JP2003161144A - 排出ガス対策装置の劣化診断方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ガソリンエンジンの排出ガスを三元
触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の
触媒の劣化を診断する劣化診断方法および装置に関し、
加速運転域を含む広範な運転条件において適用できる、
高精度かつ実用性の高い排出ガス対策装置の劣化診断方
法および装置を提供する。 【解決手段】時間的に変化する空燃比（Ａ／Ｆ）を触媒
の入口側および出口側で測定するＯ₂センサ１１ａ，１
１ｂと、Ｏ₂センサ１１ａ，１１ｂで測定された空燃比
変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算出
部１２と、パワースペクトル算出部１２で求められたパ
ワースペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係
数（ｙ切片）に基づいて触媒の劣化を診断する劣化診断
部１３と、その診断結果を表示する表示部１４とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排出ガ
スを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装
置の触媒の劣化を診断する劣化診断方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリン車の排出ガス対策では、高精度
な空燃比制御と浄化効率の高い触媒装置を組み合わせる
三元触媒方式が一般的で、排気浄化を後処理技術に多く
依存している。このため触媒が劣化して浄化機能が低下
した場合には、排出ガスが大幅に悪化する一方、車の運
転性にはほとんど影響しないことから、異常な排出ガス
車が長期間、気づかずに使われ続けられる危険性があ
る。したがって触媒装置を車上で自己診断する装置（Ｏ
ＢＤ；Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）の役割
は、大気環境保全の観点から今後非常に重要となる。

【０００３】ただし、現状では触媒劣化を車上で直接検
知できる技術がないため、実験室等に据え置いた状態で
触媒前後に取り付けた２本の空燃比センサ（Ｏ₂セン
サ）の出力波形などから劣化を診断する手法が、米国で
のＯＢＤＩＩ規制に対応して使われることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その劣化診断手法とし
て、Ｏ₂センサ信号の周波数をカウントする方法や、空
燃比に人為的な外乱を与えてＯ₂センサ信号の変化を捉
える方法などが使われているが、加速域など触媒劣化の
影響が出やすい運転域で、かつガス量や空然比が不規則
に変動する運転条件では正確な診断が難しいという問題
がある。

【０００５】例えば特開平７−３０５０６２３号公報に
は、上流側センサと下流側センサによる空燃比の測定値
の振幅比や反転周期から触媒の劣化を判定する方法にお
いて、判定精度を上げるために、入口側センサの振動特
性が判定に適正な条件の時（エンジンの運転条件を判定
する手段により安定した運転条件の時を選択する）にだ
け、出口側センサと比較する方法が開示されている。こ
のように、従来は、診断を行いやすい運転域を限定して
判定処理を行う例が多く、実使用条件下での触媒診断に
は、必ずしも十分なものとなっていない。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、加速運転域を
含む広範な運転条件において適用できる、高精度かつ実
用性の高い排出ガス対策装置の劣化診断方法および装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の排出ガス対策装置の劣化診断方法は、エンジンの排
出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対
策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断方法において、
エンジン稼動中に、時間的に変化する空燃比を触媒の出
口側で測定する測定過程と、測定過程で測定された空燃
比変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算
出過程と、パワースペクトル算出過程で求められたパワ
ースペクトルに基づいて、触媒の劣化を診断する劣化診
断過程とを有することを特徴とする。

【０００８】本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法
は、測定された空燃比変動のパワースペクトルを求め、
そのパワースペクトルに基づいた触媒の劣化診断を行な
うものであり、後述するように、本発明のパワースペク
トルを求める方法によると、加速運転域を含む広範な運
転域で安定的に高精度な劣化診断を行なうことができ、
実用性に優れた劣化診断方法である。

【０００９】ここで、上記測定過程では、時間的に変化
する空燃比を、触媒の出口側のほかその触媒の入口側で
も測定し、パワースペクトル算出過程では、測定過程で
測定された、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変
動のパワースペクトルを求め、劣化診断過程では、パワ
ースペクトル算出過程で求められた、触媒の入口側の空
燃比変動のパワースペクトルに対する触媒の出口側の空
燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づいて、
触媒の劣化を診断することができる。

