない。
Here, when the NOx purification rates are 56% and 20%, NH 3 is generated at the time of rich spike, so the NH 3 concentration downstream of the
ここで、NOx触媒4が新品の場合には、Ptの劣化がないため、リッチ空燃比となるように還元剤を供給しても、NOがH2またはHCと活発に反応してN2に還元される。このため、NH3がほとんど生成されない。そうすると、NOx触媒4が新品の場合であっても、異常な場合であっても、NH3センサ8の検出値が小さくなるので、NH3濃度に基づいてNOx触媒4の異常判定を行うことが困難となる。
Here, when the
図6は、リッチスパイク時のNOx触媒4におけるNOx浄化率とNOx触媒4よりも下流のNH3濃度との関係を示す図である。このリッチスパイクでは、NOx触媒4に流入する排気の空燃比が14.1となるように還元剤量が調整されている。NOx浄化率が20%以下のときにNOx触媒4は異常であるとされ、NOx浄化率が20%よりも高いときにNOx触媒4は正常であるとされる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the NOx purification rate in the
図6に示されるように、NOx浄化率が80%から56%に低下するにしたがって、NH3濃度は高くなる。一方、NOx浄化率が56%から20%に低下するにしたがって、NH3濃度は低くなる。すなわち、NOx浄化率が56%付近でNH3濃度が最も高くなる。ここで、NOx浄化率が20%のときと、75%のときと、でNH3濃度が略同じになる。したがって、NOx触媒4が新品(NOx浄化率80%)から劣化が進んでNOx浄化率が75%になるまでの間と、NOx浄化率が20%となった後と、では共にNH3濃度が低くなるので、NH3濃度に基づいてNOx触媒4の異常判定を行うことが困難となる。
As shown in FIG. 6, the NH 3 concentration increases as the NOx purification rate decreases from 80% to 56%. On the other hand, as the NOx purification rate decreases from 56% to 20%, the NH 3 concentration decreases. That is, the NH 3 concentration becomes the highest when the NOx purification rate is around 56%. Here, the NH 3 concentration is substantially the same when the NOx purification rate is 20% and when it is 75%. Accordingly, the NH 3 concentration is both during the period from when the
次に、図7は、リッチスパイクを実施した回数または内燃機関1が搭載される車両の走行距離と、NOx触媒4よりも下流のNH3濃度の積算値(NH3積算値)との関係を示した図である。NOx触媒4よりも下流のNH3濃度は、NH3センサ8の検出値としてもよい。ここで、リッチスパイクを実施するときにNH3が生成されるので、リッチスパイクを実施する回数が多くなるほど、NH3積算値は大きくなる。また、走行距離が長くなるほど、内燃機関1から排出されたNOxの積算値が大きくなるので、NH3積算値は
大きくなる。
Next, FIG. 7 shows the relationship between the number of rich spikes or the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted and the integrated value of NH 3 concentration downstream of the NOx catalyst 4 (NH 3 integrated value). FIG. The NH 3 concentration downstream of the
そして、NH3積算値は、NOx触媒4の劣化の度合いと相関関係がある。すなわち、NOx触媒4の劣化の度合いが高くなるほど、NH3積算値が大きくなる。このため、NH3積算値に基づいて、NOx触媒4の劣化の度合いをある程度は推定することができる。そして、NOx触媒4が新品(NOx浄化率80%)から劣化が進んでNOx浄化率が75%になるまでの間と、NOx浄化率が20%となった後と、では、NH3積算値が異なる。なお、NOx浄化率の75%に対応するNH3積算値(図7の所定値)は、予め実験等により求めることができる。したがって、NOx浄化率の75%に対応するNH3積算値よりも、実際のNH3積算値が大きくなった後に、NOx触媒4の異常判定を実施すれば、NOx浄化率が75%から80%の間にあるときに異常判定が行われることを抑制できる。すなわち、リッチスパイクの回数又は走行距離が、Aで示される値となった後にNH3センサ8の出力値に基づいて、NOx触媒4の異常判定を実施する。このように、NOx触媒4の異常判定を実施可能な時期の始期は、図7において「検出範囲」で示される。
The NH 3 integrated value is correlated with the degree of deterioration of the
なお、NH3積算値の代わりに、NH3センサ8の出力値と排気の流量とに基づいて算出されるNH3の生成量の積算値を用いてもよい。また、NH3積算値は、NH3センサ8の出力の最大値を積算して求めてもよく、NH3センサ8の出力を全て積算して求めてもよい。すなわち、NH3濃度を積算してもよく、NH3量を積算してもよい。また、NOx触媒4の異常判定が可能となる時期を求めるだけであれば、内燃機関1の運転状態に基づいてNH3濃度またはNH3生成量を推定し、この値を積算してもよい。
