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JP4440824B2 - Catalytic converter deterioration detector - Google Patents
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JP4440824B2 - Catalytic converter deterioration detector - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気の浄化を行う触媒コンバータの劣化を検出する劣化検出装置に関する。   The present invention relates to a deterioration detection device that detects deterioration of a catalytic converter that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and purifies exhaust gas.

内燃機関の排気系に触媒コンバータを設け、排気を浄化することは広く行われている。触媒コンバータは、長期間使用するとその浄化性能が劣化してくるので、その劣化を検出する手法が、従来より種々提案されている。   It is widely practiced to provide a catalytic converter in the exhaust system of an internal combustion engine to purify the exhaust. Since the purification performance of a catalytic converter deteriorates when used for a long period of time, various methods for detecting the deterioration have been proposed.

例えば機関運転中に強制的に空燃比を変化させ、触媒コンバータの下流側に配置された酸素濃度センサの出力に基づいて劣化を判定する手法は、広く知られているが、空燃比の強制変更は、トルクの変動や排気特性の悪化を招くおそれがある。
特許文献1には、触媒コンバータの入口付近の温度を検出する温度センサと、触媒コンバータの内部または出口の温度を検出する温度センサとを設け、2つの温度センサの出力値に基づいて触媒の劣化を判定する手法が示されている。
For example, a method for forcibly changing the air-fuel ratio during engine operation and determining deterioration based on the output of an oxygen concentration sensor arranged downstream of the catalytic converter is widely known. May cause torque fluctuations and deterioration of exhaust characteristics.
Patent Document 1 includes a temperature sensor that detects the temperature near the inlet of the catalytic converter and a temperature sensor that detects the temperature inside or at the outlet of the catalytic converter, and deterioration of the catalyst based on the output values of the two temperature sensors. A method for determining the above is shown.

この手法によれば、内燃機関の停止時点から所定時間経過した時点において、2つの温度センサにより検出される温度の差が、所定値より小さいとき、触媒が劣化したと判定される。
特開平7−180536号公報
According to this method, when a predetermined time elapses from the stop point of the internal combustion engine and the difference between the temperatures detected by the two temperature sensors is smaller than a predetermined value, it is determined that the catalyst has deteriorated.
JP-A-7-180536

上記従来の手法は、機関停止時に判定を行うものであるため、機関作動中に空燃比を強制変更する場合の不具合を解消することができる。しかしながら、温度センサにより検出される温度は、触媒コンバータの劣化状態だけでなく、機関停止時の触媒温度や外気温にも影響されるため、判定精度の点で改善の余地があった。   Since the above-mentioned conventional method is to make a determination when the engine is stopped, it is possible to solve the problem of forcibly changing the air-fuel ratio during engine operation. However, since the temperature detected by the temperature sensor is influenced not only by the deterioration state of the catalytic converter but also by the catalyst temperature and the outside air temperature when the engine is stopped, there is room for improvement in terms of determination accuracy.

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関作動中に劣化判定を行う場合の不具合を解消し、かつ判定精度を向上させることができる触媒コンバータの劣化検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to this point, and provides a deterioration detection device for a catalytic converter that can solve the problem in performing deterioration determination during engine operation and can improve the determination accuracy. Objective.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の排気系(4)に設けられた、排気を浄化する触媒コンバータ(11)の劣化を検出する、触媒コンバータ(11)の劣化検出装置において、前記触媒コンバータ(11)の近傍に設けられた酸素濃度センサ(23)と、前記機関の停止後に前記酸素濃度センサ(23)により検出される酸素濃度(OXYC)に応じて、前記触媒コンバータ(11)の劣化を判定する劣化判定手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a catalytic converter (11) for detecting deterioration of a catalytic converter (11) for purifying exhaust gas provided in an exhaust system (4) of an internal combustion engine (1). ) In accordance with an oxygen concentration sensor (23) provided in the vicinity of the catalytic converter (11) and an oxygen concentration (OXYC) detected by the oxygen concentration sensor (23) after the engine is stopped. Deterioration determining means for determining deterioration of the catalytic converter (11).

