JP2006138276A - エンジンの自己診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気浄化用触媒の温度が所定温度範囲にあるとき、前記触媒の性能Aを直接的もしくは間接的に検出する手段と、この検出された触媒性能Aに基づいて、前記触媒の温度が前記所定温度範囲外にあるときにおける前記触媒の性能Bを推定する手段と、を具備して構成される。
【選択図】 図1
Description
図18は、本発明に係るエンジンの自己診断装置の第1実施形態を、車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
図示のエンジン10は、例えば4つの気筒を有する多気筒エンジンであって、シリンダ12と、このシリンダ12の各気筒#1、#2、#3、#4内に摺動自在に嵌挿されたピストン15と、を有し、該ピストン15上方には燃焼室17が画成される。燃焼室17には、点火プラグ35が臨設されている。
本演算手段110は、エンジンの流入空気量に基づいて任意の運転条件において目標トルクと目標空燃比を同時に実現する燃料噴射量を演算する。具体的には、図21に示されるように基本燃料噴射量Tpを演算する。ここにKは定数であり、流入空気量に対して常に理論空燃比を実現するよう調節させる値である。またCylはエンジンの気筒数を表す。
本許可判定手段130では、三元触媒50の劣化診断の許可判定を行う。
ΔNe:エンジン回転数変化率、ΔQa:流入空気量変化率、Tcat:触媒推定温度、である。
本演算手段120では、A/Fセンサ52で検出される空燃比に基づいて、任意の運転条件において触媒50入口の空燃比が目標空燃比となるようF/B(フィードバック)制御する。具体的には、図23に示されるように、目標空燃比演算手段131により設定された目標空燃比TabfとA/Fセンサ検出空燃比Rabfとの偏差Dltabfから、空燃比補正項LalphaをPI制御により演算する。空燃比補正項Lalphaは前述の基本燃料噴射量Tpに乗ぜられる。
本演算手段121では、周波数応答方式の目標空燃比を演算する。具体的には、図24に示される処理にて行う。すなわちFpdag=1のとき、目標空燃比Tabf1Lと目標空燃比Tabf1Rを周波数fa[Hz]で切り換えるものである。それ以外は、通常の目標空燃比Tabf0とする。本実施形態では、Tabf0は理論空燃比相当の値とし、Tabf1Rは理論空燃比から所定値リッチにシフトした値とし、Tabf1Lは理論空燃比から所定値リーンにシフトした値とする。Tabf1R(L)及びfaの値は、実験から診断精度、排気性能(エミッション特性)の双方から決めるのが望ましい。
本演算手段140では、ライトオフ後の酸素貯蔵性能を検出する。具体的には、図25に示される処理にて行う。A/Fセンサ52の出力Rabf及びリアO2センサの出力RVO2の周波数成分を演算する周波数成分演算手段141と、該周波数成分に基づいて、三元触媒50の酸素貯蔵性能を演算する酸素貯蔵性能演算手段142から構成される。
本演算手段141では、A/Fセンサ52の出力Rabf及びO2センサ51の出力RVO2の周波数成分を演算する。具体的には、図26に示されるように、RabfとRVO2の信号から、DFT(Discrete Fourier Transform)を用いて、周波数fa[Hz]のパワー(Power1,Power2)及び位相(Phase1,Phase2)を演算するものである。
本演算手段142では、三元触媒50の酸素貯蔵性能の演算を行う。具体的には、図27に示されるように、Phase2―Phase1及びPower2/Power1からマップを参照してライトオフ後性能劣化指数Ind_det0を求める。Ind_det0を求める際に用いるマップは、該触媒の酸素貯蔵性能に対する排気性能の関係から決めるのがよく、実験的に決めるのが好ましい。また、Phase2―Phase1≧(所定値A)、かつ、(Power2/Power1)≧(所定値B)のとき、酸素貯蔵性能(触媒性能)が限界まで劣化したと判断し、ライトオフ後性能劣化フラグFdet0=1とする。なお、劣化限界を表す所定値A及び所定値Bは、目標とする排気性能(診断性能)に応じて決めることになる。
