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JP3633055B2 - Engine diagnostic equipment - Google Patents
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JP3633055B2 - Engine diagnostic equipment - Google Patents

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JP3633055B2
JP3633055B2 JP24917995A JP24917995A JP3633055B2 JP 3633055 B2 JP3633055 B2 JP 3633055B2 JP 24917995 A JP24917995 A JP 24917995A JP 24917995 A JP24917995 A JP 24917995A JP 3633055 B2 JP3633055 B2 JP 3633055B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの診断装置に関し、特にリーンエンジン用の触媒又は空燃比の診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば特開平4−116239号公報に開示される装置では、エンジンの排気通路に三元触媒を介装し、この三元触媒の上流側と下流側とに、排気中のO濃度に応じてリッチ・リーン反転信号を出力する上流側Oセンサ及び下流側Oセンサを設け、上流側Oセンサの出力信号に基づいて所定の空燃比が得られるように燃料噴射弁からの燃料噴射量を増減補正する空燃比フィードバック制御を行う一方で、空燃比フィードバック制御時の上流側Oセンサ及び下流側Oセンサの出力値を用いて、すなわち、上流側Oセンサの出力信号のリッチ・リーン反転周波数f1と、下流側Oセンサの出力信号のリッチ・リーン反転周波数f2とに基づいて、反転周波数比f2/f1を求め、当該反転周波数比が設定値以下であるときには三元触媒は正常であり、設定値より大きいときは異常(劣化)と診断するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じて理論空燃比(ストイキ)とリーン空燃比(リーン)とに切換える空燃比切換手段を備えるエンジン(リーンエンジン)においては、排気通路に、リーン空燃比での運転時(リーン運転時)にNOxを吸着し、理論空燃比での運転時(ストイキ運転時)に前記吸着したNOxを還元可能なNOx吸着触媒を設けるか、ストイキ運転時にHCを吸着し、リーン運転時に前記吸着したHC(及びエンジンより新たに排出されるHC)によりNOxを還元可能なリーンNOx触媒を設けて、その下流側にNOx吸着触媒を設けている。
【0004】
しかるに、このようなリーンエンジン用の触媒について、前記従来の診断装置では、診断できないという問題点があった。
すなわち、NOx吸着触媒のNOx吸着性能はO濃度では劣化判定できず、また、リーンNOx触媒のNOx転化性能もO濃度では劣化判定できないからである。
【0005】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、リーンエンジン用の触媒等の診断を可能にすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1(A) に示すように、排気通路5にNOx吸着触媒8を備えるエンジンにおいて、NOx吸着触媒8の下流にて排気中のNOxを検出するNOxセンサ9と、NOx吸着触媒8の温度を検出する温度 センサ 10 を設ける一方、ストイキ→リーン切換後に、NOxセンサ9の出力値が予め設定されたスライスレベルを超えるまでの時間、及び、触媒温度が所定値以上の高温状態にあった積算時間に基づいて、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より大きい場合はNOx吸着触媒8の劣化と判定し、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より小さい場合はNOx吸着触媒8のS被毒による一時劣化と判定するNOx吸着触媒劣化判定手段を設けて、触媒の診断装置を構成する。
【0007】
すなわち、NOx吸着触媒の吸着性能が劣化するに従って、ストイキ→リーン切換後にNOxセンサの出力値がスライスレベルに到達する時間が短くなるので、これを検知することによってNOx吸着触媒の吸着性能劣化を診断する。
また、NOx吸着触媒の表面にSが多量に堆積すると、NOxが吸着されなくなるためにNOx排出量が多くなるが、Sの堆積は一時的であり、高温状態で触媒を保持すると、Sが分解されて、Sの堆積量が少なくなることが知られている。よって、触媒温度を考慮して、NOx吸着触媒の熱による永久劣化とS被毒による一時劣化とを分類して診断する。
【0008】
請求項2に係る発明では、図1(B) に示すように、排気通路にリーンNOx触媒7を備え、更にその下流側にNOx吸着触媒8を備えるエンジンにおいて、NOx吸着触媒8の下流にて排気中のNOxを検出するNOxセンサ9と、NOx吸着触媒8の温度を検出する温度センサ 10 を設ける一方、ストイキ→リーン切換後に、NOxセンサ9の出力値が予め設定されたスライスレベルを超えるまでの時間、及び、触媒温度が所定値以上の高温状態にあった積算時間に基づいて、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より大きい場合はNOx吸着触媒8の劣化と判定し、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より小さい場合はNOx吸着触媒8のS被毒による一時劣化と判定するNOx吸着触媒劣化判定手段と、NOxセンサ9の出力値のレベルに基づいて、リーンNOx触媒7の劣化を判定するリーンNOx触媒劣化判定手段とを設けて、触媒の診断装置を構成する。
【0009】
すなわち、NOx吸着触媒の吸着性能が劣化するに従って、ストイキ→リーン切換後にNOxセンサの出力値がスライスレベルに到達する時間τが短くなり、リーンNOx触媒のNOx転化性能が劣化するに従って、NOxセンサの出力値のレベルが増大するので、これらを検知することによってNOx吸着触媒の吸着性能劣化とリーンNOx触媒の転化性能劣化とを診断する。
これによれば、NOx吸着触媒の熱による永久劣化とS被毒による一時劣化とリーンNOx触媒の劣化とを分類して診断できる。
【0010】
請求項3に係る発明では、排気通路に触媒を備えるエンジンにおいて、触媒の上流にて排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサ11を設ける一方、リーン空燃比での運転時に上流側NOxセンサの出力値が空燃比に応じて設定される上限値より大きい場合は空燃比がリッチシフトしていると判定し、空燃比に応じて設定される下限値より小さい場合は空燃比がリーンシフトしていると判定する空燃比シフト判定手段を設けて、空燃比の診断装置を構成する(図1(A),(B) 参照)。
車両からのNOx排出量は触媒の性能だけでなく、エンジンから排出されるNOx排出量にもよる。そして、一般的にNOx排出量は空燃比によって定まるが、バラツキの範囲があり、この範囲の上限値を超えたら空燃比のリッチシフト、下限値より少なければ空燃比のリーンシフトと診断できる。よって、上流側NOxセンサの出力レベルに基づいて空燃比のシフトを診断する
【0011】
請求項4に係る発明では、請求項1〜請求項2に係る発明に加え、触媒の上流にて排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサ11を設ける一方、リーン運転時に上流側NOxセンサ11の出力値のレベルに基づいて空燃比のシフトを判定する空燃比シフト判定手段を設けたことを特徴とする(図1(A),(B) 参照)。