Instead of the NH 3 integrated value, an NH 3 generation amount integrated value calculated based on the output value of the NH 3 sensor 8 and the exhaust gas flow rate may be used. Further, NH 3 integrated value may be calculated by integrating the maximum value of the output of the NH 3 sensor 8 may be obtained by integrating all output of the NH 3 sensor 8. That is, the NH 3 concentration may be integrated, or the NH 3 amount may be integrated. Further, if only the time when the abnormality determination of the
このように、NH3積算値が所定値以上となれば、NH3センサ8の出力値に基づいてNOx触媒4の異常判定を行うことができる。例えば、リッチスパイク時にNH3センサ8で検出されるNH3濃度が閾値以下であれば、NOx触媒4に異常があり、閾値よりも高ければ、NOx触媒4は正常であると判定できる。この閾値は、NOx触媒4が異常な場合のNH3濃度の上限値である。また、以下のようにしてNOx触媒4の異常判定を行ってもよい。
Thus, if the NH 3 integrated value is equal to or greater than the predetermined value, the abnormality determination of the
図8は、リッチスパイクを実施した回数または内燃機関1が搭載される車両の走行距離と、NH3積算値、NOx触媒4が正常な場合のNH3積算値と異常な場合のNH3積算値との差と、の関係を示した図である。図8のAで示される時点は、図7のAで示される時点と同じであり、NOx触媒4の異常判定が可能となる時点である。また、Bで示される時点において、NOx触媒4の過熱により該NOx触媒4が異常となる。
8, a travel distance of the vehicle number or the internal combustion engine 1 to execute the rich spike is mounted, NH 3 integrated value, NH 3 integrated value and abnormal NH 3 integrated value in the case where the
図8に示されるように、NOx触媒4が異常な場合には、正常な場合よりも、NH3積算値の増加の度合いが低くなる。このため、NOx触媒4が正常な場合のNH3積算値と異常な場合のNH3積算値との差は、NOx触媒4が過熱した時点Bから増加する。
As shown in FIG. 8, when the
例えば、NOx触媒4が正常な場合のNH3積算値を予め実験等により求めておき、この値と、実際のNH3積算値との差が閾値以上となったときに、NOx触媒4が異常であると判定することができる。
For example, an NH 3 integrated value when the
また、例えば、所定期間におけるNH3積算値の変化量ΔYに基づいて、NOx触媒4が正常であるか否か判定することもできる。所定期間におけるNH3積算値の変化量ΔYは、単位時間当たりの変化量としてもよく、変化率若しくは傾きとしてもよい。ここで、図9は、リッチスパイクを実施した回数または内燃機関1が搭載される車両の走行距離と、NH3積算値と、の関係を示した図である。図9におけるAおよびBの時点は、図8におけるAおよびBの時点と同じ時点である。そして、CからDの期間を所定期間としてい
る。
Further, for example, it is possible to determine whether or not the
NOx触媒4が正常な場合には、NH3生成量が多いために、NH3積算値の増加の度合いが高くなる。このためCからDの期間におけるNH3積算値の変化量ΔYは、比較的大きい。一方、NOx触媒4が異常な場合には、NH3生成量が少ないために、NH3積算値の増加の度合いが低くなる。このためCからDの期間におけるNH3積算値の変化量ΔYは、比較的小さい。
When the
例えばNOx浄化率が20%のときのNH3積算値の変化量ΔYを予め実験等により求めて閾値として設定しておけば、NH3積算値の変化量ΔYが閾値以下となったときに、NOx触媒4が異常であると判定することができる。なお、CからDの期間では、少なくとも1回のリッチスパイクが行われる。
For example, if the change amount ΔY of the NH 3 integrated value when the NOx purification rate is 20% is obtained in advance by an experiment or the like and set as a threshold value, when the change amount ΔY of the NH 3 integrated value becomes equal to or less than the threshold value, It can be determined that the
図10は、NOx触媒4の異常判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ECU10により所定の期間毎に実行される。
FIG. 10 is a flowchart showing a flow for determining abnormality of the
ステップS101では、NOx触媒4の異常判定を行う前提条件が成立しているか否か判定される。たとえばNH3センサ8が正常であり、且つNOx触媒4の温度がNOxの還元に適した温度となっているときに前提条件が成立していると判定される。NH3センサ8が正常であるか否かは、周知の技術により判定することができる。また、NOxの還元に適した温度とは、たとえば、NOx触媒4が活性化しているときの温度である。NOx触媒4の温度が低すぎると活性が低下し、NOx触媒4の温度が高すぎるとNOxとHCとが反応してN2に還元されるため、NH3の生成量が減少する。NOx触媒4の温度は、温度センサ9により検出される。なお、リッチスパイクを行う条件が成立しているか否か判定してもよい。
In step S101, it is determined whether or not a precondition for determining abnormality of the
ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102, and if a negative determination is made, this routine is terminated.
ステップS102では、NOx触媒4のNOx吸蔵量が基準値以上であるか否か判定される。ここでいう基準値とは、NOx触媒4に還元剤を供給したときに、NOx触媒4の異常判定に必要な量のNH3が生成されるNOx吸蔵量である。本ステップでは、還元剤供給時にNOx触媒4が正常であるならば、NOx触媒4に吸蔵されているNOxから生成されるNH3量が十分な量となるか否か判定している。ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS103へ進み、否定判定がなされた場合にはステップS102を再度処理する。すなわち、NOx吸蔵量が基準値以上となるまで繰り返しステップS102が処理される。
In step S102, it is determined whether or not the NOx occlusion amount of the
ステップS103では、目標となる空燃比を例えば14.0から14.5の間に設定して、リッチスパイクが行われる。本ステップでは、図4においてNOx濃度が0となる範囲に空燃比を調整している。また、図5に示すように、リッチスパイクを開始してから、NH3濃度が上昇するまでに時間がかかるので、NH3濃度が上昇するのに必要な時間が経過するまでリッチスパイクを継続する。 In step S103, the target air-fuel ratio is set between 14.0 and 14.5, for example, and rich spike is performed. In this step, the air-fuel ratio is adjusted in a range where the NOx concentration becomes 0 in FIG. Further, as shown in FIG. 5, from the start of the rich spike, it takes time to NH 3 concentration increases, continues the rich spike to a NH 3 concentration over time required to increase .
ステップS104では、NH3濃度が積算される。すなわち、NH3センサ8の出力値が積算されて、NH3積算値が算出される。この積算値は、NOx触媒4が新品のときからの積算値である。本ステップでは、NH3センサ8の出力値の最大値を積算してもよいし、NH3センサ8の出力値を全て積算してもよい。また、NH3センサ8の出力値と排気の流量とからNH3生成量を算出し、このNH3生成量を積算してもよい。
In step S104, the NH 3 concentration is integrated. That is, the output value of the NH 3 sensor 8 is integrated to calculate the NH 3 integrated value. This integrated value is an integrated value from when the
ステップS105では、NH3積算値が所定値以上であるか否か判定される。この所定値は、NOx浄化率の75%に対応するNH3積算値である。すなわち、本ステップでは、NOx浄化率が80%から75%の間ではないことを判定している。これは、NOx触媒4が新品ではないことを判定しているともいえる。ここでいう所定値は、図7において説明した所定値と同じである。ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。 なお、本実施例においてはステップS105を処理するECU10が、本発明における許可装置に相当する。
In step S105, it is determined whether or not the NH 3 integrated value is greater than or equal to a predetermined value. This predetermined value is an NH 3 integrated value corresponding to 75% of the NOx purification rate. That is, in this step, it is determined that the NOx purification rate is not between 80% and 75%. This can be said to determine that the
ステップS106では、NOx触媒4が正常であると仮定した場合に推定されるNH3積算値と、実際のNH3積算値と、の差が閾値未満であるか否か判定される。この閾値は、NOx触媒4が異常である場合に、NOx触媒4が正常であると仮定した場合に推定されるNH3積算値と、実際のNH3積算値との差の下限値である。NOx触媒4が正常であると仮定した場合のNH3積算値は、例えば車両の走行距離と関連付けて予め時実験等により求めてECU10に記憶させておけば、車両の走行距離に基づいて推定することができる。また、リッチスパイクを実施した回数に基づいて推定することもできる。
In step S106, the NH 3 integrated
なお、本ステップでは、図9において説明したように、所定期間におけるNH3積算値の変化量ΔYが閾値よりも大きいか否か判定してもよい。また、所定期間におけるNH3積算値の変化量ΔYは、NH3積算値の変化率としてもよい。 In this step, as described with reference to FIG. 9, it may be determined whether or not the change amount ΔY of the NH 3 integrated value in a predetermined period is larger than the threshold value. Further, the change amount ΔY of NH 3 accumulated value in a predetermined period may be a change rate of the NH 3 integrated value.