本演算手段150では、三元触媒50のライトオフ温度の演算(推定)を行う。具体的には、図28に示されるように、ライトオフ後性能劣化指数Ind_det0からマップなどを用いてライトオフ温度(推定)T0を求める。T0を求める際に用いるマップは、例えば、図17に示されるように実験結果から、ライトオフ後の酸素貯蔵性能の劣化代とライトオフ温度の変化代(上昇代)から決めるのがよいが、触媒モデルなどを用いて推定することも考えられる。また、T0≧(所定値C)もしくはライトオフ後性能劣化フラグFdet0=1のとき、三元触媒50が性能限界を超えたとして、例えば、外部に報知するための劣化報知灯27を点灯させるべく、劣化報知灯点灯フラグFdet=1とする。なお、触媒50の(ライトオフ性能)の劣化限界を表す所定値Cは、目標とする排気性能(診断性能)に応じて決めることになる。
図29は、第2実施形態の制御システム図で、第1実施形態と同様に、コントロールユニット100は、機能ブロック図で示されている如くの、基本燃料噴射量演算手段110、空燃比補正項演算手段120、劣化診断許可判定手段130(以上は第1実施形態と同じ)、触媒特性A(ライトオフ後の酸素貯蔵性能)検出手段240、及び、触媒特性B(ライトオフ温度)推定手段250、を備えている。
本演算手段221は、第1実施形態の空燃比補正項演算手段120(図23参照)に備えられる目標空燃比演算手段121(図24参照)に代わるもので、本実施形態の目標空燃比演算手段221では、具体的には図30に示される処理を行う。すなわち、Fpdag=1のとき、目標空燃比を診断時用目標空燃比Tabf1とする。それ以外は、通常の目標空燃比Tabf0とする。すなわち、A/Fセンサ52の出力がTabf1相当になってからO2センサ51の出力がTabf1相当になるまでには、応答遅れ時間が発生するが、これは、三元触媒50の酸素貯蔵(放出)性能に依存する。なお、本実施形態では、Tabf0は理論空燃比相当の値とし、Tabf1は理論空燃比から所定値リーンにシフトした値とする。Tabf1の値は、実験から診断精度、排気性能の双方から決めるのが望ましい。
本演算手段240では、ライトオフ後の酸素貯蔵性能を検出する。具体的には、図31に示される如くに、A/Fセンサ52の出力RabfからO2センサ51の出力RVO2までの応答遅れ時間を演算する応答遅れ時間演算手段241と、該応答遅れ時間に基づいて、三元触媒50の酸素貯蔵性能を演算する酸素貯蔵性能演算手段242とから構成される。
本演算手段241では、A/Fセンサ52の出力RabfからリアO2センサの出力RVO2までの応答遅れ時間を演算する。具体的には、図32に示されるように、目標空燃比演算手段で演算されるFpdag=1のとき、Rabf>Tabf1−K_Tabf1となってから、RVO2<KRVO2となるまでの時間を応答遅れ時間T_detとするものである。
本演算手段242では、三元触媒50の酸素貯蔵性能の演算を行う。具体的には、図33に示されるように、応答遅れ時間T_det及び空気量Qaからマップを参照してライトオフ後性能劣化指数Ind_det0を求める。Ind_det0を求める際に用いるマップは、該触媒の酸素貯蔵性能に対する排気性能の関係から決めるのがよく、実験的に決めるのが好ましい。また、Ind_det0≧Ind_det_NGのとき、酸素貯蔵性能(触媒性能)が限界まで劣化したと判断し、ライトオフ後性能劣化フラグFdet0=1とする。なお、劣化限界を表すInd_det_NGは、目標とする排気性能(診断性能)に応じて決めることになる。
第1実施形態と略同じ構成であるので、詳細な説明は省略する。
図34は、第3実施形態の制御システム図で、第1、第2実施形態と同様に、コントロールユニット100は、機能ブロック図で示されている如くの、基本燃料噴射量演算手段110、空燃比補正項演算手段120、劣化診断許可判定手段130(以上は第1実施形態と同じ)、触媒特性A(ライトオフ後の酸素貯蔵性能)検出手段340、及び、触媒特性B(ライトオフ温度)推定手段350、を備えている。なお、本実施形態では、三元触媒50の下流には、O2センサではなく、NOxセンサ53を備えており、コントロールユニット100には、NOxセンサ53からの出力信号も供給されている。
本検出手段340では、ライトオフ後の排気浄化性能を検出する。具体的には、図35に示される処理にて行う。NOxセンサ53の出力値RNOx及び空気量Qaからマップを参照してライトオフ後性能劣化指数Ind_det0を求める。Ind_det0を求める際に用いるマップは、該触媒のNOx浄化性能から決めるのがよく、実験的に決めるのが好ましい。また、Ind_det0≧Ind_det_NGのとき、酸素貯蔵性能(触媒性能)が限界まで劣化したと判断し、ライトオフ後性能劣化フラグFdet0=1とする。なお、劣化限界を表すInd_det_NGは、目標とする排気性能(診断性能)に応じて決めることになる。