【００１０】従来の劣化診断方法は、入口側センサの測
定値と出口側センサの測定値を時間軸上で比較するもの
であり、運転条件やセンサ出力の特性変化による影響を
受け易いため、エンジンごとに処理を工夫する必要があ
るなど、汎用性の点で問題があった。これに対し本発明
では、空燃比の時間軸上の瞬間的な変動を問題にするの
ではなく、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動
を測定してそれぞれのパワースペクトルとその変化を求
める方法であり、高精度の触媒劣化診断が可能となる。

【００１１】ここでは、本発明の排出ガス対策装置の劣
化診断方法において、劣化診断過程では、パワースペク
トルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づい
て触媒の劣化を診断することが好ましい。

【００１２】パワースペクトルを求めた後、そのパワー
スペクトルに基づいて触媒劣化診断を行なうにあたって
は、具体的には例えば上記のようにパワースペクトルを
一次式で近似しその近似した一次式の係数に基づいて触
媒診断を行なうことができる。ただし必ずしも一次式で
近似する方法を採用する必要はなく、一次式以外の適当
な関数で近似してその関数の係数に基づいて触媒劣化診
断を行なってもよく、あるいは、ある周波数領域内のパ
ワースペクトルの平均値を求め、その平均値に基づいて
触媒劣化診断を行ってもよく、本発明は、パワースペク
トルを求めた後、そのパワースペクトルから触媒劣化診
断に結びつく特徴量を抽出するアルゴリズムの如何を問
うものではない。

【００１３】さらに上記本発明の排出ガス対策装置の劣
化診断方法において、上記測定過程は、Ｏ₂センサを用
いて空燃比の変動状態を測定するものであってもよい。

【００１４】空燃比を直接に測定する空燃比センサはか
なり大がかりで高価なセンサであり、空燃比を直接に測
定することに代えてＯ₂センサでＯ₂の量（時間的変化）
を測定することでも、後述するように十分な高精度で触
媒劣化診断を実行することができ、小型化、安価なセン
サで済むことになる。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明の排出ガ
ス対策装置の劣化診断装置は、エンジンの排出ガスを触
媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触
媒の劣化を診断する劣化診断装置において、時間的に変
化する空燃比を触媒の出口側で測定するセンサと、上記
センサで測定された空燃比変動のパワースペクトルを求
めるパワースペクトル算出部と、パワースペクトル算出
部で求められたパワースペクトルに基づいて、触媒の劣
化を診断する劣化診断部とを備えたことを特徴とする。

【００１６】ここで、上記本発明の排出ガス対策装置の
劣化診断装置において、上記センサのほかに、時間的に
変化する空燃比を、触媒の入口側で測定するセンサを備
え、パワースペクトル算出部は、上記２つのセンサで測
定された、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動
のパワースペクトルを求めるものであり、劣化診断部
は、パワースペクトル算出部で求められた、触媒の入力
側の空燃比変動のパワースペクトルに対する触媒の出力
側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づ
いて、触媒の劣化を診断するものであることが好まし
い。

【００１７】さらに、上記本発明の排出ガス対策装置の
劣化診断装置において、上記劣化診断部では、パワース
ペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基
づいて触媒の劣化を診断するものであってもよく、ま
た、センサは、Ｏ₂センサであってもよい。