これによれば、請求項1〜請求項2に係る発明の各作用に加え、空燃比のシフトをも診断できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
〔第1の実施例〕
図2はシステム図である。
エンジン1の吸気通路2に燃料噴射弁3が設けられ、この燃料噴射弁3はコントロールユニット4により制御されるようになっている。そして、排気通路5には後述する触媒より上流側にOセンサ6が設けられていて、その信号はコントロールユニット4に入力されている。
【0013】
コントロールユニット4は、エンジン運転条件に応じて目標空燃比をストイキとリーンとに切換え、ストイキ条件ではOセンサ6からの信号に基づくフィードバック制御により、またリーン条件ではオープン制御により、燃料噴射弁3の燃料噴射量を制御する。
排気浄化のため、排気通路5にはNOx吸着触媒8を介装してある。NOx吸着触媒8は、リーン運転時にNOxを吸着し、ストイキ運転時に前記吸着したNOxを還元可能である。
【0014】
ここにおいて、NOx吸着触媒8の下流側に排気中のNOxを検出するNOxセンサ9を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力している。
尚、NOxセンサ9は、In3+−TiO、WO、あるいは、Sc−CuOなどの酸化物半導体を用いたものである。
図3にストイキ→リーン切換時のNOxセンサ出力を示す。NOx吸着触媒のNOx吸着性能により図のような特性となり、NOx吸着性能が劣化するに従ってスライスレベルに到達する時間τが短くなる。よって、これを検知することによってNOx吸着触媒の吸着性能劣化を診断できる。
【0015】
また、NOx吸着触媒のS被毒による一時劣化を分類して診断できるようにす るため、NOx吸着触媒8の温度を検出する温度センサ 10 を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力してある。
図4にNOx吸着触媒のS被毒によるNOx排出特性を示す。触媒表面にSが多量に堆積すると、本来リーン時にBaNO とNOxが吸着されるところが、BaSO となり、NOxが吸着されなくなるためにNOx排出量が多くなる。しかし、Sの堆積は一時的であり、高温である一定時間(例えば 600 ℃で 30 分)触媒を保持すると、Sが分解されて、Sの堆積量が少なくなることが知られている。従って、ある一定時間触媒が高温環境下にあったか否かを検出することにより、NOx吸着触媒の熱による永久劣化とS被毒による一時劣化とを分類して診断できる。
【0016】
図5に診断フローチャートを示す。
ステップ 101 (図にはS 101 と記してある。以下同様)では、温度センサ 10 の信号に基づいて触媒温度T cat を読込む。そして、ステップ 102 では、触媒温度T cat と所定値T とを比較し、T cat ≧T の場合にステップ 103 でカウンタTMをカウントアップする。従って、カウンタTMはエンジン始動後に触媒温度T cat が所定値T 以上の高温状態にあった積算時間を示すことになる。
【0017】
ステップ1では、リーン条件か否かを判定し、リーン条件のときにのみステップ2へ進む。
ステップ2では、前回もリーン条件か否かを判定し、NOの場合は、ストイキ→リーン切換時であり、ステップ3で切換後の経過時間を計時するカウンタCNTをクリアする。YESの場合は、ステップ4でカウンタCNTをカウントアップする。
【0018】
ステップ5では、NOxセンサ9の出力値NOxVを読込む。
ステップ6では、NOxセンサ9の出力値NOxVを所定値(スライスレベル)Vと比較し、NOxV<Vの場合は、ステップ8でNOx吸着触媒正常と判定する。
NOxV≧Vの場合は、ステップ7でカウンタCNTと所定値Cとを比較し、CNT≧Cの場合は、ステップ8でNOx吸着触媒正常と判定するが、CNT<Cの場合は、ステップ 104 でカウンタTMと所定値TM とを比較する。
比較の結果、TM≧TM の場合は、ステップ9でNOx吸着触媒劣化と判定するが、TM<TM の場合は、ステップ 105 でS被毒と判定する。
ここで、ステップ1〜9, 101 105 の部分がNOx吸着触媒劣化判定手段に相当する。
【0019】
〔第2の実施例〕
この実施例は、リーンNOx触媒+NOx吸着触媒を備える場合である。
図6はシステム図である。
排気通路5にはリーンNOx触媒7とNOx吸着触媒8とを直列に介装してある。リーンNOx触媒7は、ストイキ運転時にHCを吸着し、リーン運転時に前記吸着したHCとエンジンより新たに排出されるHCとによりNOxを還元可能である。NOx吸着触媒8は、リーン運転時にNOxを吸着し、ストイキ運転時に前記吸着したNOxを還元可能である。
【0020】
ここにおいて、NOx吸着触媒8の下流側に排気中のNOxを検出するNOxセンサ9を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力している。
図7にストイキ→リーン切換時のNOxセンサ出力を示す。NOx吸着触媒のNOx吸着性能が劣化するに従ってスライスレベルに到達する時間τが短くなり、リーンNOx触媒のNOx転化性能が劣化するに従って、出力レベルが増大する。よって、前記時間τによってNOx吸着触媒の吸着性能劣化を診断でき、出力レベルによってリーンNOx触媒の転化性能劣化を診断できる。
【0021】
また、NOx吸着触媒のS被毒による一時劣化を分類して診断できるようにするため、NOx吸着触媒8の温度を検出する温度センサ 10 を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力してある。尚、図では温度センサ 10 をリーンNO x触媒7とNOx吸着触媒8との間に設けているが、NOx吸着触媒8の温度(又はこれに関連する温度)を検出できる位置であればよい。
【0022】
図8に診断フローチャートを示す。
ステップ 101 では、温度センサ 10 の信号に基づいて触媒温度T cat を読込む。そして、ステップ 102 では、触媒温度T cat と所定値T とを比較し、T cat ≧T の場合にステップ 103 でカウンタTMをカウントアップする。従って、カウンタTMはエンジン始動後に触媒温度T cat が所定値T 以上の高温状態にあった積算時間を示すことになる。
【0023】
ステップ1では、リーン条件か否かを判定し、リーン条件のときにのみステップ2へ進む。
ステップ2では、前回もリーン条件か否かを判定し、NOの場合は、ストイキ→リーン切換時であり、ステップ3で切換後の経過時間を計時するカウンタCNTをクリアする。YESの場合は、ステップ4でカウンタCNTをカウントアップする。
【0024】
ステップ5では、NOxセンサ9の出力値NOxVを読込む。
ステップ11では、NOxセンサ9の出力値NOxVを所定値(スライスレベル)Vと比較し、NOxV<Vの場合は、ステップ14でNOx吸着触媒及びリーンNOx触媒正常と判定する。
NOxV≧Vの場合は、ステップ12でNOxセンサ9の出力値NOxVを所定値V(>V)と比較し、NOxV<Vの場合は、ステップ13へ進む。
ステップ13では、カウンタCNTと所定値Cとを比較し、CNT≧Cの場合は、ステップ14でNOx吸着触媒及びリーンNOx触媒正常と判定するが、CNT<Cの場合は、ステップ 104 へ進む。
【0025】
NOxV≧Vの場合は、ステップ15でリーンNOx触媒劣化と判定する。そして、更にステップ16へ進む。
ステップ16では、カウンタCNTと所定値Cとを比較し、CNT<Cの場合は、ステップ 104 へ進む。
【0026】
ステップ 104 ではカウンタTMと所定値TM とを比較する。
