JP2010101221A - 触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の良い触媒の診断を診断頻度を低下させることなく高い頻度で行う。
【解決手段】エンジン１の暖機が完了した後、エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、予め設定した条件が成立するまでの間に求められたリヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合を、触媒２２の劣化度合いを示す第１のパラメータとして算出する。更に、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを演算し、触媒２２の劣化度合いを示す第２のパラメータとして、第１のパラメータを補正する触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを演算設定する。そして、第１のパラメータに触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを乗算した値を基に、触媒２２の劣化を診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気通路に設けられた触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置に関する。

従来より、エンジンの排気通路に設けられた触媒の劣化を診断する様々な技術が提案され、実用化されている。劣化のない触媒の場合、触媒の下流側に設けられたリヤＯ２センサの出力値は、図５（ａ）に示すように、比較的その変化が少なくなるが、劣化した触媒の場合、リヤＯ２センサの出力値は、図５（ｂ）に示すように、変化が多く表れてくる。このことを利用して、例えば、特開平５−９８９４８号公報では、触媒の劣化がある場合の所定期間におけるリヤＯ２センサの出力の軌跡長が、触媒劣化のない場合のそれよりも大きくなることを利用して触媒の劣化を判別する技術が開示されている。
特開平５−９８９４８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される劣化診断の技術では、キャニスタを通じたエバポパージが導入されると（例えば、米国排気ガス規制に関する法規では排気ガス計測時に予めキャニスタにブタンをチャージすることになっている）、図５（ｃ）の区間ＴLBに示すように、リヤＯ２センサの出力波形が図中上側である空燃比のリッチ側に張り付いてしまう。その結果、リヤＯ２センサの出力の軌跡長が劣化した触媒に特有の、大きな軌跡長を示さなくなるため、触媒の劣化を判別することが難しいという問題がある。このため、こうした触媒の劣化診断が困難な運転領域では触媒の劣化診断を止めることも考えられるが、これは診断頻度の低下に繋がり好ましくない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、精度の良い触媒の診断を診断頻度を低下させることなく高い頻度で行うことができる触媒劣化診断装置を提供することを目的としている。

本発明は、エンジンの排気通路に設けられた触媒について、該触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置において、上記エンジンの暖機が完了した後、少なくとも、上記エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、上記触媒の劣化度合いを示す第１のパラメータを算出する為の条件が成立したとみなし、上記第１のパラメータの算出を実行する第１の触媒劣化診断手段と、少なくとも、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、上記触媒の劣化度合いを示す第２のパラメータを算出する為の条件が成立したとみなし、上記第２のパラメータの算出を実行する第２の触媒劣化診断手段と、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとに基づいて、上記触媒の劣化診断を行う第３の触媒劣化診断手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による触媒劣化診断装置によれば、精度の良い触媒の診断を診断頻度を低下させることなく高い頻度で行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の実施の一形態を示し、図１はエンジンの概略構成図、図２は触媒劣化診断プログラムのフローチャート、図３はリヤＯ２センサ出力値偏差積算値に対して設定される触媒劣化診断値補正係数のテーブルを示す説明図、図４は第２の診断処理の説明図である。

図１において、符号１はエンジンを示し、このエンジン１のシリンダヘッド２に形成された吸気ポート２ａに吸気通路３が連通されている。吸気通路３の中途には、スロットル弁４が介装され、このスロットル弁４にスロットル開度を検出するスロットル開度センサ６が連設されている。

また、上述のスロットル弁４の上流側には、吸入空気量センサ７が介装され、この吸入空気量センサ７の上流にエアクリーナ８が取付けられている。

更に、吸気通路３の吸気ポート２ａの直上流には、インジェクタ９が臨まされている。このインジェクタ９は、図示しない燃料ラインを介して燃料タンク１０に連通されており、図示しないプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調圧された燃料がインジェクタ９に供給される。

燃料タンク１０の上部には、第１の蒸発燃料パージ通路１１の一端が臨まされ、この第１の蒸発燃料パージ通路１１の他端が活性炭等からなる吸着部を備えたキャニスタ１２に臨まされている。