【００１８】さらに、上記本発明の排出ガス対策装置の
劣化診断装置において、劣化診断部での診断結果を出力
する診断結果出力部を備えることが好ましい。

【００１９】この診断結果出力部は、本発明の排出ガス
対策装置の劣化診断装置を一般の車両に搭載した場合の
運転パネル上の表示部であってもよく、触媒が劣化した
ことを音声あるいはブザー等で知られる発音部であって
もよく、その出力形態を問うものではない。また、この
診断結果出力部は、触媒の劣化の程度を出力するもので
あってもよく、あるいは触媒が劣化したことを通知する
ものであってもよい。また、触媒の劣化の程度を出力す
る場合であっても、触媒の劣化の程度を直接に出力する
ことに代え、触媒の交換時期、今後触媒を変換せず走行
することのできる走行距離、あるいは交換までの日数等
の情報に置き換えて出力するものであってもよい。

【００２０】このような診断結果出力部を備えることに
より、例えば触媒が劣化したことに気づかずに運転しつ
づけるといった事態を改善することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２２】図１は、本発明の排出ガス対策装置の劣化
診断方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【００２３】この図１に示す排出ガス対策装置の劣化診
断方法は、ガソリンエンジンの排出ガスを三元触媒によ
り浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の、その三
元触媒の劣化を診断する劣化診断方法であって、測定過
程（ステップａ）と、パワースペクトル算出過程（ステ
ップｂ）と、劣化診断過程（ステップｃ）とから構成さ
れている。

【００２４】三元触媒は、触媒層の表面が非常に細密な
粒子構造を持っており、流入した排出ガス中の反応に関
与する分子を多く吸着、保持する機能を有している。一
方、三元触媒車のガソリンエンジンでは、触媒反応を有
効に働かせるため空燃比を理論混合比を境に細かく変化
させる制御を行うのが一般的である。したがって、触媒
に吸着されていた排出ガス分子と後から触媒に流入した
排出ガス分子とが触媒表面上で酸化と還元の両反応を同
時に起こし、その結果としてエンジンで生成したＣＯ、
ＨＣ、ＮＯｘが同時に浄化される。こうした作用の結
果、触媒出口での空燃比変動の周波数成分は極端に少な
くなっている。ここで、触媒の劣化とは、触媒表面にお
ける反応関与物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、Ｈ₂、Ｏ₂など
の各分子）の吸着保持機能が低下することであり、触媒
が劣化した場合は、反応が進まないまま触媒を通過する
ガスが多くなって、触媒出口ガスの空燃比変動が触媒前
側の状態により近付くことになる。空燃比変動の例につ
いては後述する。

【００２５】図１のステップａの測定過程では、エンジ
ン稼動中に、Ｏ₂センサを用いて、時間的に変化する空
燃比が触媒の出口側で測定される。本実施形態における
測定過程では、さらに、Ｏ₂センサを用いて、時間的に
変化する空燃比が、触媒の入口側でも測定される。

【００２６】また、ステップｂのパワースペクトル算出
過程では、測定過程で測定された、触媒の入口側と出口
側との双方の空燃比変動のパワースペクトルが求められ
る。

【００２７】ここで、本実施形態における劣化診断過程
では、パワースペクトルが一次式で近似され、近似され
た一次式の係数に基づいて触媒の劣化が診断される。ま
た、本実施形態では、測定過程（ステップａ）で触媒の
入口側と出口側との双方で空燃比が測定され、パワース
ペクトル算出過程（ステップｂ）では、測定過程で測定
された触媒の入口側の空燃比変動と出口側の空燃比変動
との双方のパワースペクトルが求められるため、ステッ
プｃの劣化診断過程では、パワースペクトル算出過程で
求められた、触媒の入力側の空燃比変動のパワースペク
トルに対する触媒の出力側の空燃比変動のパワースペク
トルの変化の程度、例えば触媒の入口側の空燃比変動の
パワースペクトルを近似した一次式の係数（ここではｙ
切片）に対する、触媒の出口側の空燃比変動のパワース
ペクトルを近似した一次式の係数（ｙ切片）の変化率あ
るいは変化幅等に基づいて三元触媒の劣化が診断され
る。