比較の結果、TM≧TM の場合は、ステップ 17 でNOx吸着触媒劣化と判定するが、TM<TM の場合は、ステップ 105 でS被毒と判定する。
ここで、ステップ1〜5, 11 13 14 16 17 101 105 の部分がNOx吸着触媒劣化判定手段に相当し、ステップ 12 15 の部分がリーンNOx触媒劣化判定手段に相当する。
【0027】
第3の実施例〕
この実施例は、エンジンから排出されるNOx量に影響する空燃比のシフトを診断するものである。
図9はシステム図である。
排気通路5にはNOx吸着触媒8(又はリーンNOx触媒7)を介装してある。
ここにおいて、NOx吸着触媒8の上流側(Oセンサ6とほぼ同位置)に排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサ11を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力している。
【0028】
10にエンジンの空燃比(A/F)とNOxとの関係を示す。
一般的にNOx排出量はA/Fがリーン化するに従い低下するが、エンジンのバラツキ、特に気筒A/FバラツキによりNOx排出量にバラツキΔlがある。このΔlを超えるNOx値を示すと、これはA/Fが変化したことになる。例えば上限値maxを超えたらリッチシフト、下限値minより少なければリーンシフトしたことになる。従って、触媒でなく、A/Fのシフトを診断できる。
【0029】
11に診断フローチャートを示す。
ステップ200 では、リーン条件か否かを判定し、リーン条件のときにのみステップ201 へ進む。
ステップ201 では、上流側NOxセンサ11の出力値V’を読込む。
ステップ202 では、上流側NOxセンサ11の出力値V’を上限値Vmax と比較し、V’≧Vmax の場合は、ステップ203 でA/Fリッチシフトと判定する。
V’<Vmax の場合は、ステップ204 で上流側NOxセンサ11の出力値V’を下限値Vmin と比較し、V’≦Vmin の場合は、ステップ205 でA/Fリーンシフトと判定する。
V’>Vmin の場合は、ステップ206 でA/F正常と判定する。
ここで、ステップ200 〜206 の部分が空燃比シフト判定手段に相当する。
【0030】
第4の実施例〕
この実施例は、第1の実施例と第3の実施例とを組合わせたものである。
12はシステム図である。
第1の実施例(図2)と異なる点は、NOx吸着触媒8の上流側(Oセンサ6とほぼ同位置)に排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサ11を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力している。
【0031】
13に診断フローチャートを示す。
第1の実施例(図5)と異なる点は、中間に、ステップ201 〜206 の処理(空燃比シフト判定手段)が追加されている。
【0032】
ステップ 201 では、上流側NOxセンサ 11 の出力値V’を読込む。
ステップ 202 では、上流側NOxセンサ 11 の出力値V’を上限値V max と比較し、V’≧V max の場合は、ステップ 203 でA/Fリッチシフトと判定する。
V’<V max の場合は、ステップ 204 で上流側NOxセンサ 11 の出力値V’を下限値V min と比較し、V’≦V min の場合は、ステップ 205 でA/Fリーンシフトと判定する。
V’>V min の場合は、ステップ 206 でA/F正常と判定する。
ここで、ステップ 201 206 の部分が空燃比シフト判定手段に相当する。
【0033】
第5の実施例〕
この実施例は、第2の実施例と第3の実施例とを組合わせたものである。
14はシステム図である。
第2の実施例(図6)と異なる点は、リーンNOx触媒7の上流側(Oセンサ6とほぼ同位置)に排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサ11を設けて、その信号をコントロールユニット4に入力している。
【0034】
15に診断フローチャートを示す。
第2の実施例(図8)と異なる点は、中間に、ステップ201 〜206 の処理(空燃比シフト判定手段)が追加されている。
ステップ201 〜206 の処理内容は、第4の実施例での処理内容と同じである。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、NOx吸着触媒の吸着性能の劣化を、NOx吸着触媒の熱による劣化とS被毒による一時劣化とに分類して、正確に診断することができるという効果が得られる。
請求項2に係る発明によれば、NOx吸着触媒の吸着性能の劣化を、NOx吸着触媒の熱による劣化とS被毒による一時劣化とに分類して、正確に診断でき、更にリーンNOx触媒の転化性能の劣化を診断できるという効果が得られる。
【0036】
請求項3に係る発明によれば、エンジンから排出されるNOx量に大きく影響する空燃比のシフトを正確に診断できるという効果が得られる。
請求項4に係る発明によれば、請求項1〜請求項2に係る発明の各効果に加え、エンジンから排出されるNOx量に大きく影響する空燃比のシフトをも正確に診断できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】本発明の第1の実施例を示すシステム図
【図3】同上第1の実施例の特性図
【図4】 同上第1の実施例の特性図
【図5】 同上第1の実施例の診断フローチャート
【図6】 本発明の第2の実施例を示すシステム図
【図7】 同上第2の実施例の特性図
【図8】 同上第2の実施例の診断フローチャート
【図9】 本発明の第3の実施例を示すシステム図
【図 10 同上第3の実施例の特性図
【図 11 同上第3の実施例の診断フローチャート
【図 12 本発明の第4の実施例を示すシステム図
【図 13 同上第4の実施例の診断フローチャート
【図 14 本発明の第5の実施例を示すシステム図
【図 15 同上第5の実施例の診断フローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
2 吸気通路
3 燃料噴射弁
4 コントロールユニット
5 排気通路
6 Oセンサ
7 リーンNOx触媒
8 NOx吸着触媒
9 NOxセンサ
10 温度センサ
11 上流側NOxセンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine diagnostic device, and more particularly to a catalyst or air-fuel ratio diagnostic device for a lean engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-116239, a three-way catalyst is interposed in an engine exhaust passage, and the O 2 concentration in the exhaust gas is increased on the upstream side and the downstream side of the three-way catalyst. fuel from the upstream O 2 sensor and the downstream O 2 sensor is provided, the upstream O 2 fuel injection valve so that a predetermined air-fuel ratio is obtained based on the output signal of the sensor that outputs the