更に、このキャニスタ１２に第２の蒸発燃料パージ通路１３の一端が臨まされ、この第２の蒸発燃料パージ通路１３の他端が吸気通路３におけるスロットル弁４の下流に開口されている。

また、キャニスタ１２には大気に連通する新気導入口が設けられており、この新気導入口からの新気と上述の吸着部に蓄積された蒸発燃料との蒸発燃料混合気が第２の蒸発燃料パージ通路１３へと導かれる。

更に、上述の第２の蒸発燃料パージ通路１３の中途には、蒸発燃料混合気の流量（パージ量）を制御するキャニスタパージコントロール（ＣＰＣ）弁１４が介装されている。

このＣＰＣ弁１４は、後述する電子制御装置３０から出力される駆動パルスのデューティ比に応じて弁開度が比例的に制御されるデューティソレノイドバルブであり、例えば、本実施の形態においては、デューティ比０％（駆動パルスＯＦＦ）で全閉、デューティ比１００％（連続通電）で全開となる。

また、エンジン１のシリンダブロック１ａに形成された冷却水通路１８には、冷却水温センサ１９が臨まされ、シリンダヘッド２の排気ポート２ｂに連通する排気通路２０に、触媒２２が介装されている。この触媒２２の上流と下流とにフロントＯ２センサ２１、リヤＯ２センサ２４が臨まされ、そして、この両Ｏ２センサ２１，２４の出力値に基づき、いわゆるデュアルＯ２センサ（ＤＯＳ）制御によりエンジンの空燃比を制御するものとなっている。

上述の各センサ６、７、１９、２１、２４及びクランク角を検出するクランク角センサ２３、触媒２２の温度を検出する触媒温度センサ２５、車速を検出する車速センサ２６からの信号が電子制御装置（ＥＣＵ）３０に入力される。この電子制御装置３０は周知のマイクロコンピュータ、及びその周辺回路で構成されている。そして、電子制御装置３０は、各センサ６、７、１９、２１、２３、２４からの信号を処理し、燃料噴射量、蒸発燃料のパージ量等を設定すると共に、燃料噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ９に出力し、また、蒸発燃料のパージ量に相当する所定デューティ比の駆動信号をＣＰＣ弁１４へ出力する。

更に、ＥＣＵ３０は、上述の各入力信号を基に、後述する触媒劣化診断プログラムに従って、触媒２２の劣化診断を実行する。

具体的には、エンジン１の暖機が完了した後、少なくとも、エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、予め設定した条件が成立するまでの間、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合を、触媒２２の劣化度合いを示す第１のパラメータ（触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴ）として算出する（第１の触媒劣化診断手段）。

更に、少なくとも、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを演算し、このリヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを基に、触媒２２の劣化度合いを示す第２のパラメータとしての、上述の触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴを補正する触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを演算設定する（第２の触媒劣化診断手段）。

そして、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴに触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを乗算した値を予め設定しておいた判定閾値ＣＤＴと比較することにより、触媒２２の劣化を診断するようになっている（第３の触媒劣化診断手段）。

次に、ＥＣＵ３０で実行される触媒劣化診断プログラムを図２のフローチャートで説明する。
まず、Ｓ１０１で行われる第１の診断処理について説明する。この第１の診断処理では、エンジン１の暖機が完了した後に、排気ガスの流れが一定で、車両が安定走行していると判断され、且つ、少なくとも、エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、触媒２２の劣化度合いを示す第１のパラメータを算出する。具体的には、車速が設定速（例えば６０km/h）以上、且つ、触媒温度が設定温度（例えば５００°Ｃ）以上、且つ、吸入空気量が設定範囲（例えば１０g/s以上４０g/s以下）、且つ、非アイドル状態等の条件が成立する場合に、車両が安定走行していると判断する。そして、吸入空気量が設定範囲（例えば１５g/s以上４０g/s以下）内、且つ、フロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍが設定値になるまでの間に求められた、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合を、第１のパラメータとなる触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴとして演算する。