【００２８】図２は、自動車に搭載された本発明の一実
施形態としての排出ガス対策装置の劣化診断装置を示す
模式図である。

【００２９】この自動車１００にはガソリンエンジン１
１０が搭載されており、そのガソリンエンジン１１０の
排気ガスは、その排気ガスを三元触媒により浄化する排
出ガス対策装置１２０により浄化され、さらにマフラ１
３０により消音されて車外に排出される。

【００３０】ここで、排出ガス対策装置１２０の三元触
媒の入口側（ガソリンエンジン１１０側）およびその三
元触媒の出口側（マフラ１３０側）には、それぞれＯ₂
センサ１１ａ，１１ｂが備えられており、ガソリンエン
ジン１１０が稼動しているときの、その排出ガス中の酸
素濃度の時間変化が測定される。この酸素濃度は極めて
高い相関を持って空燃比をあらわしているものであり、
ここでは以下、Ｏ₂センサ１１ａ，１１ｂで空燃比が測
定されるという表現で説明する。

【００３１】２つのＯ₂センサ１１ａ，１１ｂでの測定
により得られる空燃比の時間変化信号は、パワースペク
トル算出部１２に入力され、各空燃比変動のパワースペ
クトルが求められる。このパワースペクトル算出部１２
は、図１に示す劣化診断方法におけるステップｂのパワ
ースペクトル算出過程に対応する。パワースペクトルの
具体例は後述する。

【００３２】また、図２の劣化診断部１３では、図１に
示す排出ガス対策装置の劣化診断方法におけるステップ
ｃの劣化診断過程に相当する処理が行なわれ、これによ
り、パワースペクトル算出部１２で求められたパワース
ペクトルに基づいて排出ガス対策装置１２０の三元触媒
の劣化診断が行なわれる。

【００３３】また、表示部１４では、劣化診断部１３で
求められた三元触媒の劣化診断結果が表示される。本実
施形態では、自動車１００の表示パネル上に赤ランプが
点灯することにより、三元触媒が劣化した旨表示され
る。

【００３４】

【実施例】以下、実験データに基づいて、上述の実施形
態の方法あるいは装置で三元触媒の劣化を高精度診断す
ることができることを示す。

【００３５】ここでの実験では、電子制御燃料噴射・空
燃比（Ａ／Ｆ）ストイキ制御方式のガソリンエンジンを
使用し、自動変速機を取り付けた状態でベンチに設置し
て自動運転装置によりモード運転等を行わせた。供試エ
ンジンの主要諸元を表１に示す。触媒診断の実験に使用
したＯ₂センサは、ジルコニア固体電解質の標準タイプ
であり、内部に暖機促進用のヒータが組み込まれてい
る。

【００３６】供試触媒は、表２に示すように新品触媒１
種類、及びその同等品に５万ｋｍ走行相当および８万ｋ
ｍ走行相当の迅速劣化処理を与えた２種類の劣化触媒を
用いた。各触媒の共通仕様を表３に示す。なお，これら
の触媒の担体、担持金属、担持方法などの仕様について
は、実験エンジンが装備している触媒装置と同タイプで
ある。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】図３は、実験装置の概略構成を示す図であ
る。

【００４１】各供試触媒を専用の試験容器に収納し、図
３に示す三元触媒２３の位置に取り付けた。触媒前後の
排出ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各濃度は、２台のガ
ス分析計（ＣＶＳ２４とガスアナライザ２５）を用いて
同時測定した。各成分の瞬時排出量は、ＣＶＳ希釈濃度
の連続分析法により測定した。触媒の反応状態を把握す
るため、触媒前後からサンプルした排出ガスを２台のＡ
／Ｆ計２１ａ，２１ｂに導入して各点のＡ／Ｆの変動状
態を連続測定した。Ｏ₂センサ２２ａ，２２ｂのＡ／Ｆ
に対する出力電圧特性を調べる実験では、エンジンのＡ
／Ｆ制御をオーブンループ状態とし、一定車速状態のも
とでＡ／Ｆを徐々に変化させる制御指令を与え、Ｏ₂セ
ンサ２２ａ，２２ｂの出力レベルを記録した。触媒劣化
時におけるＯ₂センサ出力を調べる実験では、Ｏ₂センサ
を図３に示す三元触媒２３の入口側と出口側に取り付け
て、１０・１５モード運転及び１１モード運転を行い、
センサ出力信号を連続記録した。なお、触媒前後の２本
のＯ₂センサについては、それぞれ空燃比に対する出力
特性が一致することを予め実験で確認した。以下に、こ
れらの実験・解析の結果を示す。