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置において、前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の時間変化率(ALT)に応じて、前記判定を行うことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置において、前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の最小値(Lm)に応じて、前記判定を行うことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the deterioration detection device for a catalytic converter according to the first aspect, the deterioration determination unit is configured to change the oxygen concentration over time (ALT) after the engine is stopped. Judgment is performed.
According to a third aspect of the present invention, in the deterioration detection device for a catalytic converter according to the first aspect, the deterioration determination means determines the determination according to a minimum value (Lm) of the oxygen concentration after the engine is stopped. It is characterized by performing.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置において、前記劣化判定手段は、前記機関の停止時点から、前記酸素濃度が上昇して所定値(LTH)に達する時点までの時間(TR)に応じて、前記判定を行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the deterioration detection device for a catalytic converter according to the first aspect, the deterioration determining means increases the oxygen concentration and reaches a predetermined value (LTH) from the time when the engine is stopped. The determination is performed according to a time (TR) to a time point.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置において、前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の積分値(INT)に応じて、前記判定を行うことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置において、前記劣化判定手段は、前記機関の停止直前に前記触媒コンバータに燃焼物を供給することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the deterioration detection device for a catalytic converter according to the first aspect, the deterioration determination means determines the determination according to an integrated value (INT) of the oxygen concentration after the engine is stopped. It is characterized by performing.
According to a sixth aspect of the present invention, in the catalytic converter deterioration detecting device according to the first aspect, the deterioration determining means supplies combustion products to the catalytic converter immediately before the engine is stopped.

請求項1に記載の発明によれば、機関の停止後に、触媒コンバータの近傍に設けられた酸素濃度センサにより検出される酸素濃度に応じて、触媒コンバータの劣化が判定される。機関停止直後においては、触媒コンバータ内に残っている未燃燃料成分の酸化反応がおきるため、触媒コンバータ近傍の酸素濃度が低下する傾向があり、触媒コンバータが劣化するほど酸素濃度の低下量が減少することが確認されている。したがって、触媒コンバータ近傍における酸素濃度の変化傾向を監視することにより、劣化判定を正確に行うことができる。また機関停止後に判定が行われるので、機関作動中の劣化判定を行う場合の不具合を解消できる。   According to the first aspect of the present invention, after the engine is stopped, the deterioration of the catalytic converter is determined according to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor provided in the vicinity of the catalytic converter. Immediately after the engine is stopped, the oxidation reaction of unburned fuel components remaining in the catalytic converter occurs, so the oxygen concentration in the vicinity of the catalytic converter tends to decrease, and the amount of decrease in oxygen concentration decreases as the catalytic converter deteriorates. It has been confirmed that Therefore, the deterioration determination can be accurately performed by monitoring the change tendency of the oxygen concentration in the vicinity of the catalytic converter. In addition, since the determination is performed after the engine is stopped, it is possible to solve the problem of performing deterioration determination during engine operation.

請求項2に記載の発明によれば、機関の停止後における酸素濃度の時間変化率に応じて、前記判定が行われる。酸素濃度の時間変化率(絶対値)は、触媒コンバータが劣化するほど減少する傾向がある。したがって、酸素濃度の時間変化率を監視することにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定できる。   According to the second aspect of the present invention, the determination is performed according to the time change rate of the oxygen concentration after the engine is stopped. The time change rate (absolute value) of the oxygen concentration tends to decrease as the catalytic converter deteriorates. Therefore, the deterioration of the catalytic converter can be accurately determined by monitoring the rate of change of the oxygen concentration with time.

請求項3に記載の発明によれば、機関の停止後における酸素濃度の最小値に応じて、前記判定が行われる。機関の停止後における酸素濃度の最小値は、触媒コンバータが劣化するほど大きくなる傾向がある。したがって、酸素濃度の最小値を監視することにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定できる。   According to the invention described in claim 3, the determination is performed according to the minimum value of the oxygen concentration after the engine is stopped. The minimum value of the oxygen concentration after the engine stops tends to increase as the catalytic converter deteriorates. Therefore, the deterioration of the catalytic converter can be accurately determined by monitoring the minimum value of the oxygen concentration.

請求項4に記載の発明によれば、機関の停止時点から、酸素濃度が上昇して所定値に達する時点までの期間に応じて、前記判定が行われる。酸素濃度が上昇して所定値に達する時点までの時間は、触媒コンバータが劣化するほど短くなる傾向がある。したがって、酸素濃度が上昇して所定値に達する時点までの期間を監視することにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定できる。   According to the fourth aspect of the present invention, the determination is performed according to a period from when the engine is stopped to when the oxygen concentration increases and reaches a predetermined value. The time until the oxygen concentration increases and reaches a predetermined value tends to become shorter as the catalytic converter deteriorates. Therefore, the deterioration of the catalytic converter can be accurately determined by monitoring the period until the oxygen concentration increases to reach a predetermined value.

請求項5に記載の発明によれば、機関の停止後における酸素濃度の積分値に応じて、前記判定が行われる。酸素濃度の積分値は、触媒コンバータが劣化するほど増加する傾向がある。したがって、酸素濃度の積分値を監視することにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定できる。   According to the fifth aspect of the present invention, the determination is performed according to the integrated value of the oxygen concentration after the engine is stopped. The integrated value of the oxygen concentration tends to increase as the catalytic converter deteriorates. Therefore, the deterioration of the catalytic converter can be accurately determined by monitoring the integrated value of the oxygen concentration.