rich lean inversion signal in response while performing the air-fuel ratio feedback control to increase or decrease correcting the injection amount, using the upstream O 2 sensor and the output value of the downstream O 2 sensor when the air-fuel ratio feedback control, i.e., the output signal of the upstream O 2 sensor a rich lean inversion frequency f1, on the basis of the downstream O 2 rich lean reversal frequency f2 of the output signal of the sensor, determine the inversion frequency ratio f2 / f1, der the inversion frequency ratio is less than the set value Sometimes the three-way catalyst is normal, it is larger than the set value is to be diagnosed as abnormal (deteriorated).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an engine (lean engine) provided with air-fuel ratio switching means for switching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine between a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) and a lean air-fuel ratio (lean) according to operating conditions, NOx is adsorbed during operation at a lean air-fuel ratio (during lean operation), and a NOx adsorption catalyst capable of reducing the adsorbed NOx during operation at stoichiometric air-fuel ratio (during stoichiometric operation) is provided, or during stoichiometric operation A lean NOx catalyst that can adsorb HC and reduce NOx by the adsorbed HC (and HC newly discharged from the engine) during lean operation is provided, and a NOx adsorption catalyst is provided downstream thereof.
[0004]
However, such a catalyst for a lean engine cannot be diagnosed by the conventional diagnostic device.
That is, the NOx adsorption performance of the NOx adsorption catalyst cannot be determined for deterioration by the O 2 concentration, and the NOx conversion performance of the lean NOx catalyst cannot be determined for deterioration by the O 2 concentration.
[0005]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to enable diagnosis of a catalyst or the like for a lean engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the invention according to claim 1, as shown in FIG. 1 (A), in the engine provided with the NOx adsorption catalyst 8 in the exhaust passage 5, NOx for detecting NOx in the exhaust downstream of the NOx adsorption catalyst 8 is detected. a sensor 9, while providing a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the NOx trap catalyst 8, stoichiometric → lean after switching, the time until the output value of the NOx sensor 9 exceeds a predetermined slice level, and the catalyst temperature Is determined as deterioration of the NOx adsorption catalyst 8 when the time until the slice level is exceeded is less than a predetermined value and the accumulated time is greater than a predetermined value, When the time until the slice level is exceeded is smaller than a predetermined value and the accumulated time is smaller than the predetermined value, it is determined that the NOx adsorption catalyst 8 is temporarily deteriorated due to S poisoning. A NOx adsorption catalyst deterioration determining means is provided to constitute a catalyst diagnostic apparatus.
[0007]
In other words, as the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst deteriorates, the time for the output value of the NOx sensor to reach the slice level after the stoichiometric to lean change becomes shorter. By detecting this, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst is diagnosed. To do.
