JP2022096001A - Diagnostic device - Google Patents

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Abstract

To provide a diagnostic device capable of diagnosing a device through which exhaust gas from an engine passes without deteriorating the exhaust gas.SOLUTION: A catalyst deterioration diagnostic device (diagnostic device) includes a device 102, a simulation device 105 and an MPU (processor). Exhaust gas from an engine passes through the device 102. The simulation device 105 comprises a function identified from a first signal indicating a state of the exhaust gas before the device 102 and a second signal indicating a state of the exhaust gas after the device 102. The MPU inputs a third signal obtained through a shift of an air-fuel ratio of the first signal to the simulation device 105, and diagnoses the device 102 from a fourth signal and the third signal output from the simulation device 105.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、診断装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic device.

自動車の有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運転性を向上させるための手段として、エンジン等内燃機関の排気ガス成分に関する情報によって、空燃比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置が実用化されている。 As a means for reducing harmful exhaust gas from automobiles and improving fuel efficiency and drivability, a feedback type air-fuel ratio control device that controls the air-fuel ratio based on information on the exhaust gas component of an internal combustion engine such as an engine has been put into practical use. ing.

上記エンジン制御システムにおいて、排気浄化装置の診断装置の多くは、触媒上流に取り付けた空燃比検出手段の検出情報と、触媒下流に取り付けた空燃比検出手段の検出情報の関係から、触媒の劣化状態を判定している(例えば、特許文献1参照)。上記関係は、触媒上流の空燃比検出手段の検出情報と触媒下流の空燃比検出手段の検出情報から演算した相互相関関数と自己相関関数の比率、または周期比、所定期間の変動回数比等を触媒劣化指標として、診断を実行している。 In the above engine control system, most of the diagnostic devices of the exhaust gas purification device are in a deteriorated state of the catalyst due to the relationship between the detection information of the air-fuel ratio detecting means attached upstream of the catalyst and the detection information of the air-fuel ratio detecting means attached downstream of the catalyst. (See, for example, Patent Document 1). The above relationship is the ratio of the cross-correlation function and the autocorrelation function calculated from the detection information of the air fuel ratio detecting means upstream of the catalyst and the detection information of the air fuel ratio detecting means downstream of the catalyst, or the periodic ratio, the fluctuation frequency ratio in a predetermined period, and the like. Diagnosis is performed as a catalyst deterioration index.

上記の空燃比制御装置において、触媒の一例である三元触媒は、エンジン排気直後に設置されるため、高温、高圧や振動の影響、粗悪燃料等の影響を受けるため、劣化し易い傾向がある。 In the above air-fuel ratio control device, the three-way catalyst, which is an example of the catalyst, is installed immediately after the engine exhaust, and is easily deteriorated because it is affected by high temperature, high pressure, vibration, poor fuel, and the like. ..

特に北米向けの自動車は、OBDII規制(車載自己診断装置の装着を義務付けた法律等)に対応する必要があり、該三元触媒の浄化率が排気規制値の1.5倍を超えるような故障が発生した場合、速やかに運転者に異常を警告し、修理を促す必要がある。したがって、三元触媒の浄化率が何らかの原因で低下した時には、三元触媒の交換等の適切な処置を施す必要がある。 In particular, automobiles destined for North America need to comply with OBDII regulations (laws that require the installation of in-vehicle self-diagnosis devices, etc.), and failures such that the purification rate of the three-way catalyst exceeds the exhaust regulation value by 1.5 times. If this occurs, it is necessary to promptly warn the driver of the abnormality and urge him to repair it. Therefore, when the purification rate of the three-way catalyst drops for some reason, it is necessary to take appropriate measures such as replacement of the three-way catalyst.

特開2005-256702号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-256702

触媒劣化診断は、空燃比シフトをかけた時の触媒上流の空燃比センサ信号と、触媒下流の空燃比センサ信号の相互相関関数から診断を実施している。しかし、診断時に該空燃比シフトを実行するため、短時間ではあるものの、その間、排気が悪化する課題があった。本発明では、排気を悪化させない触媒劣化診断の手法を提案する。 The catalyst deterioration diagnosis is performed from the cross-correlation function of the air fuel ratio sensor signal upstream of the catalyst and the air fuel ratio sensor signal downstream of the catalyst when the air fuel ratio shift is applied. However, since the air-fuel ratio shift is executed at the time of diagnosis, there is a problem that the exhaust gas deteriorates during that time, although it is a short time. The present invention proposes a method for diagnosing catalyst deterioration that does not deteriorate exhaust gas.