請求項6に記載の発明によれば、機関の停止直前に触媒コンバータに燃焼物が供給される。機関停止時の触媒温度が高いときは、触媒コンバータ内の吸着剤の吸着作用が低下するため、機関作動中に吸着した燃料成分(HC)を保持できなくなる。その結果、触媒コンバータが劣化していないにも拘わらず、検出酸素濃度が高くなり、劣化していると誤判定する可能性がある。機関停止直後に燃焼物を供給することにより、このような高温時の誤判定を防止することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the combustion product is supplied to the catalytic converter immediately before the engine is stopped. When the catalyst temperature is high when the engine is stopped, the adsorbing action of the adsorbent in the catalytic converter is reduced, so that the fuel component (HC) adsorbed during engine operation cannot be retained. As a result, although the catalytic converter has not deteriorated, the detected oxygen concentration becomes high, and it may be erroneously determined that the catalyst converter has deteriorated. By supplying the combustion product immediately after the engine is stopped, such erroneous determination at a high temperature can be prevented.

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる触媒コンバータを備えた内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁16が設けられている。燃料噴射弁16は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)20に電気的に接続されており、燃料噴射弁16の開弁時間及び開弁時期は、ECU20により制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine including a catalytic converter according to an embodiment of the present invention and a control device thereof. An internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a cylinder, and a fuel injection valve 16 is provided in each cylinder. The fuel injection valve 16 is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20, and the valve opening time and valve opening timing of the fuel injection valve 16 are controlled by the ECU 20.

エンジン1は、吸気管2、排気管4、及び過給機8を備えている。過給機8は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン10と、タービン10により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ9とを備えている。
タービン10は、複数の可変ベーン(図示せず)を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービン10のベーン開度は、ECU20により電磁的に制御される。
The engine 1 includes an intake pipe 2, an exhaust pipe 4, and a supercharger 8. The supercharger 8 includes a turbine 10 that is driven by exhaust kinetic energy, and a compressor 9 that is rotationally driven by the turbine 10 and compresses intake air.
The turbine 10 includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotational speed (rotational speed) by changing the opening degree of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine 10 is electromagnetically controlled by the ECU 20.

吸気管2内の、コンプレッサ9の下流には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ5及び吸入空気量を制御するインテークシャッタ(スロットル弁)3が設けられている。インテークシャッタ3は、図示しないアクチュエータを介してECU20により、開閉制御される。   An intercooler 5 for cooling the pressurized air and an intake shutter (throttle valve) 3 for controlling the intake air amount are provided in the intake pipe 2 downstream of the compressor 9. The intake shutter 3 is controlled to be opened and closed by the ECU 20 via an actuator (not shown).

排気管4のタービン10の上流側と、吸気管2のインテークシャッタ5の下流側との間には、排気を吸気管2に還流する排気還流通路6が設けられている。排気還流通路6には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁(以下「EGR弁」という)7が設けられている。EGR弁7は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU20により制御される。   Between the upstream side of the turbine 10 in the exhaust pipe 4 and the downstream side of the intake shutter 5 in the intake pipe 2, an exhaust gas recirculation passage 6 for returning the exhaust gas to the intake pipe 2 is provided. The exhaust gas recirculation passage 6 is provided with an exhaust gas recirculation control valve (hereinafter referred to as “EGR valve”) 7 for controlling the exhaust gas recirculation amount. The EGR valve 7 is an electromagnetic valve having a solenoid, and the valve opening degree is controlled by the ECU 20.

排気管4の、タービン10の下流側には、排気中の酸素濃度OXYCを検出する酸素濃度センサ23と、排気を浄化する触媒コンバータ11と、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下「DPF」という)12とが上流側からこの順序で設けられている。   On the downstream side of the turbine 10 in the exhaust pipe 4, an oxygen concentration sensor 23 that detects the oxygen concentration OXYC in the exhaust, a catalytic converter 11 that purifies the exhaust, and a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) 12 Are provided in this order from the upstream side.

酸素濃度センサ23は、触媒コンバータ11の近傍に設けられている。触媒コンバータ11は、排気中に含まれる炭化水素及び一酸化炭素の酸化を促進するための酸化触媒を内蔵する。ただし、触媒コンバータ11は、酸素蓄積能力を有しないことが望ましい。なお、触媒コンバータ11は、NOxを吸着するNOx吸着剤及びNOxの還元作用が付加されたものであってもよい。   The oxygen concentration sensor 23 is provided in the vicinity of the catalytic converter 11. The catalytic converter 11 incorporates an oxidation catalyst for promoting the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas. However, it is desirable that the catalytic converter 11 does not have oxygen storage capability. Note that the catalytic converter 11 may be added with a NOx adsorbent that adsorbs NOx and a NOx reduction action.