Further, if a large amount of S is deposited on the surface of the NOx adsorption catalyst, NOx is not adsorbed and the amount of NOx discharged increases. However, the deposition of S is temporary, and if the catalyst is held at a high temperature, S decomposes. Thus, it is known that the amount of S deposited is reduced. Therefore, in consideration of the catalyst temperature, diagnosis is performed by classifying permanent deterioration due to heat and temporary deterioration due to S poisoning of the NOx adsorption catalyst.
[0008]
In the invention according to claim 2 , as shown in FIG. 1 (B), in the engine provided with the lean NOx catalyst 7 in the exhaust passage and further provided with the NOx adsorption catalyst 8 on the downstream side thereof, downstream of the NOx adsorption catalyst 8. exceeds the NOx sensor 9 for detecting the NOx in the exhaust gas, while providing a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the NOx trap catalyst 8, the換後stoichiometric → lean switching, the slice level output values are set in advance of the NOx sensor 9 NOx adsorption when the time until the slice level is exceeded is less than the prescribed value and the accumulated time is greater than the prescribed value based on the accumulated time during which the catalyst temperature is in a high temperature state equal to or higher than the prescribed value. When it is determined that the catalyst 8 has deteriorated and the time until the slice level is exceeded is smaller than a predetermined value and the accumulated time is smaller than the predetermined value, the NOx adsorption catalyst NOx adsorption catalyst deterioration determining means for determining temporary deterioration due to S poisoning of the medium 8 and lean NOx catalyst deterioration determining means for determining deterioration of the lean NOx catalyst 7 based on the level of the output value of the NOx sensor 9 are provided. Thus, a catalyst diagnostic device is constructed.
[0009]
That is, as the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst deteriorates, the time τ for the output value of the NOx sensor to reach the slice level after the stoichiometric to lean change becomes shorter, and as the NOx conversion performance of the lean NOx catalyst deteriorates, Since the level of the output value increases, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst and the deterioration of the conversion performance of the lean NOx catalyst are diagnosed by detecting them.
According to this, the permanent deterioration due to heat of the NOx adsorption catalyst, the temporary deterioration due to S poisoning, and the deterioration of the lean NOx catalyst can be classified and diagnosed.
[0010]
In the invention according to claim 3 , in the engine provided with the catalyst in the exhaust passage, the upstream NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust is provided upstream of the catalyst, while the upstream NOx sensor is in operation at the lean air-fuel ratio. When the output value is larger than the upper limit value set according to the air-fuel ratio, it is determined that the air-fuel ratio is richly shifted. When the output value is smaller than the lower limit value set according to the air-fuel ratio, the air-fuel ratio is lean-shifted. An air-fuel ratio shift determining means for determining that the air-fuel ratio is present is provided to constitute an air-fuel ratio diagnosis apparatus (see FIGS. 1A and 1B).
The amount of NOx emitted from the vehicle depends not only on the performance of the catalyst but also on the amount of NOx emitted from the engine. In general, the NOx emission amount is determined by the air-fuel ratio, but there is a range of variations. If the upper limit value of this range is exceeded, a rich shift of the air-fuel ratio can be diagnosed, and if it is less than the lower limit value, a lean shift of the air-fuel ratio can be diagnosed. Therefore, the air-fuel ratio shift is diagnosed based on the output level of the upstream NOx sensor.
In the invention according to claim 4 , in addition to the inventions according to claims 1 and 2 , the upstream NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust gas is provided upstream of the catalyst, while the upstream NOx sensor 11 is provided during lean operation. The air-fuel ratio shift determining means for determining the air-fuel ratio shift based on the output value level is provided (see FIGS. 1A and 1B).
According to this, in addition to the actions of the inventions according to claims 1 and 2, it is possible to diagnose the shift of the air-fuel ratio.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[First embodiment]
FIG. 2 is a system diagram.
A fuel injection valve 3 is provided in the intake passage 2 of the engine 1, and this fuel injection valve 3 is controlled by a control unit 4. The exhaust passage 5 is provided with an O 2 sensor 6 on the upstream side of a catalyst to be described later, and its signal is input to the control unit 4.
[0013]
The control unit 4 switches the target air-fuel ratio between stoichiometric and lean according to the engine operating conditions. Under the stoichiometric conditions, the fuel injection valve 3 is controlled by feedback control based on a signal from the O 2 sensor 6 and under lean conditions by open control. The amount of fuel injection is controlled.
For exhaust purification, a NOx adsorption catalyst 8 is interposed in the exhaust passage 5. The NOx adsorption catalyst 8 can adsorb NOx during the lean operation and can reduce the adsorbed NOx during the stoichiometric operation.
[0014]
Here, a NOx sensor 9 for detecting NOx in the exhaust gas is provided on the downstream side of the NOx adsorption catalyst 8, and the signal is input to the control unit 4.
The NOx sensor 9 uses an oxide semiconductor such as In 3+ —TiO 2 , WO 3 , or Sc 2 O 3 —CuO.
FIG. 3 shows the NOx sensor output at the time of switching from stoichiometric to lean. The NOx adsorption performance of the NOx adsorption catalyst results in the characteristics shown in the figure, and the time τ to reach the slice level becomes shorter as the NOx adsorption performance deteriorates. Therefore, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst can be diagnosed by detecting this.
[0015]
Also, to order to diagnose and classify a temporary deterioration in the S poisoning of the NOx trap catalyst, to provide a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the NOx trap catalyst 8, and input the signals to the control unit 4 is there.
FIG. 4 shows NOx emission characteristics due to S poisoning of the NOx adsorption catalyst. When a large amount of S accumulates on the catalyst surface, BaNO 3 and NOx are originally adsorbed when lean , and BaSO 4 is absorbed, and NOx is not adsorbed, resulting in an increase in NOx emission. However, it is known that the deposition of S is temporary, and if the catalyst is held for a certain period of time (for example, at 600 ° C. for 30 minutes), S is decomposed and the amount of deposited S is reduced. Therefore, by detecting whether the catalyst has been in a high temperature environment for a certain period of time, it is possible to classify and diagnose the permanent deterioration due to heat and the temporary deterioration due to S poisoning of the NOx adsorption catalyst.