すなわち、本発明の目的は、排気を悪化させずにエンジンからの排気が通過するデバイスを診断することができる診断装置を提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide a diagnostic device capable of diagnosing a device through which exhaust gas from an engine passes without deteriorating the exhaust gas.

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンからの排気が通過するデバイスと、前記デバイスの前の前記排気の状態を示す第1信号と前記デバイスの後の前記排気の状態を示す第2信号から同定される関数で構成される模擬デバイスと、前記第1信号を空燃比シフトした前記第3信号を前記模擬デバイスに入力し、前記模擬デバイスから出力される第4信号と前記第3信号から前記デバイスを診断するプロセッサと、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention presents a device through which exhaust from the engine passes, a first signal indicating the state of the exhaust in front of the device, and a second signal indicating the state of the exhaust after the device. A simulated device composed of a function identified from a signal, a third signal obtained by shifting the air fuel ratio of the first signal to the simulated device, and a fourth signal and a third signal output from the simulated device are input to the simulated device. It comprises a processor for diagnosing the device from.

本発明によれば、排気を悪化させずにエンジンからの排気が通過するデバイスを診断することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to diagnose a device through which the exhaust gas from the engine passes without deteriorating the exhaust gas. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の対象になる内燃機関システムの一例である。It is an example of the internal combustion engine system which is the object of this invention. 本発明の実施の形態による触媒劣化診断装置の基本ブロック図である。It is a basic block diagram of the catalyst deterioration diagnosis apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態1による触媒劣化診断装置のブロック図である。It is a block diagram of the catalyst deterioration diagnosis apparatus by Embodiment 1 of this invention. 逐次最小二乗法を使用したシステム同定と周波数分析(従来例)との組み合わせにより、触媒劣化を診断する例の課題である。This is an example of diagnosing catalyst deterioration by combining system identification using the sequential least squares method and frequency analysis (conventional example). 周波数分析による触媒診断の課題対応案である。This is a proposal to deal with the problem of catalyst diagnosis by frequency analysis. 一次遅れフィルタを用いた空燃比シフト(リッチ→リーン)制御である。Air-fuel ratio shift (rich → lean) control using a first-order lag filter. 形態1の空燃比シフト時の模擬触媒前の空燃比センサ信号と模擬触媒後の空燃比センサ信号である。It is the air-fuel ratio sensor signal before the simulated catalyst and the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst at the time of the air-fuel ratio shift of the first embodiment. 形態1の触媒劣化診断の結果である。This is the result of the catalyst deterioration diagnosis of Form 1. 本発明の形態2による触媒劣化診断装置のブロック図である。It is a block diagram of the catalyst deterioration diagnosis apparatus by Embodiment 2 of this invention. 形態2の空燃比シフト時の模擬触媒前の空燃比センサ信号と模擬触媒後の空燃比センサ信号である。It is the air-fuel ratio sensor signal before the simulated catalyst and the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst at the time of the air-fuel ratio shift of the second embodiment. 形態2の触媒劣化診断の結果である。This is the result of the catalyst deterioration diagnosis of Form 2. 模擬触媒の同定機構の例である。This is an example of the identification mechanism of a simulated catalyst. 模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)の同定結果である。This is the identification result of the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst. 本発明の実施の形態に共通のフローチャート(1)である。It is a flowchart (1) common to the embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に共通のフローチャート(2)である。It is a flowchart (2) common to the embodiment of this invention. 本発明の実施の形態1のフローチャートである。It is a flowchart of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2のフローチャートである。It is a flowchart of Embodiment 2 of this invention. 比較例である触媒劣化診断装置のブロック図である。It is a block diagram of the catalyst deterioration diagnostic apparatus which is a comparative example. 触媒診断時の空燃比シフト時の実触媒前の空燃比センサ信号と実触媒後の空燃比センサ信号である。It is an air-fuel ratio sensor signal before the actual catalyst and an air-fuel ratio sensor signal after the actual catalyst at the time of shifting the air-fuel ratio at the time of catalyst diagnosis. 触媒前後の空燃比センサ信号を用いた相互相関関数の演算図である。It is a calculation diagram of the cross-correlation function using the air-fuel ratio sensor signal before and after the catalyst. 比較例の触媒劣化診断の結果である。It is the result of the catalyst deterioration diagnosis of the comparative example.