DPF12は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素(C)を主成分とするパティキュレートであるスート(soot)を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)等のセラミックスや金属多孔体が使用される。DPF12に堆積したパティキュレートを燃焼させる再生処理が適時実行される。再生処理は、例えばポスト噴射(排気行程での燃料噴射)を実行することにより行われる。すなわち、触媒コンバータ11の酸化触媒によりポスト噴射された燃料の酸化が促進され、DPF12に流入する排気温が上昇し、堆積したパティキュレートが燃焼する。   When the exhaust gas passes through the fine holes in the filter wall, the DPF 12 deposits soot, which is a particulate material mainly composed of carbon (C) in the exhaust gas, on the surface of the filter wall and the holes in the filter wall. Collect by letting. As a constituent material of the filter wall, for example, ceramics such as silicon carbide (SiC) or a porous metal body is used. A regeneration process for burning the particulates deposited on the DPF 12 is executed in a timely manner. The regeneration process is performed, for example, by executing post injection (fuel injection in the exhaust stroke). That is, the oxidation of the fuel post-injected by the oxidation catalyst of the catalytic converter 11 is promoted, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 12 rises, and the accumulated particulates burn.

さらにエンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ22、エンジン1の吸入空気流量GAを検出する吸入空気流量センサ21、エンジン1の冷却水温を検出する冷却水温センサ(図示せず)などが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ECU20に供給される。エンジン1の回転数NEは、クランク角度位置センサの出力から算出される。   Further, a crank angle position sensor 22 that detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, an intake air flow rate sensor 21 that detects the intake air flow rate GA of the engine 1, and a cooling water temperature sensor (not shown) that detects the cooling water temperature of the engine 1. The detection signals of these sensors are supplied to the ECU 20. The engine speed NE of the engine 1 is calculated from the output of the crank angle position sensor.

ECU20は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁16、EGR弁7などに制御信号を供給する出力回路から構成される。   The ECU 20 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). A storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that supplies control signals to the fuel injection valve 16, the EGR valve 7, and the like.

次に図2を参照して、本実施形態における触媒コンバータ11の劣化判定手法を説明する。エンジン1の停止直後においては、触媒コンバータ11の吸着剤に吸着されている炭化水素の酸化反応がおきるため、図2に実線(浄化率CE=99%)で示すように、酸素濃度センサ23により検出される、触媒コンバータ11近傍の酸素濃度OXYCが、時間経過とともに徐々に減少する。図2において時刻t0がエンジン1の停止時点である。   Next, with reference to FIG. 2, a method for determining the deterioration of the catalytic converter 11 in the present embodiment will be described. Immediately after the engine 1 is stopped, an oxidation reaction of hydrocarbons adsorbed on the adsorbent of the catalytic converter 11 occurs, and therefore, as shown by a solid line (purification rate CE = 99%) in FIG. The detected oxygen concentration OXYC in the vicinity of the catalytic converter 11 gradually decreases with time. In FIG. 2, the time t0 is the stop point of the engine 1.

吸着されていた炭化水素の酸化が終わると、酸素濃度OXYCは徐々に増加し、もとのレベルに戻る。図2の破線は、触媒コンバータ11が劣化した状態(浄化率CE=60%)の特性を示す。このように、触媒コンバータ11が劣化すると、エンジン停止後の酸素濃度OXYCの低下量が減少することが確認されている。   When the adsorption of the adsorbed hydrocarbon is finished, the oxygen concentration OXYC gradually increases and returns to the original level. The broken lines in FIG. 2 indicate the characteristics in a state where the catalytic converter 11 has deteriorated (purification rate CE = 60%). Thus, it has been confirmed that when the catalytic converter 11 deteriorates, the amount of decrease in the oxygen concentration OXYC after the engine stops decreases.

そこで本実施形態では、計測された酸素濃度OXYC(図2に細い実線で示す)の最小値Lmを下記式(1)に適用して、浄化率CEを算出し、浄化率CEが判定閾値CETH(例えば65%)以下となったとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定するようにしている。
CE={(Lm−L99)/(L60−L99)}(60−99)+99
(1)
ここでL60は、浄化率60%まで劣化した触媒コンバータに対応する酸素濃度OXYCの最小値であり、L99は浄化率99%の触媒コンバータに対応する酸素濃度OXYCの最小値である。
Therefore, in the present embodiment, the purification value CE is calculated by applying the minimum value Lm of the measured oxygen concentration OXYC (indicated by a thin solid line in FIG. 2) to the following equation (1), and the purification rate CE is determined by the determination threshold CETH. When it becomes (for example, 65%) or less, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated.
CE = {(Lm−L99) / (L60−L99)} (60−99) +99
(1)
Here, L60 is the minimum value of the oxygen concentration OXYC corresponding to the catalytic converter degraded to a purification rate of 60%, and L99 is the minimum value of the oxygen concentration OXYC corresponding to the catalytic converter having a purification rate of 99%.