ここで、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴの演算は、以下の通り行われる。フロントＯ２センサ２１の出力値をｆｏ２ｓａｄｓｍ、リヤＯ２センサ２４の出力値をｒｏ２ｓａｄｓｍとして、今回の値を添字「ｎ」で示し、前回の値を添字「ｎ−１」で示すと、フロントＯ２センサ２１の出力値偏差ｄｔｆｏ２ｓａｄｓｇｍは、以下の（１）式により、演算される。
ｄｔｆｏ２ｓａｄｓｇｍ(n)＝｜ｆｏ２ｓａｄｓｍ(n)−ｆｏ２ｓａｄｓｍ(n-1)｜
…（１）
また、フロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍは、以下の（２）式により、演算される。
ｔｆｏ２ｓｇｍ(n)＝ｔｆｏ２ｓｇｍ(n-1)＋ｄｔｆｏ２ｓａｄｓｇｍ(n) …（２）
そして、この最新のフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍ(n)を、フロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍとする。

また、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差ｄｔｒｏ２ｓａｄｓｇｍは、以下の（３）式により、演算される。
ｄｔｒｏ２ｓａｄｓｇｍ(n)＝｜ｒｏ２ｓａｄｓｍ(n)−ｒｏ２ｓａｄｓｍ(n-1)｜
…（３）
リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍは、以下の（４）式により、演算される。
ｔｒｏ２ｓｇｍ(n)＝ｔｒｏ２ｓｇｍ(n-1)＋ｄｔｒｏ２ｓａｄｓｇｍ(n) …（４）
そして、この最新のリヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍ(n)を、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍとする。

こうして演算した、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合を触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴとして演算する。すなわち、
ＣＨＡＮＴ＝ｔｒｏ２ｓｇｍ／ｔｆｏ２ｓｇｍ …（５）
劣化のない触媒の場合、触媒の下流側に設けられたリヤＯ２センサ２４の出力値は、図５（ａ）に示すように、比較的その変化が少なくなるので、結果として、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍが小さくなって触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴが小さな値となる。しかし、劣化した触媒の場合、リヤＯ２センサ２４の出力値は、図５（ｂ）に示すように、変化が多く表れてくるので、結果として、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍが大きくなって触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴが大きな値となる。尚、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴを、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合としているのは、運転条件の変動誤差を吸収するためである。

次に、Ｓ１０２で行われる第２の診断処理について説明する。この第２の診断処理では、第１の診断処理にて車両が安定走行していると判断されている間に、少なくとも、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、触媒２２の劣化度合いを示す第２のパラメータを算出する。具体的には、吸入空気量が設定範囲（例えば１０g/s以上６０g/s以下）内、且つ、車速変動が設定幅（例えば、±０．１km/h）以内、且つ、非アイドル状態等の条件が成立する場合に、車速変動が少なく車両が瞬間的には安定して走行していると見なし、この条件が成立している状態が設定累積時間（例えば、３０秒）に達するまで（すなわち、図４（ａ）においては、ｔa1＋ｔa2＋ｔa3＋ｔa4＝３０、或いは、図４（ｂ）においては、ｔb1＋ｔb2＋ｔb3＋ｔb4＝３０となるまで）、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを演算する。そして、このリヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを基に、上述の触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴを補正する第２のパラメータとして触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを、例えば、図３に示すマップを補間計算付で参照して設定する。

前述したように、劣化のない触媒の場合、触媒の下流側に設けられたリヤＯ２センサ２４の出力値は、図４（ａ）に示すように、比較的その変化が少なくなり、結果として、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍが小さくなる。しかし、劣化した触媒の場合、リヤＯ２センサ２４の出力値は、図４（ｂ）に示すように、変化が多く表れてくるので、結果として、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍが大きくなる。

次いで、Ｓ１０３に進むと、Ｓ１０１で演算した触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴに、Ｓ１０２で設定した触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥが乗算され、最終的に触媒２２の劣化を診断するための、最終診断値ＣＨＡＮＴＬＡが演算される。すなわち、ＣＨＡＮＴＬＡ＝ＣＨＡＮＴ・ＣＡＴＲＥＶＩＳＥとなる。