【００４２】迅速劣化試験で処理した５万ｋｍ走行相当
（劣化触媒Ａ）と８万ｋｍ走行相当（劣化触媒Ｂ）の２
種類の劣化触媒を用いて、Ｏ₂センサによる劣化検知の
妥当性を検討した。そのため、最初に触媒劣化状態を定
量的に把握することを目的として、新品触媒および２種
類の劣化触媒を交互にエンジン排気系に装着して、１１
モード及び１０・１５モード試験を行い、ＣＯ、ＨＣ、
ＮＯｘの各排出量を測定した。その結果を、図４，図５
に示す。劣化触媒Ａ及びＢでは、１１モード及び１０・
１５モード試験のいずれもＮＯｘ排出量が５３年度規制
の許容限度値をオーバーした。また触媒Ｂでは、１０・
１５モード試験においてＮＯｘ及びＣＯの排出量も規制
値をオーバーし、ＨＣも規制値近傍まで排出量が増加し
た。以上の結果から、供試触媒においては、劣化により
ＮＯｘ排出量が顕著に増加し、また５万ｋｍ走行相当の
劣化触媒Ａよりも、８万ｋｍ走行相当の劣化触媒Ｂの方
がさらに浄化性能が低下していることがわかった。

【００４３】次に、モード試験時のどの運転域で触媒劣
化の影響が出やすいかを探るため、１１モード試験時の
ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの各排出量の累積変化を調べた。
各触媒の比較を図６に示す。

【００４４】図６より、劣化触媒では、コールドスター
ト直後の加速時の排出量に大きな差が出ていること、ま
た触媒暖機後においても加速域での浄化性能に違いが現
れやすいことが明らかになった。この加速領域での浄化
性能の低下は、劣化触媒Ａよりも、劣化がさらに進行し
た劣化触媒Ｂの方が顕著であった。加速域は排出ガス流
量が多いため空間速度が増加し、結果的に触媒劣化の影
響を受けやすいものと見られる。すなわち適正な触媒劣
化診断を行う運転域としては、加速域を含むことが重要
である。

【００４５】（Ｏ₂センサの出力特性）米国ＯＢＤＩＩ
の触媒劣化検知規定に対応する方式として、Ｏ₂センサ
の信号を用いた間接診断法が使われることが多い。特
に、触媒装置の前後に取り付けた２本のＯ₂センサの出
力の振幅特性を比較する方法では、Ａ／Ｆに対する信号
出力特性が２本のセンサで基本的に同一特性を示すこと
が重要であり、Ｏ₂センサの性能要件を定めておく必要
がある。即ち、Ｏ₂センサの出力特性としては、取り付
け位置や走行条件に影響されることなくＡ／Ｆに対して
出力が一意に定まることが望ましい。しかしながら、Ｏ
₂センサの出力特性は、Ａ／Ｆが同一であっても排出ガ
ス組成が異なる場合には、異なる特性を示す場合のある
ことが知られている。Ｏ₂センサ出力の振幅特性比較法
では、２本のセンサを触媒装置の前後に装着するため、
取り付け位置において排出ガス組成が大きく異なり、結
果として両センサの出力特性に違いが生じることが考え
られる。この違いが触媒の劣化検知に微妙な影響を与え
る可能性があるため、それを実験的に調査した。