図3は、上述した判定手法を用いて触媒コンバータ11の劣化判定を行う手順を示すフローチャートである。
ステップS11では、劣化判定実行条件が成立するか否かを判別する。具体的には、エンジン1の作動中において、エンジン冷却水温、排気温、吸気温、吸入空気量、エンジン回転数、車速(エンジン1で駆動される車両の走行速度)などの運転パラメータが所定範囲内にあり、かつ酸素濃度センサ23の異常が検出されておらず、かつエンジン1の停止時間が所定範囲内にあるとき、劣化判定実行条件が成立する。劣化判定実行条件が成立していないときは、直ちに本処理を終了する。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for determining deterioration of the catalytic converter 11 using the above-described determination method.
In step S11, it is determined whether or not a deterioration determination execution condition is satisfied. Specifically, during operation of the engine 1, operating parameters such as engine cooling water temperature, exhaust temperature, intake air temperature, intake air amount, engine speed, vehicle speed (travel speed of the vehicle driven by the engine 1) are within a predetermined range. The deterioration determination execution condition is satisfied when the abnormality of the oxygen concentration sensor 23 is not detected and the stop time of the engine 1 is within the predetermined range. When the deterioration determination execution condition is not satisfied, this process is immediately terminated.

ステップS11の答が肯定(YES)であって、劣化判定実行条件が成立しているときは、エンジン1が停止しているか否かを判別する。エンジン1の作動中は直ちに本処理を終了し、エンジン1が停止していれば、ステップS13以下を実行する。   If the answer to step S11 is affirmative (YES) and the deterioration determination execution condition is satisfied, it is determined whether or not the engine 1 is stopped. When the engine 1 is in operation, this process is immediately terminated. If the engine 1 is stopped, step S13 and subsequent steps are executed.

ステップS13では、インテークシャッタ3を閉じて、外部から空気が流入しないようにする。ステップS14では、酸素濃度センサ23により酸素濃度OXYCを計測する。ステップS15では、酸素濃度OXYCの最小値Lmを、前記式(1)に適用し、浄化率CEを算出する。   In step S13, the intake shutter 3 is closed to prevent air from flowing in from the outside. In step S14, the oxygen concentration sensor 23 measures the oxygen concentration OXYC. In step S15, the minimum value Lm of the oxygen concentration OXYC is applied to the equation (1) to calculate the purification rate CE.

ステップS16では、浄化率CEが判定閾値CETH以下か否かを判別し、浄化率CEが判定閾値CETH以下であるときは、触媒コンバータ11が劣化したと判定する(ステップS17)。一方、浄化率CEが判定閾値CETHより大きいときは、触媒コンバータ11は正常と判定する(ステップS18)。   In step S16, it is determined whether or not the purification rate CE is equal to or less than a determination threshold value CETH. If the purification rate CE is equal to or less than the determination threshold value CETH, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated (step S17). On the other hand, when the purification rate CE is larger than the determination threshold value CETH, it is determined that the catalytic converter 11 is normal (step S18).

以上のように本実施形態では、触媒コンバータ11の上流側近傍に配置された酸素濃度センサ23により、エンジン1の停止後に検出される酸素濃度OXYCの最小値Lmに基づいて、触媒コンバータ11の浄化率CEが算出され、浄化率CEが判定閾値CETH以下であるとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定される。このようにエンジン1の停止後に判定を行うことにより、エンジン作動中の劣化判定を行う場合の不具合を解消することができる。また触媒コンバータ11近傍における酸素濃度に応じて判定を行うことにより、従来の手法に比べて判定精度を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the purification of the catalytic converter 11 is performed based on the minimum value Lm of the oxygen concentration OXYC detected after the engine 1 is stopped by the oxygen concentration sensor 23 disposed in the vicinity of the upstream side of the catalytic converter 11. When the rate CE is calculated and the purification rate CE is equal to or less than the determination threshold value CETH, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated. By making the determination after the engine 1 is stopped in this way, it is possible to eliminate a problem in the case of performing the deterioration determination during engine operation. Further, by performing the determination according to the oxygen concentration in the vicinity of the catalytic converter 11, the determination accuracy can be improved as compared with the conventional method.