[0016]
FIG. 5 shows a diagnosis flowchart.
In step 101 (denoted as S 101 in the figure, the same applies hereinafter), the catalyst temperature T cat is read based on the signal from the temperature sensor 10 . In step 102 , the catalyst temperature T cat is compared with a predetermined value T 0, and if T cat ≧ T 0 , the counter TM is incremented in step 103 . Therefore, the counter TM indicates the accumulated time in which the catalyst temperature T cat is in a high temperature state equal to or higher than the predetermined value T 0 after the engine is started .
[0017]
In step 1 , it is determined whether or not the lean condition is satisfied, and the process proceeds to step 2 only when the lean condition is satisfied.
In step 2, it is determined whether or not the lean condition is also the previous time. If NO, the counter CNT that counts the elapsed time after the switching is cleared in step 3 at the time of switching from stoichiometric to lean. In the case of YES, the counter CNT is incremented in step 4.
[0018]
In step 5, the output value NOxV of the NOx sensor 9 is read.
In step 6, the output value NOxV of the NOx sensor 9 is compared with a predetermined value (slice level) V 0, in the case of NOxV <V 0, is determined to be normal NOx adsorption catalyst in step 8.
If NOxV ≧ V 0 , the counter CNT is compared with the predetermined value C 0 in step 7, and if CNT ≧ C 0 , it is determined that the NOx adsorption catalyst is normal in step 8, but if CNT <C 0 compares the counter TM with a predetermined value TM 0 in step 104.
Result of the comparison, in the case of TM ≧ TM 0, it is determined that the NOx adsorption catalyst deteriorates in step 9, in the case of TM <TM 0, determines that the S poisoning at step 105.
Here, steps 1 to 9 and 101 to 105 correspond to NOx adsorption catalyst deterioration determination means.
[0019]
[Second Embodiment]
In this embodiment, a lean NOx catalyst + NOx adsorption catalyst is provided.
FIG. 6 is a system diagram.
In the exhaust passage 5, a lean NOx catalyst 7 and a NOx adsorption catalyst 8 are interposed in series. The lean NOx catalyst 7 can adsorb HC during the stoichiometric operation, and can reduce NOx by the adsorbed HC and the HC newly discharged from the engine during the lean operation. The NOx adsorption catalyst 8 can adsorb NOx during the lean operation and can reduce the adsorbed NOx during the stoichiometric operation.
[0020]
Here, a NOx sensor 9 for detecting NOx in the exhaust gas is provided on the downstream side of the NOx adsorption catalyst 8, and the signal is input to the control unit 4.
FIG. 7 shows the NOx sensor output at the time of switching from stoichiometric to lean. As the NOx adsorption performance of the NOx adsorption catalyst deteriorates, the time τ to reach the slice level is shortened, and the output level increases as the NOx conversion performance of the lean NOx catalyst deteriorates. Therefore, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst can be diagnosed by the time τ, and the conversion performance deterioration of the lean NOx catalyst can be diagnosed by the output level.
[0021]
In addition, a temperature sensor 10 that detects the temperature of the NOx adsorption catalyst 8 is provided and the signal is input to the control unit 4 so that temporary deterioration due to S poisoning of the NOx adsorption catalyst can be classified and diagnosed. . Although the temperature sensor 10 is provided between the lean NOx catalyst 7 and the NOx adsorption catalyst 8 in the drawing, it may be at any position where the temperature of the NOx adsorption catalyst 8 (or a temperature related thereto) can be detected.
[0022]
FIG. 8 shows a diagnosis flowchart.
In step 101 , the catalyst temperature T cat is read based on the signal from the temperature sensor 10 . In step 102 , the catalyst temperature T cat is compared with a predetermined value T 0, and if T cat ≧ T 0 , the counter TM is incremented in step 103 . Therefore, the counter TM indicates the accumulated time in which the catalyst temperature T cat is in a high temperature state equal to or higher than the predetermined value T 0 after the engine is started .
[0023]
In step 1, it is determined whether or not the lean condition is satisfied, and the process proceeds to step 2 only when the lean condition is satisfied.
In step 2, it is determined whether or not the lean condition is also the previous time. If NO, the counter CNT that counts the elapsed time after the switching is cleared in step 3 at the time of switching from stoichiometric to lean. In the case of YES, the counter CNT is incremented in step 4.
[0024]
In step 5, the output value NOxV of the NOx sensor 9 is read.
In step 11, the output value NOxV of the NOx sensor 9 is compared with a predetermined value (slice level) V 0, in the case of NOxV <V 0, is determined to be normal NOx adsorption catalyst and the lean NOx catalyst in step 14.
If NOxV ≧ V 0 , the output value NOxV of the NOx sensor 9 is compared with a predetermined value V 1 (> V 0 ) in step 12, and if NOxV <V 1 , the process proceeds to step 13.
In step 13, compares the counter CNT and the predetermined value C 0, in case of CNT ≧ C 0, is determined to be normal NOx adsorption catalyst and the lean NOx catalyst in step 14, in the case of CNT <C 0, step 104 Proceed to
[0025]
For NOxV ≧ V 1, determines that the lean NOx catalyst deterioration in a step 15. Then, the process proceeds to step 16.
In step 16, it compares the counter CNT and the predetermined value C 0, in case of CNT <C 0, the process proceeds to step 104.
[0026]
In step 104 compares the counter TM with a predetermined value TM 0.
Result of the comparison, in the case of TM ≧ TM 0, it is determined that the NOx adsorption catalyst deteriorates at step 17, in the case of TM <TM 0, determines that the S poisoning at step 105.