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態1~2による触媒劣化診断装置(診断装置)の構成及び動作について説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the catalyst deterioration diagnostic apparatus (diagnosis apparatus) according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(内燃機関システム構成)
はじめに、図1を用いて、本発明の実施の形態1~2による触媒劣化診断装置を含む内燃機関システムの構成を説明する。
(Internal combustion engine system configuration)
First, the configuration of the internal combustion engine system including the catalyst deterioration diagnostic apparatus according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、内燃機関システムは、内燃機関、吸気系、排気系からなり、該内燃機関には点火装置201、燃料噴射装置202および回転数検出装置203が取り付けられている。エアークリーナ200から流入される空気は、スロットルバルブ213で流量を調節された後、流量検出手段204で流量を計り、該燃料噴射装置202から所定の角度で噴射される燃料と混合されて各気筒214に供給される。また、該排気系には空燃比センサ205、三元触媒206が取り付けられており、排気ガスは該三元触媒206で浄化された後に、大気に排出される。 As shown in FIG. 1, the internal combustion engine system includes an internal combustion engine, an intake system, and an exhaust system, and the internal combustion engine is equipped with an ignition device 201, a fuel injection device 202, and a rotation speed detection device 203. The air flowing in from the air cleaner 200 is adjusted in flow rate by the throttle valve 213, then measured by the flow rate detecting means 204, mixed with the fuel injected from the fuel injection device 202 at a predetermined angle, and mixed with each cylinder. It is supplied to 214. Further, an air-fuel ratio sensor 205 and a three-way catalyst 206 are attached to the exhaust system, and the exhaust gas is purified by the three-way catalyst 206 and then discharged to the atmosphere.

内燃機関制御装置207は該流量検出手段204の出力信号Qaと該回転数検出手段203によってリングギアまたはプレート208の回転数Neを取り込み、燃料噴射量Tiを計算し、燃料噴射装置の噴射量を制御する。また、内燃機関制御装置207は、内燃機関内の空燃比を空燃比センサ205から検出し、該内燃機関内の空燃比を理論空燃比になるように燃料噴射量Tiを補正する空燃比フィードバック制御を行う。また、触媒後の空燃比を酸素センサ215で検出する。 The internal combustion engine control device 207 takes in the rotation speed Ne of the ring gear or the plate 208 by the output signal Qa of the flow rate detecting means 204 and the rotation speed detecting means 203, calculates the fuel injection amount Ti, and calculates the injection amount of the fuel injection device. Control. Further, the internal combustion engine control device 207 detects the air-fuel ratio in the internal combustion engine from the air-fuel ratio sensor 205, and corrects the fuel injection amount Ti so that the air-fuel ratio in the internal combustion engine becomes the theoretical air-fuel ratio. I do. Further, the air-fuel ratio after the catalyst is detected by the oxygen sensor 215.

一方、燃料タンク209内の燃料は、燃料ポンプ210によって、吸引・加圧された後、プレッシャーレギュレータ211を備えた燃料管212を通って該燃料噴射装置202の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、該燃料タンク209に戻される。以上が、対象となる内燃機関システムである。 On the other hand, the fuel in the fuel tank 209 is sucked and pressurized by the fuel pump 210 and then guided to the fuel inlet of the fuel injection device 202 through the fuel pipe 212 provided with the pressure regulator 211, and the excess fuel is used. Is returned to the fuel tank 209. The above is the target internal combustion engine system.