そして、Ｓ１０４に進むと、最終診断値ＣＨＡＮＴＬＡを用いた触媒２２の劣化判定処理が行われ、最終診断値ＣＨＡＮＴＬＡが予め設定しておいた判定閾値ＣＤＴ以上の場合、触媒は劣化しているものと判定し、最終診断値ＣＨＡＮＴＬＡが予め設定しておいた判定閾値ＣＤＴ未満の場合、触媒は正常であると判定する。

触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを設定するマップは、図３に示すように、予め、ｔｒｏ２ｓｇｍ＝８のときに触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥ＝１．０となるように定め、０≦ｔｒｏ２ｓｇｍ＜８では、０≦ＣＡＴＲＥＶＩＳＥ＜１．０として、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴをより小さく補正して、正常な触媒と判定され易くなるように設定されている。また、８＜ｔｒｏ２ｓｇｍ≦５０では、１．０＜ＣＡＴＲＥＶＩＳＥ≦２．５として、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴをより大きく補正して、劣化した触媒と判定され易くなるように設定されている。

このため、図５（ｃ）の区間ＴLBに示すように、エバポパージ等の影響により、リヤＯ２センサ２４の出力波形が図中上側である空燃比のリッチ側に張り付いてしまい、触媒が劣化しているにも拘わらず、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍが小さくなり、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴの値が小さくなるような状況においても、他の条件で設定された、触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥにより、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴは、大きな値へと補正されるので、精度良く触媒が劣化していることが判定されることになる。

このように、本発明の実施の形態によれば、エンジン１の暖機が完了した後、少なくとも、エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、予め設定した条件が成立するまでの間に求められたリヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍのフロントＯ２センサ２１の出力値偏差の積算値ｔｆｏ２ｓｇｍに対する割合を、触媒２２の劣化度合いを示す第１のパラメータ（触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴ）として算出する。更に、少なくとも、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、リヤＯ２センサ２４の出力値偏差の積算値ｔｒｏ２ｓｇｍを演算し、このｔｒｏ２ｓｇｍを基に、触媒２２の劣化度合いを示す第２のパラメータとしての、触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを演算設定する。そして、触媒劣化診断値ＣＨＡＮＴに触媒劣化診断値補正係数ＣＡＴＲＥＶＩＳＥを乗算した値を予め設定しておいた判定閾値ＣＤＴと比較することにより、触媒２２の劣化を診断する。このため、外乱によって誤診断しやすい運転領域を排除して診断頻度を低下させることもなく、精度の良い触媒の劣化診断を行うことが可能となる。

エンジンの概略構成図 触媒劣化診断プログラムのフローチャート リヤＯ２センサ出力値偏差積算値に対して設定される触媒劣化診断値補正係数のテーブルを示す説明図 第２の診断処理の説明図 正常触媒及び劣化した触媒でのリヤＯ２センサの出力値とエバポパージの影響を示す説明図

符号の説明

１ エンジン
７ 吸入空気量センサ
２０ 排気通路
２１ フロントＯ２センサ
２２ 触媒
２４ リヤＯ２センサ
２５ 触媒温度センサ
２６ 車速センサ
３０ ＥＣＵ（第１の触媒劣化診断手段、第２の触媒劣化診断手段、第３の触媒劣化診断手段）

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に設けられた触媒について、該触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置において、
   上記エンジンの暖機が完了した後、少なくとも、上記エンジンの吸入空気量が所定の範囲内であると判断された場合、上記触媒の劣化度合いを示す第１のパラメータを算出する為の条件が成立したとみなし、上記第１のパラメータの算出を実行する第１の触媒劣化診断手段と、
   少なくとも、所定時間内での車速変動が、所定の範囲内に収まっていると判断された場合、上記触媒の劣化度合いを示す第２のパラメータを算出する為の条件が成立したとみなし、上記第２のパラメータの算出を実行する第２の触媒劣化診断手段と、
   上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとに基づいて、上記触媒の劣化診断を行う第３の触媒劣化診断手段と、
   を備えたことを特徴とする触媒劣化診断装置。
2. 上記第２のパラメータは、上記第１のパラメータを補正する補正係数であることを特徴とする請求項１記載の触媒劣化診断装置。
3. 上記第３の触媒劣化診断手段は、上記第１のパラメータに上記補正係数を乗算した値に基づいて、最終的に上記触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項２記載の触媒劣化診断装置。

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