ステップS106で肯定判定がなされた場合にはステップS107へ進んで、NOx触媒4は正常であると判定される。一方、ステップS106で否定判定がなされた場合にはステップS108へ進んで、NOx触媒4は異常であると判定される。なお、本実施例においてはステップS106以降を処理するECU10が、本発明における判定装置に相当する。
If an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107, and it is determined that the
以上説明したように、本実施例によれば、NOx触媒4が新品に近いときには、NH3生成量の積算値を用いて該NOx触媒4の異常判定を行わないため、誤判定を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, when the
1 内燃機関
2 排気通路
4 吸蔵還元型NOx触媒
5 噴射弁
8 NH3センサ
9 温度センサ
10 ECU
11 アクセルペダル
12 アクセル開度センサ
13 クランクポジションセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11
Claims (3)
前記吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流のNH3を検出するNH3検出装置と、
前記供給装置から供給する還元剤量を調節することで排気の空燃比を変化させる制御装置と、
前記制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤を供給したときの前記NH3検出装置の検出値であって前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化の進行と共に大きくなり、その後さらに劣化が進行すると小さくなる検出値に基づいて、前記吸蔵還元型NOx触媒の異常を判定する判定装置と、
前記制御装置により排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤を供給したときの前記NH3検出装置の検出値を前記吸蔵還元型NOx触媒が新品のときから積算し、この積算した値である積算値が、前記吸蔵還元型NOx触媒が正常な場合と異常な場合とでNH 3 の生成量に差が生じるときの値である所定値以上となった場合に、前記判定装置による前記吸蔵還元型NOx触媒の異常判定の実行を許可する許可装置と、
を備える触媒異常判定システム。 In a catalyst abnormality determination system that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, stores NOx, and determines an abnormality of a NOx storage reduction catalyst that reduces the stored NOx by supplying a reducing agent,
A supply device for supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst;
An NH 3 detector that detects NH 3 downstream of the NOx storage reduction catalyst;
A control device that changes the air-fuel ratio of the exhaust gas by adjusting the amount of reducing agent supplied from the supply device;
The detected value of the NH 3 detection device when the reducing agent is supplied from the supply device while adjusting the amount of reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio by the control device, and the NOx occlusion reduction type NOx A determination device that determines an abnormality of the NOx storage reduction catalyst based on a detection value that increases as the deterioration of the catalyst progresses and then decreases as the deterioration further progresses ;
The NOx storage reduction catalyst detects the detected value of the NH 3 detecting device when the reducing agent is supplied from the supply device while adjusting the amount of reducing agent so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio by the control device. Accumulated from the time of a new product , the accumulated value , which is the accumulated value, is equal to or greater than a predetermined value that is a value when a difference occurs in the amount of NH 3 produced between the case where the NOx storage reduction catalyst is normal and the case where it is abnormal A permitting device that permits execution of an abnormality determination of the NOx storage reduction catalyst by the determination device,
A catalyst abnormality determination system comprising:
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