JP2015222015A - 触媒診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒診断が行われ易い触媒診断装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気ガスを浄化する触媒２７と、触媒の劣化状態を診断する制御装置３５とを備えた触媒診断装置３４において、内燃機関へ供給される燃料を貯蓄する燃料タンク１４と、燃料タンク内で蒸発した燃料を内燃機関へ供給するパージ通路１９と、パージ通路１９に設けられ、蒸発した燃料の供給状態と遮断状態とを切り替えるパージバルブ２１とを備え、制御装置３５は、パージバルブ２１の切り替え後から診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を内燃機関１の運転状態から求め、求めた推定値に応じて診断の実行を禁止する禁止時間を設定し、パージバルブ２１の切り替え後から診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止する。
【選択図】図１

Description

この発明は触媒診断装置に係り、特に、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒が劣化しているか否かを診断する触媒診断装置に関する。

内燃機関の排気管には、排気ガスを浄化するための触媒が備えられる。この触媒は、継続して使用すると徐々に劣化して浄化機能が低下するため、劣化状態を検出して交換する必要がある。そこで、従来、触媒の上流側と下流側との排気管にそれぞれ酸素センサを備え、これらセンサの出力値を用いた偏差や比率に基づいて、触媒が劣化したか否かを判断する触媒診断装置が知られている。
また、内燃機関には、燃料タンク内の蒸発燃料が漏れることを防止するために蒸発燃料処理装置が設けられている。触媒診断装置は、蒸発燃料処理装置によって蒸発燃料がパージバルブを介して吸気管へ放出されたとき、排気ガスの空燃比がリッチ状態を長く継続することになるため、触媒の劣化状態を正確に診断できないことが知られている。

そして、このような場合においては、誤った診断が成されることを防止するため、診断中にパージバルブを閉弁する技術が開示されている（特許文献１）。また、パージバルブの開弁中は、診断を禁止する技術が開示されている（特許文献２）。

特開平６−１９３４３４号公報 特開２００５−２５６６２３号公報

しかしながら、上記の特許文献１及び特許文献２の従来技術の様に、パージバルブの開弁中は触媒の診断を禁止するように制御すると、パージバルブが閉じるまで触媒の診断が行われず、診断が遅延する恐れがあった。

そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、触媒診断が行われ易い触媒診断装置を提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、触媒の劣化状態を診断する制御装置とを備えた触媒診断装置において、内燃機関へ供給される燃料を貯蓄する燃料タンクと、燃料タンク内で蒸発した燃料を内燃機関へ供給するパージ通路と、パージ通路に設けられ、蒸発した燃料の供給状態と遮断状態とを切り替えるパージバルブとを備え、制御装置は、パージバルブの切り替え後から診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を内燃機関の運転状態から求め、求めた推定値に応じて診断の実行を禁止する禁止時間を設定し、パージバルブの切り替え後から診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止することを特徴とする。

この発明は、内燃機関の運転状態に応じて触媒の劣化状態の診断を禁止する禁止時間を設定し、診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止するため、触媒の診断が実行可能な状態となれば、直ちに触媒の診断を開始することができる。

図１は触媒診断装置のシステム構成図である。（実施例） 図２は触媒診断装置の診断のフローチャートである。（実施例） 図３は空燃比センサ出力変動積算値及び酸素センサ出力変動積算値と触媒劣化診断指標との関係を説明する図である。（実施例） 図４は推定値による診断の禁止時間の設定を説明する図である。（実施例） 図５は触媒劣化診断実行条件成立中にパージバルブの供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への変化が生じた場合のタイムチャートである。（実施例） 図６は触媒劣化診断実行条件成立中にパージバルブの遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への変化が生じた場合のタイムチャートである。（実施例）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図１において、車両に搭載された多気筒を有する内燃機関１は、複数の燃焼室２と、各燃焼室２にそれぞれ連通する吸気ポート３及び排気ポート４を備える。内燃機関１は、吸気系として、吸気ポート３を介して燃焼室２に連通する吸気通路５を形成する吸気管６を備える。吸気管６には、最上流部にエアクリーナ７が設けられる。エアクリーナ７の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ８が設けられる。エアフローセンサ８の下流側には、スロットルバルブ９と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１０とが設けられる。
更に、スロットルバルブ９の下流側には、サージタンク１１が設けられる。サージタンク１１には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１２が設けられる。また、サージタンク１１には、内燃機関１の各燃焼室２の吸気ポート３に空気を導入する吸気マニホールド１３が設けられている。