Here, steps 1 to 5, 11 , 13 , 14 , 16 , 17 , 101 to 105 correspond to NOx adsorption catalyst deterioration determination means, and steps 12 and 15 correspond to lean NOx catalyst deterioration determination means. .
[0027]
[ Third embodiment]
In this embodiment, an air-fuel ratio shift that affects the amount of NOx discharged from the engine is diagnosed.
FIG. 9 is a system diagram.
A NOx adsorption catalyst 8 (or lean NOx catalyst 7) is interposed in the exhaust passage 5.
Here, an upstream NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust gas is provided upstream of the NOx adsorption catalyst 8 (substantially the same position as the O 2 sensor 6), and the signal is input to the control unit 4.
[0028]
FIG. 10 shows the relationship between the air / fuel ratio (A / F) of the engine and NOx.
In general, the NOx emission amount decreases as the A / F becomes leaner, but there is a variation Δl in the NOx emission amount due to engine variations, particularly cylinder A / F variation. If a NOx value exceeding Δl is indicated, this means that A / F has changed. For example, if the upper limit value max is exceeded, a rich shift is performed, and if it is less than the lower limit value min, a lean shift is performed. Therefore, it is possible to diagnose the A / F shift, not the catalyst.
[0029]
FIG. 11 shows a diagnosis flowchart.
In step 200, it is determined whether or not the lean condition is satisfied. The process proceeds to step 201 only when the lean condition is satisfied.
In step 201, the output value V ′ of the upstream NOx sensor 11 is read.
In step 202, the output value V of the upstream side NOx sensor 11 'is compared with the upper limit value V max, V' in the case of ≧ V max, determines that the A / F rich shift in a step 203.
If V ′ <V max , the output value V ′ of the upstream NOx sensor 11 is compared with the lower limit value V min in step 204, and if V ′ ≦ V min , it is determined as A / F lean shift in step 205. To do.
If V ′> V min , it is determined in step 206 that the A / F is normal.
Here, steps 200 to 206 correspond to air-fuel ratio shift determining means.
[0030]
[ Fourth embodiment]
This embodiment is a combination of the first embodiment and the third embodiment.
FIG. 12 is a system diagram.
The difference from the first embodiment ( FIG. 2 ) is that an upstream NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust gas is provided on the upstream side of the NOx adsorption catalyst 8 (substantially the same position as the O 2 sensor 6). Is input to the control unit 4.
[0031]
FIG. 13 shows a diagnosis flowchart.
The difference from the first embodiment (FIG. 5) is that processing (air-fuel ratio shift determining means) in steps 201 to 206 is added in the middle.
[0032]
In step 201 , the output value V ′ of the upstream NOx sensor 11 is read.
In step 202, the output value V of the upstream side NOx sensor 11 'is compared with the upper limit value V max, V' in the case of V max, determines that the A / F rich shift in a step 203.
If V ′ <V max , the output value V ′ of the upstream NOx sensor 11 is compared with the lower limit value V min in step 204 , and if V ′ ≦ V min , it is determined in step 205 that the A / F lean shift. To do.
If V ′> V min , it is determined in step 206 that the A / F is normal.
Here, steps 201 to 206 correspond to air-fuel ratio shift determining means.
[0033]
[ Fifth embodiment]
This embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment.
FIG. 14 is a system diagram.
The difference from the second embodiment ( FIG. 6 ) is that an upstream NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust gas is provided upstream of the lean NOx catalyst 7 (substantially at the same position as the O 2 sensor 6). Is input to the control unit 4.
[0034]
FIG. 15 shows a diagnosis flowchart.
The difference from the second embodiment ( FIG. 8 ) is that processing (air-fuel ratio shift determining means) in steps 201 to 206 is added in the middle.
The processing contents of steps 201 to 206 are the same as the processing contents in the fourth embodiment.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst is classified into the deterioration due to heat of the NOx adsorption catalyst and the temporary deterioration due to S poisoning, and is accurately diagnosed. The effect that it can be obtained.
According to the second aspect of the present invention, the deterioration of the adsorption performance of the NOx adsorption catalyst can be classified into the deterioration of the NOx adsorption catalyst due to heat and the temporary deterioration due to S poisoning, and can be accurately diagnosed. The effect that deterioration of conversion performance can be diagnosed is obtained.
[0036]
According to the third aspect of the present invention, an effect of accurately diagnosing an air-fuel ratio shift that greatly affects the amount of NOx discharged from the engine can be obtained.
According to the invention of claim 4 , in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 2, there is an effect that an air-fuel ratio shift that greatly affects the amount of NOx discharged from the engine can be accurately diagnosed. can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of the present invention. FIG. 2 is a system diagram showing a first embodiment of the invention. FIG. 3 is a characteristic diagram of the first embodiment.
FIG. 4 is a characteristic diagram of the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of diagnosis of the first embodiment.
FIG. 6 is a system diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the second embodiment.
FIG. 8 is a diagnosis flowchart of the second embodiment;
FIG. 9 is a system diagram showing a third embodiment of the present invention.
[10] Ibid characteristic diagram of the third embodiment
[Fig. 11 ] Diagnosis flowchart of the third embodiment.