(変形例)
図4は、触媒コンバータ11の温度(以下「触媒温度」という)TCATを変化させたときの、エンジン停止後の酸素濃度OXYCの経時変化を示すタイムチャートである。ただし、図2に比べて時間軸が拡大されており、図4に示される時間範囲は、図2より狭くなっている。ラインL1は、触媒コンバータが無いときの特性を示し、ラインL3及びL4は、それぞれ触媒温度TCATが150℃及び200℃の状態における特性を示す。またラインL2は、触媒温度TCATが300℃の状態における特性を示す。この特性から明らかなように、触媒温度TCATが高くなると、酸素濃度の低下量が減少し、触媒コンバータ11が劣化したのと同じような特性を示す。これは、触媒温度TCATが高くなると、触媒コンバータ11の吸着剤の吸着能力が低下し、燃料の未燃成分(未燃HC)を保持できなくなるためと考えられる。
(Modification)
FIG. 4 is a time chart showing the change over time in the oxygen concentration OXYC after the engine is stopped when the temperature of the catalytic converter 11 (hereinafter referred to as “catalyst temperature”) TCAT is changed. However, the time axis is expanded as compared with FIG. 2, and the time range shown in FIG. 4 is narrower than that of FIG. Line L1 shows the characteristics when there is no catalytic converter, and lines L3 and L4 show the characteristics when the catalyst temperature TCAT is 150 ° C. and 200 ° C., respectively. Line L2 shows the characteristics when the catalyst temperature TCAT is 300 ° C. As is clear from this characteristic, when the catalyst temperature TCAT increases, the amount of decrease in the oxygen concentration decreases, and the characteristic similar to that of the deterioration of the catalytic converter 11 is exhibited. This is presumably because when the catalyst temperature TCAT increases, the adsorption capacity of the adsorbent of the catalytic converter 11 decreases, and the unburned component (unburned HC) of the fuel cannot be retained.

そこで、本変形例では、触媒温度TCATを検出する触媒温度センサを触媒コンバータ11に取付け、触媒温度センサにより検出される触媒温度TCATが高いときは、エンジン1の停止直前に炭化水素(燃焼物)を触媒コンバータ11に供給し、酸化反応が起きやすくなるようにして、劣化判定を行うようにしている。   Therefore, in this modification, a catalyst temperature sensor for detecting the catalyst temperature TCAT is attached to the catalytic converter 11, and when the catalyst temperature TCAT detected by the catalyst temperature sensor is high, the hydrocarbon (combusted matter) immediately before the engine 1 is stopped. Is supplied to the catalytic converter 11 so that the oxidation reaction is likely to occur and the deterioration is determined.

図5は、図3に示すフローチャートにステップS21、S22及びS23を追加したものである。ステップS21では、エンジンスイッチがオフされたか否かを判別し、この答が否定(NO)であるときは、直ちに本処理を終了する。エンジンスイッチがオフされたときは、触媒温度TCATが所定温度TCATH(例えば250℃)以上であるか否かを判別し、この答が否定(NO)であるときは、直ちにステップS11に進む。ステップS22の答が肯定(YES)であって、触媒温度TCATが高いときは、EGR弁7を開弁することにより、排気還流通路6内に残っている未燃燃料成分を触媒コンバータ11に供給する(ステップS23)。なお、これだけでは燃焼物量が不十分であるときは、燃料噴射弁16により微量の燃料噴射を実行して、触媒コンバータ11に燃料を供給することが望ましい。   FIG. 5 is obtained by adding steps S21, S22, and S23 to the flowchart shown in FIG. In step S21, it is determined whether or not the engine switch has been turned off. If the answer to step S21 is negative (NO), the process immediately ends. When the engine switch is turned off, it is determined whether or not the catalyst temperature TCAT is equal to or higher than a predetermined temperature TCATH (for example, 250 ° C.). If this answer is negative (NO), the process immediately proceeds to step S11. If the answer to step S22 is affirmative (YES) and the catalyst temperature TCAT is high, the EGR valve 7 is opened to supply the unburned fuel component remaining in the exhaust gas recirculation passage 6 to the catalytic converter 11. (Step S23). Note that when the amount of combustion products is insufficient by this alone, it is desirable to supply a fuel to the catalytic converter 11 by executing a small amount of fuel injection by the fuel injection valve 16.

本変形例によれば、触媒温度TCATが300℃の状態でも、図4にラインL5で示すように、酸素濃度OXYCが十分に低下するので、正常であるのに劣化していると誤判定することを防止することができる。   According to this modification, even when the catalyst temperature TCAT is 300 ° C., the oxygen concentration OXYC is sufficiently lowered as shown by the line L5 in FIG. This can be prevented.