【００４６】図７は、Ａ／Ｆに対する触媒入口側Ｏ₂セ
ンサの電圧出力の変化を、車速３０〜５０ｋｍ／ｈの定
速運転条件で調べた結果である。センサ出力の急変点
は、理論空燃比とされるＡ／Ｆ１４．７近傍にあり、ど
の車速でもほぼ一定である。しかし５０ｋｍ／ｈでは、
Ａ／Ｆがリッチ側からリーン側に変化する領域でのセン
サ出力の変化が、低速時に比べて緩やかである。この出
力特性は、エンジンのＡ／Ｆ制御用Ｏ₂センサでも同様
に見られたことから、車速の上昇によって、Ａ／Ｆのリ
ッチ／リーンの判定基準値（０．４５Ｖ）相当のＯ₂セ
ンサ電圧発生条件がリッチ側にシフトすると予想され
る。即ち、Ａ／Ｆの制御中心もややリッチ側にシフト
し、これに伴って触媒入口側及ぴ出口側のＯ₂センサの
出力変動の中心もリッチ側にシフトするものと予想され
る。同様に、触媒出口側Ｏ₂センサ（劣化触媒Ａ）のＡ
／Ｆに対する出力変化を調べた結果を図８に示す。図中
の車速範囲では、Ａ／Ｆ１４．６近傍にある出力急変
点、及びリッチからリーンヘの急激な変動域におけるセ
ンサ出力の特性がほぼ一致している。

【００４７】一方、触媒が劣化した場合は触媒出口ガス
の組成も新品時より変化するので、出口側Ｏ₂センサの
出力特性が影響される可能性がある。そこで、新品触媒
及び２種類の劣化触媒をそれぞれエンジン排気系に装着
して４０ｋｍ／ｈ定常運転を行い、触媒出口側Ｏ₂セン
サのＡ／Ｆに対する出力特性を調べた。その結果を図９
に示す。劣化触媒ＡとＢの出力は、図中のＡ／Ｆ範囲で
ほぼ一致している。一方、新品触媒の出力は、リッチＡ
／Ｆ域において、劣化触媒の時よりも０．１Ｖ程度高い
が、その他のＡ／Ｆ域ではほぼ同様である。

【００４８】以上から、供試Ｏ₂センサを用いた場合、
車速の上昇に伴って触媒前後でのＯ₂センサ出力変動の
中心はリッチ側にシフトするものの、触媒出口側Ｏ₂セ
ンサのＡ／Ｆに対する出力特性が、車速範囲や触媒の劣
化状態にはそれほど影響されていないので、Ｏ₂センサ
出力の振幅特性の比較による触媒の劣化診断には問題が
ないと考えられる。

【００４９】（Ｏ₂センサ出力変動の波形）次に、触媒
の劣化状態が触媒装置前後のＯ₂センサ出力波形にどの
ような違いをもたらすか調べた。図１０〜図１３は、劣
化の影響が現れやすい加速域から定常域にかけての触媒
前後のＯ₂センサ出力波形を各種供試触媒ごとに比較し
たものである。図１１の新品触媒の場合は、触媒入口側
のＯ₂センサ出力（図１０）が０．１〜０．９Ｖの範囲
で大きく変動しているのに対して、出口側のセンサ出力
は加速域に入った直後にわずかに変動する以外は、ほぼ
安定している。さらに出口側のセンサ出力レベルが約
０．８Ｖ付近にあることから、この運転領域では触媒通
過ガスのＡ／Ｆがリッチ雰囲気に偏っていると推測され
る。この現象は、触媒のＯ₂ストレイジ効果で説明でき
る。即ち触媒流入ガス中に含まれるＯ₂が触媒層に吸蔵
され、結果として触媒通過ガス中の残存Ｏ₂がほとんど
無くなるため、出口側Ｏ₂センサは排気リッチを示す電
圧を発生したものである。一方、図１２、図１３の結果
は、触媒劣化の進行に伴って、出口側Ｏ₂センサの出力
変動が拡大することを示している。これは、触媒劣化の
ために触媒のＯ₂ストレイジ効果が低下したことに起因
すると考えられる。