内燃機関１は、燃料系として、内燃機関１の燃焼室２へ供給される燃料を貯蓄する燃料タンク１４を備え、各燃焼室２に連絡される吸気マニホールド１３の吸気ポート３近傍に燃料を噴射する燃料噴射弁１５を備える。燃料タンク１４は、燃料供給通路１６を介して燃料噴射弁１５に連絡されている。燃料タンク１４の燃料は、燃料ポンプ１７により汲み上げられて、燃料供給通路１６を介して燃料噴射弁１５に供給される。
内燃機関１は、燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料の漏れを防止する蒸発燃料処理装置１８を備える。蒸発燃料処理装置１８は、燃料タンク１４内で蒸発した燃料を内燃機関１の燃焼室２へ供給するパージ通路１９を備える。パージ通路１９の途中には、蒸発燃料吸着手段（吸着器）としてのキャニスタ２０と、蒸発した燃料の供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）と遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）とを切り替えるパージバルブ２１とを配置している。燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料は、パージ通路１９を介しキャニスタ２０に流れて吸着保持され、パージバルブ２１でサージタンク１１への供給・停止を行われる。パージバルブ２１は、電磁式とされ、全閉状態および全開状態を選択的にとり得る他、例えばデューティ制御によってその開度が連続可変式に変更可能とされている。

また、内燃機関１は、点火機構を構成する点火コイル２２を設けている。点火コイル２２は、燃焼室２に設けた点火プラグ２３に接続されている。

内燃機関１は、排気系として、排気ポート４を介して燃焼室２に連通する排気通路２４を形成する排気管２５を備える。排気管２５には、最上流部に各燃焼室２の排気ポート４から排気ガスを導出する排気マニホールド２６が設けられる。排気マニホールド２６の下流側には、排気ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２７が設けられる。触媒２７の下流側には、マフラ２８が設けられる。
触媒２７の上流側と下流側とには、それぞれ排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する上流側センサ２９と下流側センサ３０とを設置している。本実施形態では、上流側センサ２９として、排気ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサを用い、また、下流側センサ３０として、排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサを用いている。よって、以下においては、上流側センサ２９を空燃比センサと記し、下流側センサ３０を酸素センサと記して説明する。

内燃機関１は、冷却水温を検出する水温センサ３１、内燃機関１の回転数及び気筒判別のためのクランク軸のクランク角を検出するクランク角センサ３２、カム軸のカム角を検出するカム角センサ３３を備えている。
エアフローセンサ８と、吸気管圧力センサ１２と、燃料噴射弁１５と、燃料ポンプ１７と、パージバルブ２１と、点火コイル２２と、空燃比センサ２９と、酸素センサ３０と、水温センサ３１と、クランク角センサ３２と、カム角センサ３３とは、触媒診断装置３４の制御装置３５に接続されている。制御装置３５には、警告灯３６を接続している。

触媒診断装置３４は、制御装置３５に各センサ８、２９〜３３から入力する信号に基づいて触媒２７の診断を実行し、触媒劣化診断指標の値が触媒劣化判定値を超えた場合に、触媒２７が劣化していると判定し、警告灯３６を点灯あるいは点滅して警告を発する。
触媒診断装置３４の制御装置３５は、触媒２７の診断を実行する際に、パージバルブ２１の切り替え後から診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を内燃機関１の運転状態から求め、求めた推定値に応じて診断の実行を禁止する禁止時間を設定し、パージバルブ２１の切り替え後から診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止する。パージバルブ２１の切り替えには、供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への切り替えと、遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への切り替えとがある。
推定値は、内燃機関１の回転数、負荷、吸入される吸気量のいずれかである。診断の禁止時間は、推定値が大きいほど、短くなるように設定される。

次に、作用を説明する。
内燃機関１の触媒診断装置３４は、図２に示すように、触媒劣化判定のプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、触媒劣化診断実行条件が成立するかを判断する（Ｓ０２）。
触媒劣化診断実行条件としては、例えば次のようなものがある。
１）混合気の空燃比を空燃比フィードバック制御中であること
２）内燃機関１の負荷（吸入空気量）が所定範囲内にあること
３）内燃機関１の回転数が所定範囲内にあること
４）車速が所定範囲内にあること
５）内燃機関１の運転状態が安定していること
触媒診断装置３４は、これら１）〜５）の条件が全て満たされた時に、触媒劣化診断実行が成立と判断し、いずれか１つでも満たさない条件があれば、触媒劣化診断実行が不成立と判断する。