(比較例)
次に、本発明の理解を容易にするため、比較例である触媒劣化診断装置のブロック図を図18に示す。ブロック301は、エンジン制御システムであり、燃料制御、点火制御、空燃比制御等で構成される。ブロック301の出力は空燃比で、ブロック302の空燃比シフト量演算手段に入力される。ブロック303の実触媒に、ブロック302の該空燃比が入力され、ブロック303の出力である実触媒後の空燃比と、ブロック302の出力である該空燃比と、ブロック304で診断条件が成立している時、ブロック305で、相互相関関数を演算する。
(Comparative example)
Next, in order to facilitate understanding of the present invention, FIG. 18 shows a block diagram of a catalyst deterioration diagnostic apparatus as a comparative example. The block 301 is an engine control system, and is composed of fuel control, ignition control, air-fuel ratio control, and the like. The output of the block 301 is the air-fuel ratio, and is input to the air-fuel ratio shift amount calculation means of the block 302. The air-fuel ratio of the block 302 is input to the actual catalyst of the block 303, and the air-fuel ratio after the actual catalyst, which is the output of the block 303, the air-fuel ratio, which is the output of the block 302, and the diagnostic conditions are satisfied in the block 304. At that time, block 305 calculates the intercorrelation function.

この時、ブロック304の診断条件は成立しているため、ブロック302で空燃比シフト(リッチ→リーン)された該空燃比がブロック303の実触媒に入力される。ブロック307では、演算された相互相関関数と閾値(定数)を比較し、該閾値より該相互相関関数の戻り値が大きい時、ブロック308でNGと判定する。逆に、該閾値より該相互相関関数の戻り値が小さい時は、ブロック308でOKと判定する。 At this time, since the diagnostic condition of the block 304 is satisfied, the air-fuel ratio shifted (rich → lean) in the block 302 is input to the actual catalyst of the block 303. In block 307, the calculated cross-correlation function and the threshold value (constant) are compared, and when the return value of the cross-correlation function is larger than the threshold value, block 308 determines that it is NG. On the contrary, when the return value of the cross-correlation function is smaller than the threshold value, the block 308 determines that it is OK.

次に図19に、比較例の空燃比シフト時の実触媒前の空燃比(ここではO2センサ信号とする)と実触媒後の空燃比(ここでは、O2センサ信号とする)の動作例を示す。 Next, FIG. 19 shows an operation example of the air-fuel ratio before the actual catalyst (here, the O2 sensor signal) and the air-fuel ratio after the actual catalyst (here, the O2 sensor signal) at the time of shifting the air-fuel ratio of the comparative example. show.

実触媒がある程度、劣化している場合、実触媒前のO2センサ信号は空燃比シフトを実行されているので、平均的にリーン側にずれている(図示せず)。この時、実触媒後のO2センサ信号は、初期状態がリッチにいる場合は、徐々に振れながら、リーン側に移行していく。また、初期状態がリーンの場合は、実触媒後の空燃比を1度、リッチにさせ、その後は、リーン側に移行させていく。 When the actual catalyst is deteriorated to some extent, the O2 sensor signal before the actual catalyst is shifted to the lean side on average because the air-fuel ratio shift is executed (not shown). At this time, when the initial state is rich, the O2 sensor signal after the actual catalyst gradually swings and shifts to the lean side. When the initial state is lean, the air-fuel ratio after the actual catalyst is enriched once, and then the air-fuel ratio is shifted to the lean side.

この時、所定の点火回数毎に、該空燃比を徐々にシフトさせていき、該点火回数毎に、相互相関関数を演算する。該空燃比をシフト(リッチ→リーン)することは、該空燃比を三元触媒の三元点をリッチ→リーンに移動させることを示しており、浄化率の最も良い三元点に該空燃比を制御していないことになる。そのため、その間、排気ガスが増加する課題がある。 At this time, the air-fuel ratio is gradually shifted for each predetermined number of ignitions, and the cross-correlation function is calculated for each number of ignitions. Shifting the air-fuel ratio (rich → lean) indicates that the air-fuel ratio is moved from the ternary point of the three-way catalyst from rich to lean, and the air-fuel ratio is moved to the ternary point having the best purification rate. Will not be controlled. Therefore, there is a problem that the exhaust gas increases during that time.