第1、第2実施形態のものとほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態では、NOxセンサを用いているが、例えば、HCセンサ、COセンサ等を用いても、同様の処理が可能である。
図36は、第4実施形態の制御システム図で、第1〜第3実施形態と同様に、コントロールユニット100は、機能ブロック図で示されている如くの、基本燃料噴射量演算手段110、空燃比補正項演算手段120、劣化診断許可判定手段430、触媒特性A(ライトオフ後の酸素貯蔵性能)検出手段440、及び、触媒特性B(ライトオフ温度)推定手段450、を有し、さらに、推定ライトオフ温度に基づいて、始動時の点火時期のリタード量及び点火時期をリタードさせる期間を設定する点火時期設定手段160を備えている。本実施形態では、劣化診断許可判定手段430、触媒特性B(ライトオフ温度)推定手段450は、図37、図38に示される如くの構成とされ、前述した実施形態では備えられていなかった点火時期設定手段160は、以下に述べる如くの構成となっている。
本設定手段160では、点火時期を設定する。具体的には、図39に示される処理を行う。Tp(基本燃料噴射量)及びNe(エンジン回転数)から基本点火時期ADV0を決める。また、触媒推定温度がライトオフ温度に達していないとき、すなわち、Tcat≦T0のとき、ライトオフ温度T0に応じて、マップを参照した値を点火時期のリタード量ADVRTDとする。基本点火時期ADV0から点火時期のリタード量ADVRTDを減じた値を点火時期ADVとする。
17 燃焼室
19 水温センサ
20 吸気通路
24 エアフローセンサ
25 電制スロットル弁
28 スロットル開度センサ
30 燃料噴射弁
34 スロットル開度センサ
35 点火プラグ
36 アクセル開度センサ
37 クランク角(エンジン回転数)センサ
40 排気通路
40B 排気集合部
50 三元触媒
51 O2センサ
52 A/Fセンサ
53 NOxセンサ
100 コントロールユニット
110 基本燃料噴射量演算手段
120 空燃比補正項演算手段
130 劣化診断許可判定手段
140、240、340、440 ライトオフ後の酸素貯蔵性能検出手段
150、250、350、450 ライトオフ温度推定手段
Claims (24)
- 排気浄化用触媒の温度もしくは該触媒に流入する排気ガスの温度が所定温度範囲にあるとき、前記触媒の性能Aを直接的もしくは間接的に検出する手段と、この検出された触媒性能Aに基づいて、前記触媒の温度が前記所定温度範囲外にあるときにおける前記触媒の性能Bを推定する手段と、を具備して構成されたエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒は少なくとも三元性能を持っていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒は、その温度が所定温度範囲にあるときにHCを吸着し、その温度が前記所定温度範囲以上となったときに前記吸着HCを脱離するとともに、その吸着・脱離HCを浄化するHC吸着燃焼触媒であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒は、リーンNOx触媒であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒の温度を直接的もしくは間接的に検出する手段と、該検出手段により検出される前記触媒の温度が、排気浄化率が所定値以上となる温度範囲にあるとき、前記触媒性能Aを直接的もしくは間接的に検出する手段と、前記触媒性能Aに基づいて、前記検出手段により検出される前記触媒の温度が、排気浄化率が所定値以下となる温度範囲にあるときにおける前記触媒性能Bを推定する手段と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Bは、排気浄化率が所定値以上となる触媒温度T0であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 