System diagram showing a fourth embodiment of the present invention; FIG
[13] Ibid diagnosis flowchart of the fourth embodiment
System diagram showing a fifth embodiment of Figure 14 the present invention
[15] [Description of symbols] Diagnostic flowcharts of the same fifth embodiment
1 Engine 2 Intake Passage 3 Fuel Injection Valve 4 Control Unit 5 Exhaust Passage 6 O 2 Sensor 7 Lean NOx Catalyst 8 NOx Adsorption Catalyst 9 NOx Sensor 10 Temperature Sensor 11 Upstream NOx Sensor

Claims (4)

排気通路に、リーン空燃比での運転時にNOxを吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したNOxを還元可能なNOx吸着触媒を備えるエンジンにおいて、
前記NOx吸着触媒の下流にて排気中のNOxを検出するNOxセンサと、前記NOx吸着触媒の温度を検出する温度センサとを設ける一方、
理論空燃比からリーン空燃比への切換後に、NOxセンサの出力値が予め設定されたスライスレベルを超えるまでの時間を検出する手段と、触媒温度が所定値以上の高温状態にあった積算時間を算出する手段と、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より大きい場合は前記NOx吸着触媒の劣化と判定し、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より小さい場合は前記NOx吸着触媒のS被毒による一時劣化と判定するNOx吸着触媒劣化判定手段を設けてなる診断装置。
In an engine provided with an NOx adsorption catalyst capable of adsorbing NOx in an exhaust passage when operating at a lean air-fuel ratio and reducing the adsorbed NOx during operation at a stoichiometric air-fuel ratio,
While providing a NOx sensor for detecting NOx in the exhaust downstream of the NOx adsorption catalyst and a temperature sensor for detecting the temperature of the NOx adsorption catalyst,
Means for detecting the time until the output value of the NOx sensor exceeds a preset slice level after switching from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the accumulated time during which the catalyst temperature is in a high temperature state equal to or higher than a predetermined value When the time until the slice level is exceeded is less than a predetermined value and the accumulated time is greater than the predetermined value, it is determined that the NOx adsorption catalyst has deteriorated, and the time until the slice level is exceeded is a predetermined value. smaller and the integration time is in the case smaller than a predetermined value is provided and a NOx adsorption catalyst deterioration determining means for determining a temporary deterioration by the S-poisoning of said NOx trap catalyst diagnosis apparatus.
排気通路に、理論空燃比での運転時にHCを吸着し、リーン空燃比での運転時に前記吸着したHCによりNOxを還元可能なリーンNOx触媒を備え、更にその下流側に、リーン空燃比での運転時にNOxを吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したNOxを還元可能なNOx吸着触媒を備えるエンジンにおいて、前記NOx吸着触媒の下流にて排気中のNOxを検出するNOxセンサと、前記NOx吸着触媒の温度を検出する温度センサとを設ける一方、
理論空燃比からリーン空燃比への切換後に、NOxセンサの出力値が予め設定されたスライスレベルを超えるまでの時間を検出する手段と、触媒温度が所定値以上の高温状態にあった積算時間を算出する手段と、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より大きい場合は前記NOx吸着触媒の劣化と判定し、前記スライスレベルを超えるまでの時間が所 定値より小さくかつ前記積算時間が所定値より小さい場合は前記NOx吸着触媒のS被毒による一時劣化と判定するNOx吸着触媒劣化判定手段と、NOxセンサの出力値のレベルに基づいて、前記リーンNOx触媒の劣化を判定するリーンNOx触媒劣化判定手段とを設けてなる診断装置。
The exhaust passage is provided with a lean NOx catalyst capable of adsorbing HC during operation at the stoichiometric air-fuel ratio and reducing NOx by the adsorbed HC during operation at the lean air-fuel ratio, and further on the downstream side at the lean air-fuel ratio. A NOx sensor for detecting NOx in exhaust gas downstream of the NOx adsorption catalyst in an engine including a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx during operation and can reduce the adsorbed NOx during operation at a theoretical air-fuel ratio; While providing a temperature sensor for detecting the temperature of the NOx adsorption catalyst,
Means for detecting the time until the output value of the NOx sensor exceeds a preset slice level after switching from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the accumulated time during which the catalyst temperature is in a high temperature state equal to or higher than a predetermined value means for calculating the time to more than slice level if and the integration time less than a predetermined value is larger than a predetermined value is determined as the deterioration of the NOx adsorption catalyst, time Tokoro value to exceed the slice level When the accumulated time is smaller than the predetermined value , the lean NOx catalyst is determined based on the NOx adsorption catalyst deterioration determining means for determining temporary deterioration due to S poisoning of the NOx adsorption catalyst and the output value level of the NOx sensor. And a lean NOx catalyst deterioration determining means for determining deterioration of the fuel.
排気通路に触媒を備えるエンジンにおいて、前記触媒の上流にて排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサを設ける一方、リーン空燃比での運転時に上流側NOxセンサの出力値が空燃比に応じて設定される上限値より大きい場合は空燃比がリッチシフトしていると判定し、空燃比に応じて設定される下限値より小さい場合は空燃比がリーンシフトしていると判定する空燃比シフト判定手段を設けてなる診断装置。An engine having a catalyst in the exhaust passage is provided with an upstream NOx sensor for detecting NOx in the exhaust upstream of the catalyst, while the output value of the upstream NOx sensor depends on the air-fuel ratio when operating at a lean air-fuel ratio. Air-fuel ratio shift determination that determines that the air-fuel ratio is richly shifted when greater than the set upper limit value and that the air-fuel ratio is lean-shifted when it is smaller than the lower limit value that is set according to the air-fuel ratio Diagnostic device provided with means. 前記触媒の上流にて排気中のNOxを検出する上流側NOxセンサを設ける一方、リーン空燃比での運転時に上流側NOxセンサの出力値のレベルに基づいて空燃比のシフトを判定する空燃比シフト判定手段を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の診断装置。An upstream NOx sensor for detecting NOx in the exhaust gas is provided upstream of the catalyst, and an air-fuel ratio shift for determining an air-fuel ratio shift based on the level of the output value of the upstream NOx sensor when operating at a lean air-fuel ratio. 3. The diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a determination unit.
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