次に図20を用いて、触媒劣化診断の劣化指標となる相互相関関数の演算について説明する。実触媒前後のO2センサ信号の直流成分をカットし、実触媒前のO2センサ信号と実触媒後のO2センサ信号の畳み込み積分値を分子として演算する。また、実触媒前のO2センサ信号の2乗の畳み込み積分値を分母として演算する。該相互相関関数は、該分子と該分母の比率から演算する。 Next, the calculation of the cross-correlation function, which is a deterioration index of the catalyst deterioration diagnosis, will be described with reference to FIG. The DC component of the O2 sensor signal before and after the actual catalyst is cut, and the convolution integrated value of the O2 sensor signal before the actual catalyst and the O2 sensor signal after the actual catalyst is calculated as a molecule. Further, the convolution integral value of the square of the O2 sensor signal before the actual catalyst is calculated as the denominator. The cross-correlation function is calculated from the ratio of the numerator to the denominator.

以上より、求めた比較例の触媒劣化診断の結果を図21に示す。新品触媒、耐久触媒は、ほぼ新品レベル(相互相関関数の値:0~0.05)であり、OBD規制値の80%に相当する触媒の場合は、該相互相関関数の値は0.1~0.15になる。該OBD規制値100%に相当する触媒の場合は、0.35~0.45になる。したがって、一例として閾値を0.3に設定することで、劣化触媒を的確に判定することができる。しかし、上述したように、診断時の空燃比シフト中は、排気ガスが悪化する課題が残る。 Based on the above, FIG. 21 shows the results of the catalyst deterioration diagnosis of the comparative example obtained. New catalysts and durable catalysts are almost new level (cross-correlation function value: 0 to 0.05), and in the case of catalysts corresponding to 80% of the OBD regulation value, the cross-correlation function value is 0.1. It becomes ~ 0.15. In the case of a catalyst corresponding to the OBD regulation value of 100%, it is 0.35 to 0.45. Therefore, by setting the threshold value to 0.3 as an example, the deterioration catalyst can be accurately determined. However, as described above, there remains a problem that the exhaust gas deteriorates during the air-fuel ratio shift at the time of diagnosis.

そこで、後述する本発明の実施の形態では、上記の触媒劣化診断に発生する排気ガスの悪化を防止した上で、的確に劣化触媒を判定することを目的とした。 Therefore, in the embodiment of the present invention described later, it is an object to accurately determine the deterioration catalyst after preventing the deterioration of the exhaust gas generated in the above-mentioned catalyst deterioration diagnosis.

(基本構成)
以下、実施例に基づき、本発明の実施の形態によるシステム同定を用いた触媒劣化診断装置について説明する。
(Basic configuration)
Hereinafter, the catalyst deterioration diagnostic apparatus using the system identification according to the embodiment of the present invention will be described based on the examples.

図2に本発明の実施の形態による触媒劣化診断装置のブロック図を示す。本ブロック図は概念的なものであり、具体的なブロック図は図3(形態1)で説明する。まず、図2のブロック101は、エンジン制御システムを現しており、内部は燃料制御、点火制御、空燃比制御等で構成される。ブロック101の出力は空燃比で、ブロック102のデバイスに入力される。また、該空燃比は、ブロック104の空燃比シフト量演算手段に入力されるが、ブロック103の診断条件判定手段で診断条件が成立していない場合は、該空燃比はリッチ→リーン側にシフトされない。ブロック103の診断条件が成立した場合、該空燃比はリッチ→リーン側にシフトされる。 FIG. 2 shows a block diagram of the catalyst deterioration diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention. This block diagram is conceptual, and a specific block diagram will be described with reference to FIG. 3 (form 1). First, the block 101 of FIG. 2 represents an engine control system, and the inside thereof is composed of fuel control, ignition control, air-fuel ratio control, and the like. The output of the block 101 is the air-fuel ratio and is input to the device of the block 102. Further, the air-fuel ratio is input to the air-fuel ratio shift amount calculating means of the block 104, but if the diagnostic conditions are not satisfied by the diagnostic condition determining means of the block 103, the air-fuel ratio shifts from rich to lean. Not done. When the diagnostic condition of block 103 is satisfied, the air-fuel ratio is shifted from rich to lean.