排気浄化率が所定値以上となる前記触媒温度T0が所定温度以上になったとき、前記触媒が劣化したと判定する触媒劣化判定手段を備えていることを特徴とする請求項6に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒がHC吸着燃焼触媒とされ、前記触媒劣化判定手段は、排気浄化率が所定値以上となる前記触媒温度T0が所定温度以上になったとき、前記HC吸着燃焼触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項7に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒がリーンNOx触媒とされ、前記触媒劣化判定手段は、排気浄化率が所定値以上となる前記触媒温度T0が所定温度以上になったとき、前記リーンNOx触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項7に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Aは、排気浄化性能であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Aは、酸素貯蔵性能であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Aが排気浄化性能とされ、前記触媒性能Bは排気浄化率が所定値以上となる触媒温度T0とされていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Aが酸素貯蔵性能とされ、前記触媒性能Bは排気浄化率が所定値以上もしくは酸素貯蔵性能が所定値以上となる触媒温度T0であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒下流に排気成分検出手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒下流にO2センサもしくはA/Fセンサを備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記O2センサもしくはA/Fセンサからの出力信号に基づいて、前記触媒の酸素貯蔵性能を検出する手段を備えていることを特徴とする請求項15に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒上流のO2濃度もしくは空燃比を所定周波数で振動させる手段と、前記O2センサもしくは空燃比センサの出力信号の所定周波数成分を演算する手段と、前記所定周波数成分に基づいて、前記触媒の酸素貯蔵性能を検出する手段とを備えていることを特徴とする請求項15に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒上流のO2濃度もしくは空燃比を所定値変化させる手段と、前記触媒上流のO2濃度もしくは空燃比が所定値変化してから、触媒下流O2センサの出力信号が所定値変化するまでの応答遅れ時間を演算する応答遅れ時間演算手段と、前記応答遅れ時間に基づいて、前記触媒の酸素貯蔵性能を検出する手段と、を備えていることを特徴とする請求項15に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒の温度を昇温させる手段と、触媒温度推定手段と、触媒下流に配在されたO2センサ、A/Fセンサ、もしくは排気センサと、前記O2センサ、A/Fセンサ、もしくは排気センサの出力信号にもとづいて、前記触媒の浄化率が所定値以上となって前記触媒がライトオフしているか否かを直接検出する手段と、前記触媒温度推定手段による推定触媒温度が、前記触媒性能Bを示す推定ライトオフ温度に達した際に、前記触媒ライトオフ直接検出手段において前記触媒がライトオフしていることが検出されないとき、前記触媒昇温手段が異常と判定する異常判定手段と、を具備して構成された請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒の性能A及び/又はBあるいはそれに関連する情報を報知する手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能A及びBに基づいて、エンジン制御パラメータを補正する手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒性能Bとされる、排気浄化率が所定値以上となる触媒温度T0に基づいて、前記触媒温度を昇温する手段の制御パラメータを補正する手段を備えていることを特徴とする請求項21に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記触媒温度を昇温する手段の制御パラメータは、点火時期のリタード量及び/又は点火時期をリタードさせる期間であることを特徴とする請求項21に記載のエンジンの自己診断装置。
- 請求項1から23のいずれか一項に記載のエンジンの自己診断装置を装備した自動車。
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