(その他の変形例)
上述した実施形態では、エンジン停止後に検出される酸素濃度OXYCの最小値Lmに応じて浄化率CEを算出するようにしたが、以下に説明するような手法により、浄化率CEを算出するようにしてもよい。
(Other variations)
In the above-described embodiment, the purification rate CE is calculated according to the minimum value Lm of the oxygen concentration OXYC detected after the engine is stopped. However, the purification rate CE is calculated by the method described below. May be.

図6(a)に示すように時刻t0から、検出される酸素濃度OXYCが所定濃度LTHに復帰するまでの復帰時間TR(TR60:浄化率60%の場合,TR99:浄化率99%の場合)と、浄化率CEとは、図7に示すようにほぼ比例するので、時刻t0から酸素濃度OXYCが所定濃度LTHに復帰するまでの復帰時間TRを求め、図7に示す関係を用いて浄化率CEを求めるようにしてもよい。   As shown in FIG. 6A, the return time TR from the time t0 until the detected oxygen concentration OXYC returns to the predetermined concentration LTH (TR60: when the purification rate is 60%, TR99: when the purification rate is 99%) Since the purification rate CE is substantially proportional as shown in FIG. 7, the recovery time TR from the time t0 until the oxygen concentration OXYC returns to the predetermined concentration LTH is obtained, and the purification rate is obtained using the relationship shown in FIG. CE may be obtained.

また、酸素濃度変化特性の時間微分値の絶対値(以下「傾きパラメータ」という)ALTは、時刻t0の直後において最大となり、図6(b)に示すように、触媒コンバータ11の浄化率が高いほど、傾きパラメータALTは大きくなる。この傾きパラメータALTも、浄化率CEとほぼ比例する関係を有するので、傾きパラメータALTに応じて、図7に示す関係を用いて浄化率CEを求める。   Further, the absolute value (hereinafter referred to as “slope parameter”) ALT of the time differential value of the oxygen concentration change characteristic becomes the maximum immediately after time t0, and the purification rate of the catalytic converter 11 is high as shown in FIG. 6B. As the slope parameter ALT increases, the slope parameter ALT increases. Since the slope parameter ALT also has a relationship that is substantially proportional to the purification rate CE, the purification rate CE is obtained using the relationship shown in FIG. 7 according to the slope parameter ALT.

また、図6(c)に示すように所定積分期間TINT内において検出される酸素濃度OXYCの時間積分値に相当するパラメータ(以下「積分値パラメータ」という)INTを求め、積分値パラメータINTに応じて浄化率CEを求めるようにしてもよい。例えば、図6(c)に示すハッチング領域の面積が、浄化率99%の場合の積分値パラメータINTに相当する。   Further, as shown in FIG. 6C, a parameter INT (hereinafter referred to as “integrated value parameter”) INT corresponding to the time integrated value of the oxygen concentration OXYC detected within the predetermined integration period TINT is obtained, and according to the integrated value parameter INT. Thus, the purification rate CE may be obtained. For example, the area of the hatched area shown in FIG. 6C corresponds to the integral parameter INT when the purification rate is 99%.

浄化率CEが高くなるほど、積分値パラメータINTは減少する傾向があるため、積分値パラメータINTと、浄化率CEとの関係を予め実験的に求めて、テーブルとしてECU20の記憶回路に記憶しておき、計測される積分値パラメータINTに応じて、テーブル検索により浄化率CEが求められる。   Since the integral value parameter INT tends to decrease as the purification rate CE increases, the relationship between the integral value parameter INT and the purification rate CE is experimentally obtained in advance and stored in the storage circuit of the ECU 20 as a table. The purification rate CE is obtained by table search according to the measured integral value parameter INT.