【００５０】次に、こうした触媒劣化の進行に伴うＯ₂
センサ出力特性の変化を数値化する手法について検討し
た。その方法は、触媒入口側及び出口側Ｏ₂センサの出
力信号に対してＦＦＴ処理を加えてパワースペクトルを
求め、周波数に対する傾向を一次式で近似するものであ
る。

【００５１】図１４は、図１０〜図１３の加速域のＯ₂
センサの出力のパワースペクトル、図１５，図１６は、
図１０〜図１３の加速域と定常域の各運転域のＯ₂セン
サ信号に上記のような一次式近似処理を施して、各触媒
の違いを比較した結果である。一次式で近似すると触媒
の劣化状態が明瞭にあらわれることがわかる。図１５，
図１６より、加速域、定常域ともに触媒出口側Ｏ₂セン
サの出力波形の減衰率が、新品触媒、劣化触媒Ａ、劣化
触媒Ｂの順に減少していることが明確となった。同じ解
析手法を加速域、定常域を含むその他の運転条件にも適
用して調べた結果、触媒劣化によるパワースペクトル減
衰率の変化は、同様な傾向を示すことが確認できた。こ
のことから、触媒前後のＯ₂センサ信号にＦＦＴ解析を
加えたパワースペクトル一次式近似法は、触媒劣化の影
響が現れやすい加速域を含む運転条件に対しても適用可
能な触媒診断法であることが分かった。

【００５２】ここでは、一例として、この一次式の係数
の１つであるｙ切片（縦軸との交点）を求め、診断触媒
からのｙ切片の変化により触媒の劣化診断を行なう。こ
うすることにより、触媒の劣化が簡易かつ高精度に診断
できる。一次式に近似しなくても、所定の周波数帯域内
（例えばここに示す０〜５Ｈｚの間）のパワースペクト
ルの平均値を求めても、触媒の劣化状態を診断すること
が可能である。あるいは一次式以外の適当な関数に近似
してもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、触媒により排出ガスを浄化する排出ガス対策装置の
触媒の劣化を簡易かつ高精度に診断することができ、こ
れを自動車に搭載した場合、異常な排出ガス車が長期間
気づかれずに使われ続けられる危険を回避することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】自動車に搭載された、本発明の一実施形態とし
ての排出ガス対策装置の劣化診断装置を示す模式図であ
る。

【図３】実験装置の概略構成を示す図である。

【図４】１１モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ
の各排出量を示す図である。

【図５】１０・１５モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、
ＮＯｘの各排出量を示す図である。

【図６】１１モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ
の各排出量を示す図である。

【図７】触媒入口側のＯ₂センサの出力を示す図であ
る。

【図８】触媒出口側のＯ₂センサの出力を示す図であ
る。

【図９】触媒出口側のＯ₂センサのＡ／Ｆに対する出力
特性を示す図である。

【図１０】加速域から定常域にかけての触媒入口側のＯ
₂センサ出力波形を示した図である。

【図１１】新品触媒を用いたときの、加速域から定常域
にかけての触媒出口側のＯ₂センサ出力波形を示した図
である。

【図１２】劣化触媒Ａを用いたときの、加速域から定常
域にかけての触媒出口側のＯ₂センサ出力波形を示した
図である。

【図１３】劣化触媒Ｂを用いたときの、加速域から定常
域にかけての触媒出口側のＯ₂センサ出力波形を示した
図である。

【図１４】図１０〜図１３の加速域のＯ₂センサの出力
のパワースペクトルを示す図である。

【図１５】図１０〜図１３の加速域の各運転域のＯ₂セ
ンサ信号に一次近似処理を施したときのその一次式を示
した図である。

【図１６】図１０〜図１３の定常域の各運転域のＯ₂セ
ンサ信号に一次近似処理を施したときのその一次式を示
した図である。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ Ｏ₂センサ １２ パワースペクトル算出部 １３ 劣化診断部 １４ 表示部 ２１ａ，２１ｂ Ａ／Ｆ計 ２２ａ，２２ｂ Ｏ₂センサ ２３ 三元触媒 ２４ ＣＶＳ ２５ ガスアナライザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敏朗 東京都調布市深大寺東町７丁目42番地27号 交通安全環境研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 BA24 DA27 EB01 FA29 3G091 AA17 AB03 BA31 EA34 HA37