ブロック105では、ブロック102の出力信号と、該空燃比シフトされていない該空燃比を入力し、ブロック102の出力信号とブロック104の出力信号から、ブロック102の出力信号とブロック105の出力信号を、逐次最小二乗法等のシステム同定を用いて一致させる。 In the block 105, the output signal of the block 102 and the air fuel ratio not shifted are input, and the output signal of the block 102 and the output signal of the block 105 are input from the output signal of the block 102 and the output signal of the block 104. , Sequential minimum squares and other system identifications are used for matching.

ブロック105で、ブロック102の出力信号とブロック105の出力信号が一致したのであれば、ブロック103の診断条件が成立した時に、ブロック104の出力である該空燃比をリッチ→リーン側にシフトさせ、また、ブロック105の模擬デバイスをブロック102と同等とするシステム同定を停止させる。そして、ブロック106で、ブロック104のリッチ→リーンにシフトさせた該空燃比と、ブロック105の出力信号からブロック102のデバイスの劣化等を判定する。 If the output signal of the block 102 and the output signal of the block 105 match in the block 105, when the diagnostic condition of the block 103 is satisfied, the air-fuel ratio, which is the output of the block 104, is shifted from the rich to the lean side. It also stops system identification that makes the simulated device in block 105 equivalent to block 102. Then, in the block 106, the deterioration of the device of the block 102 and the like are determined from the air-fuel ratio shifted from the rich to the lean of the block 104 and the output signal of the block 105.

すなわち、触媒劣化診断装置(診断装置)は、少なくとも、デバイス102と、模擬デバイス105と、MPU(プロセッサ)と、を備える。デバイス102には、エンジン(内燃機関)からの排気が通過する。模擬デバイス105は、デバイス102の前の排気の状態を示す第1信号(第1の空燃比センサの信号)とデバイス102の後の排気の状態を示す第2信号(第2の空燃比センサの信号)から同定される関数で構成される。MPU(プロセッサ)は、第1信号を空燃比シフトした第3信号を模擬デバイス105に入力し、模擬デバイス105から出力される第4信号と第3信号からデバイス102を診断する。 That is, the catalyst deterioration diagnostic device (diagnosis device) includes at least a device 102, a simulated device 105, and an MPU (processor). Exhaust gas from an engine (internal combustion engine) passes through the device 102. The simulated device 105 has a first signal (signal of the first air fuel ratio sensor) indicating the exhaust state before the device 102 and a second signal (signal of the second air fuel ratio sensor) indicating the exhaust state after the device 102. It consists of functions identified from the signal). The MPU (processor) inputs a third signal obtained by shifting the first signal to the air-fuel ratio to the simulated device 105, and diagnoses the device 102 from the fourth signal and the third signal output from the simulated device 105.

これにより、デバイス102に対して空燃比シフトしないので排気を悪化させない。また、周波数分析を用いずにデバイス102を診断するため計算負荷を低減することができる。 As a result, the air-fuel ratio does not shift with respect to the device 102, so that the exhaust does not deteriorate. Further, since the device 102 is diagnosed without using frequency analysis, the calculation load can be reduced.

なお、デバイス102は、後述するように、排気を浄化する触媒から構成される。これにより、排気を悪化させずに触媒の劣化を診断することができる。また、第1信号と第2信号は、それぞれO2センサ(空燃比センサ)から出力される信号である。これにより、安価な空燃比センサであるO2センサの出力信号を用いて触媒の劣化を診断することができる。 The device 102 is composed of a catalyst for purifying the exhaust gas, as will be described later. This makes it possible to diagnose the deterioration of the catalyst without deteriorating the exhaust gas. Further, the first signal and the second signal are signals output from the O2 sensor (air-fuel ratio sensor), respectively. As a result, deterioration of the catalyst can be diagnosed using the output signal of the O2 sensor, which is an inexpensive air-fuel ratio sensor.

(実施の形態1)
次に、本発明の実施の形態1について説明する。図3は、本発明の実施の形態1による触媒劣化診断装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
Next, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of the catalyst deterioration diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.