この判断（Ｓ０２）がＮＯの場合は、この判断（Ｓ０２）を繰り返す。この判断（Ｓ０２）がＹＥＳの場合は、空燃比センサ２９と酸素センサ３０とのそれぞれの出力変動積算値を更新し（Ｓ０３）、パージバルブ２１が遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）または供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）に変化したかを判断する（Ｓ０４）。
この判断（Ｓ０４）がＹＥＳの場合は、後述する処理（Ｓ０８）に進む。この判断（Ｓ０４）がＮＯの場合は、空燃比センサ出力変動積算値が閾値Ｘを越えたかを判断する（Ｓ０５）。
この判断（Ｓ０５）がＮＯの場合は、判断（Ｓ０２）に戻る。この判断（Ｓ０５）がＹＥＳの場合は、触媒劣化診断指標を算出し（Ｓ０６）、算出した触媒劣化診断指標を触媒劣化判定値と比較して触媒劣化診断を実行し、プログラムを終了する（Ｓ０７）。
触媒劣化診断指標は、触媒２７の劣化度合いであり、触媒２７の上流側に設けた空燃比センサ２９の出力値と触媒２７の下流側に設けた酸素センサ３０の出力値とから求められる。触媒劣化診断指標は、図３に示すように、空燃比センサ出力変動積算値がある値（閾値Ｘ）を越えたとき（○印で示す）の酸素センサ出力変動積算値と、このときの空燃比センサ出力変動積算値とから、下記（１）式に示す出力変動比で算出する。
・触媒劣化診断指標＝酸素センサ出力変動積算値／空燃比センサ出力変動積算値…（１）
なお、図３は、ＦＴＰ走行モード（米国の排気ガス浄化性能を評価するための運転パターン）における空燃比センサ２９の出力値と酸素センサ３０の出力値とを示している。
触媒診断装置３４は、触媒劣化診断指標の算出（Ｓ０６）で算出した値が触媒劣化判定値を超えた場合に、触媒２７が劣化していると判定し、警告灯３６を点灯あるいは点滅して警告を発する。

前述の判断（Ｓ０４）において、パージバルブ２１が遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）または供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）に変化した場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）、パージバルブ２１の切り替え後から診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止し（Ｓ０８）、判断（Ｓ０２）に戻る。
蒸発燃料がパージバルブ２１を介して吸気管６へ供給されたとき、排気ガスの空燃比がリッチ状態を長く継続することになる。また、蒸発燃料の吸気管６への供給が遮断されたとき、排気ガスの空燃比がリーン状態を長く継続することになる。この場合、触媒２７の劣化状態を正確に診断できない。そのため、触媒診断装置３４は、パージバルブ２１が遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）または供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）に変化したとき、パージバルブ２１の切り替え後から禁止時間が経過して診断が正確に実行可能となるまで、診断の実行を禁止する。
また、パージバルブ２１が供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）に変化したときの混合気の空燃比への影響度合いは、内燃機関１の吸入空気量が少ない運転状態と吸入空気量が多い運転状態とでは異なる。特に、吸入空気量が少ない運転状態では、パージバルブ２１が供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）に変化したときの影響が大きく、混合気の空燃比がリッチ側に滞留している時間が長い。これは、吸入空気量が少ないと、蒸発燃料が内燃機関１に吸い込まれ難いためである。
そこで、触媒診断装置３４は、パージバルブ２１の切り替え後から診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を内燃機関１の運転状態（例えば、回転数、負荷、吸入空気量）から求め、求めた推定値に応じて診断の実行を禁止する禁止時間を設定する。この実施例では、図４に示すように、推定値を吸入空気量とし、吸入空気量が大きいほど、禁止時間が短くなるように設定している。

図５は、触媒劣化診断条件成立中にパージバルブ２１の供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への変化が発生した場合のタイムチャートである。
触媒劣化診断実行条件成立（ｔ１）後に、パージバルブ２１の供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への変化が発生（ｔ２）し、その影響を受けて酸素センサ３０がリッチ側に滞留（ｔ２→ｔ３）して、酸素センサ出力変動積算値が増えていない。
触媒劣化診断指標は、酸素センサ出力変動積算値／空燃比センサ出力変動積算値から算出されており、空燃比センサ出力変動積算値より酸素センサ出力変動積算値が大きくないと、劣化判定をすることができない。
このことより、触媒劣化診断実行中にパージバルブ２１の供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への変化が発生した場合は、パージバルブ２１の切り替え後から禁止時間が経過するまで、触媒２７の劣化診断の実行を禁止することで、パージバルブ２１の供給状態（ＯＦＦ→ＯＮ）への切り替えの影響を受けて、酸素センサ出力変動積算値が増えていない部分において診断を実行することが無くなるため、正しく劣化判定をすることができる。