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排出ガスを触媒により浄化し
   て外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断
   する劣化診断方法において、 エンジン稼動中に、時間的に変化する空燃比を前記触媒
   の出口側で測定する測定過程と、 前記測定過程で測定された空燃比変動のパワースペクト
   ルを求めるパワースペクトル算出過程と、 前記パワースペクトル算出過程で求められたパワースペ
   クトルに基づいて、前記触媒の劣化を診断する劣化診断
   過程とを有することを特徴とする排出ガス対策装置の劣
   化診断方法。
2. 【請求項２】 前記測定過程では、時間的に変化する空
   燃比を、前記触媒の出口側のほか該触媒の入口側でも測
   定し、 前記パワースペクトル算出過程では、前記測定過程で測
   定された、前記触媒の入口側と出口側との双方の空燃比
   変動のパワースペクトルを求め、 前記劣化診断過程では、前記パワースペクトル算出過程
   で求められた、前記触媒の入力側の空燃比変動のパワー
   スペクトルに対する前記触媒の出力側の空燃比変動のパ
   ワースペクトルの変化の程度に基づいて、前記触媒の劣
   化を診断することを特徴とする請求項１記載の排出ガス
   対策装置の劣化診断方法。
3. 【請求項３】 前記劣化診断過程では、前記パワースペ
   クトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づ
   いて前記触媒の劣化を診断することを特徴とする請求項
   １又は２記載の排出ガス対策装置の劣化診断方法。
4. 【請求項４】 前記測定過程は、Ｏ₂センサを用いて空
   燃比を測定するものであることを特徴とする請求項１又
   は２記載の排出ガス対策装置の劣化診断方法。
5. 【請求項５】 エンジンの排出ガスを触媒により浄化し
   て外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断
   する劣化診断装置において、 時間的に変化する空燃比を前記触媒の出口側で測定する
   センサと、 前記センサで測定された空燃比変動のパワースペクトル
   を求めるパワースペクトル算出部と、 前記パワースペクトル算出部で求められたパワースペク
   トルに基づいて、前記触媒の劣化を診断する劣化診断部
   とを備えたことを特徴とする排出ガス対策装置の劣化診
   断装置。
6. 【請求項６】 前記センサのほかに、時間的に変化する
   空燃比を、前記触媒の入口側で測定するセンサを備え、 前記パワースペクトル算出部では、前記２つのセンサで
   測定された、前記触媒の入口側と出口側との双方の空燃
   比変動のパワースペクトルを求めるものであり、 前記劣化診断部は、前記パワースペクトル算出部で求め
   られた、前記触媒の入力側の空燃比変動のパワースペク
   トルに対する前記触媒の出力側の空燃比変動のパワース
   ペクトルの変化の程度に基づいて、前記触媒の劣化を診
   断するものであることを特徴とする請求項５記載の排出
   ガス対策装置の劣化診断装置。
7. 【請求項７】 前記劣化診断部では、前記パワースペク
   トルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づい
   て前記触媒の劣化を診断するものであることを特徴とす
   る請求項５又は６記載の排出ガス対策装置の劣化診断装
   置。
8. 【請求項８】 前記センサは、Ｏ₂センサであることを
   特徴とする請求項５又は６記載の排出ガス対策装置の劣
   化診断装置。
9. 【請求項９】 前記劣化診断部での診断結果を出力する
   診断結果出力部を備えたことを特徴とする請求項５又は
   ６記載の排出ガス対策装置の劣化診断装置。