また上述した判定パラメータ、すなわち酸素濃度の最小値Lm、復帰時間TR、傾きパラメータALT、または積分値パラメータINTを、浄化率CEに変換することなく、これらの判定パラメータに対応した判定閾値をそれぞれ設定して、判定パラメータと、対応する判定閾値との関係から、触媒コンバータ11の劣化を判定するようにしてもよい。すなわち、最小値Lmを判定パラメータとして用いる場合には、最小値Lmが対応する判定閾値LmTH以上であるとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定し、復帰時間TRを判定パラメータとして用いる場合には、復帰時間TRが対応する判定閾値TRTH以下であるとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定し、傾きパラメータALTを判定パラメータとして用いる場合には、傾きパラメータALTが対応する判定閾値ALTTH以下であるとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定し、積分値パラメータINTを判定パラメータとして用いる場合には、積分値パラメータINTが対応する判定閾値ALTTH以上であるとき、触媒コンバータ11が劣化したと判定する。   Further, the determination thresholds corresponding to these determination parameters are set without converting the above-described determination parameters, that is, the minimum value Lm of the oxygen concentration, the return time TR, the inclination parameter ALT, or the integral value parameter INT into the purification rate CE. Then, the deterioration of the catalytic converter 11 may be determined from the relationship between the determination parameter and the corresponding determination threshold value. That is, when the minimum value Lm is used as a determination parameter, when the minimum value Lm is equal to or greater than the corresponding determination threshold LmTH, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated, and when the return time TR is used as a determination parameter, When the return time TR is equal to or less than the corresponding determination threshold value TRTH, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated, and when the inclination parameter ALT is used as the determination parameter, when the inclination parameter ALT is equal to or less than the corresponding determination threshold value ALTTH, When it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated and the integral value parameter INT is used as a determination parameter, it is determined that the catalytic converter 11 has deteriorated when the integral value parameter INT is equal to or greater than the corresponding determination threshold ALTTH.

上述した実施形態では、ECU20が劣化判定手段を構成する。具体的には、図3または図5に示す手順を実行する演算処理が劣化判定手段に相当する。   In the embodiment described above, the ECU 20 constitutes a deterioration determination unit. Specifically, the arithmetic processing for executing the procedure shown in FIG. 3 or FIG. 5 corresponds to the deterioration determination means.

なお、酸素濃度センサ23は、触媒コンバータ11の下流側近傍に設けるようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンの排気系に設けられる触媒コンバータの劣化検出にも適用が可能である。
The oxygen concentration sensor 23 may be provided in the vicinity of the downstream side of the catalytic converter 11.
The present invention is also applicable to detection of deterioration of a catalytic converter provided in an exhaust system of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the internal combustion engine and its control apparatus concerning one Embodiment of this invention. 触媒コンバータの劣化判定手法を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the deterioration determination method of a catalytic converter. 劣化判定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of deterioration determination. 触媒コンバータの温度の影響を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the influence of the temperature of a catalytic converter. 図3に示す手順の変形例のフローチャートである。It is a flowchart of the modification of the procedure shown in FIG. 他の変形例を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating another modification. 判定パラメータ(TR,ALT)と、触媒コンバータの浄化率(CE)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the determination parameter (TR, ALT) and the purification rate (CE) of a catalytic converter.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
4 排気管
11 触媒コンバータ
20 電子制御ユニット(劣化判定手段)
23 酸素濃度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 4 Exhaust pipe 11 Catalytic converter 20 Electronic control unit (deterioration determination means)
23 Oxygen concentration sensor

Claims (6)

内燃機関の排気系に設けられた、排気を浄化する触媒コンバータの劣化を検出する、触媒コンバータの劣化検出装置において、
前記触媒コンバータの近傍に設けられた酸素濃度センサと、
前記機関の停止後に前記酸素濃度センサにより検出される酸素濃度に応じて、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備えることを特徴とする触媒コンバータの劣化検出装置。
In a deterioration detection device for a catalytic converter, which is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and detects deterioration of a catalytic converter for purifying exhaust gas,
An oxygen concentration sensor provided in the vicinity of the catalytic converter;
A deterioration detection device for a catalytic converter, comprising: deterioration determination means for determining deterioration of the catalytic converter according to an oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor after the engine is stopped.
前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の時間変化率に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置。   The catalytic converter deterioration detection device according to claim 1, wherein the deterioration determination unit performs the determination according to a time change rate of the oxygen concentration after the engine is stopped. 前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の最小値に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置。   The catalytic converter deterioration detection device according to claim 1, wherein the deterioration determination unit performs the determination according to a minimum value of the oxygen concentration after the engine is stopped. 前記劣化判定手段は、前記機関の停止時点から、前記酸素濃度が上昇して所定値に達する時点までの時間に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置。   2. The catalytic converter according to claim 1, wherein the deterioration determination unit performs the determination according to a time from when the engine is stopped to when the oxygen concentration increases and reaches a predetermined value. Deterioration detection device. 前記劣化判定手段は、前記機関の停止後における前記酸素濃度の積分値に応じて、前記判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置。   2. The deterioration detection device for a catalytic converter according to claim 1, wherein the deterioration determination means performs the determination according to an integrated value of the oxygen concentration after the engine is stopped. 前記劣化判定手段は、前記機関の停止直前に前記触媒コンバータに燃焼物を供給することを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータの劣化検出装置。   2. The deterioration detection device for a catalytic converter according to claim 1, wherein the deterioration determination unit supplies a combustion product to the catalytic converter immediately before the engine is stopped.
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