また、図６は、触媒劣化診断条件成立中にパージバルブ２１の遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への変化が発生した場合のタイムチャートである。
触媒劣化診断実行条件成立（ｔ１）後に、パージバルブ２１の遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への変化が発生（ｔ２）し、その影響を受けて酸素センサ３０がリッチ側に滞留（ｔ２→ｔ３）して、酸素センサ出力変動積算値が増えていない。
触媒劣化診断指標は、酸素センサ出力変動積算値／空燃比センサ出力変動積算値から算出されており、空燃比センサ出力変動積算値より酸素センサ出力変動積算値が大きくないと、劣化判定をすることができない。
このことより、触媒劣化診断実行中にパージバルブ２１の遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への変化が発生した場合は、パージバルブ２１の切り替え後から禁止時間が経過するまで、触媒２７の劣化診断の実行を禁止することで、パージバルブ２１の遮断状態（ＯＮ→ＯＦＦ）への切り替えの影響を受けて、酸素センサ出力変動積算値が増えていない部分において診断を実行することが無くなるため、正しく劣化判定をすることができる。

このように、触媒診断装置３４は、内燃機関１の運転状態に応じて触媒２７の劣化状態の診断を禁止する禁止時間を設定し、診断の禁止時間が経過するまで診断の実行を禁止するため、触媒２７の診断が実行可能な状態となれば、直ちに触媒２７の診断を開始することができる。
また、触媒診断装置３４は、診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を内燃機関１の回転数、負荷、吸入される吸気量のいずれかとすることで、吸気管６に供給された蒸発燃料又は残留している蒸発燃料が除去され、触媒２７の正確な診断が実行可能となるまでの時間の推定値を、精度良く予測できる。
さらに、触媒診断装置３４は、診断の禁止時間を、推定値が大きいほど短くなるように設定することで、診断の禁止時間が必要十分に設定でき、触媒２７の診断が実行され易くなる。
なお、上述実施例では、触媒２７の上流側に空燃比センサ２９を配置し、下流側に酸素センサ３０を配置したが、下流側に空燃比センサ２９を配置しても良く、また、上流側と下流側との両方に酸素センサ３０を配置しても良い。

この発明は、パージバルブの切り替えの影響を受けることなく、触媒診断が行われ易い触媒診断装置を提供することができるものであり、触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを備えた内燃機関に適用することができる。

１ 内燃機関
２ 燃焼室
６ 吸気管
８ エアフローセンサ
１０ スロットル開度センサ
１２ 吸気管圧力センサ
１４ 燃料タンク
１５ 燃料噴射弁
１７ 燃料ポンプ
１９ パージ通路
２０ キャニスタ
２１ パージバルブ
２２ 点火コイル
２５ 排気管
２７ 触媒
２９ 空燃比センサ
３０ 酸素センサ
３１ 水温センサ
３２ クランク角センサ
３３ カム角センサ
３４ 触媒診断装置
３５ 制御装置
３６ 警告灯

Claims (3)

1. 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、前記触媒の劣化状態を診断する制御装置とを備えた触媒診断装置において、前記内燃機関へ供給される燃料を貯蓄する燃料タンクと、前記燃料タンク内で蒸発した燃料を前記内燃機関へ供給するパージ通路と、前記パージ通路に設けられ、前記蒸発した燃料の供給状態と遮断状態とを切り替えるパージバルブとを備え、前記制御装置は、前記パージバルブの切り替え後から前記診断が正確に実行可能となるまでの時間を推定する推定値を前記内燃機関の運転状態から求め、求めた前記推定値に応じて前記診断の実行を禁止する禁止時間を設定し、前記パージバルブの切り替え後から前記診断の禁止時間が経過するまで前記診断の実行を禁止することを特徴とする触媒診断装置。
2. 前記推定値は、前記内燃機関の回転数、負荷、吸入される吸気量のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の触媒診断装置。
3. 前記診断の禁止時間は、前記推定値が大きいほど、短くなるように設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の触媒診断装置。
   
   
   
   

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