ブロック701は、エンジン制御システムであり、燃料制御、点火制御、空燃比制御等で構成される。ブロック701の出力は空燃比(空燃比の状態を示す信号)で、この空燃比に対応する流体がブロック702の実触媒に入力される。ブロック707の診断条件判定手段で診断条件が成立していない場合は、ブロック705で空燃比シフトが不許可となり、ブロック704で、701の出力である空燃比は、空燃比シフトされず、そのまま出力される。 The block 701 is an engine control system, and is composed of fuel control, ignition control, air-fuel ratio control, and the like. The output of the block 701 is the air-fuel ratio (a signal indicating the state of the air-fuel ratio), and the fluid corresponding to this air-fuel ratio is input to the actual catalyst of the block 702. If the diagnostic condition is not satisfied by the diagnostic condition determining means of the block 707, the air-fuel ratio shift is not permitted in the block 705, and the air-fuel ratio, which is the output of the 701 in the block 704, is not shifted by the air-fuel ratio and is output as it is. Will be done.

空燃比シフトされない空燃比は、703の模擬触媒に入力され、702の出力である実触媒後の空燃比も703の模擬触媒に入力されることで、703の模擬触媒内で、模擬触媒後の空燃比と702の実触媒後の空燃比が同一の動作になるように、模擬触媒内の伝達特性を可変させる。 The air-fuel ratio that is not shifted is input to the simulated catalyst of 703, and the air-fuel ratio after the actual catalyst, which is the output of 702, is also input to the simulated catalyst of 703. The transfer characteristics in the simulated catalyst are varied so that the air-fuel ratio and the air-fuel ratio after the actual catalyst of 702 have the same operation.

703の模擬触媒は、二次遅れ系+無駄時間系の伝達関数で構成され、702の実触媒後の空燃比と703の模擬触媒後の空燃比が同一の動作になるように、そこに出てくる係数類(パラメータ)を逐次最小二乗法によって演算する。 The simulated catalyst of 703 is composed of a transfer function of a second-order lag system + a waste time system, and the air-fuel ratio after the actual catalyst of 702 and the air-fuel ratio after the simulated catalyst of 703 have the same operation. The incoming coefficients (parameters) are calculated by the sequential least squares method.

すなわち、MPU(プロセッサ)は、逐次最小二乗法により模擬触媒703(模擬デバイス)を構成する伝達関数(関数)を同定する。これにより、実触媒702(デバイス)の前のO2センサの信号(第1信号)と実触媒702(デバイス)の後のO2センサの信号(第2信号)のサンプリングごとに模擬触媒703(模擬デバイス)を構成する関数が同定(近似)される。 That is, the MPU (processor) identifies the transfer function (function) constituting the simulated catalyst 703 (simulated device) by the sequential least squares method. As a result, the simulated catalyst 703 (simulated device) is sampled for each sampling of the O2 sensor signal (first signal) before the actual catalyst 702 (device) and the O2 sensor signal (second signal) after the actual catalyst 702 (device). ) Is identified (approximate).

一方、ブロック707で診断条件が成立すると、ブロック705で空燃比シフトが許可となり、ブロック704で空燃比シフト量が演算され、空燃比シフトされた空燃比が、703の模擬触媒に入力され、702の出力である実触媒後の空燃比も703の模擬触媒に入力される。この時、ブロック707の診断条件は成立しているため、ブロック703の模擬触媒内では、二次遅れ系+無駄時間系の伝達関数の係数類は、逐次最小二乗法により演算されず、更新は停止している。 On the other hand, when the diagnostic condition is satisfied in the block 707, the air-fuel ratio shift is permitted in the block 705, the air-fuel ratio shift amount is calculated in the block 704, and the air-fuel ratio shifted air-fuel ratio is input to the simulated catalyst of 703, and 702. The air-fuel ratio after the actual catalyst, which is the output of, is also input to the simulated catalyst of 703. At this time, since the diagnostic condition of the block 707 is satisfied, the coefficients of the transfer function of the second-order lag system + the wasted time system are not calculated by the sequential least squares method in the simulated catalyst of the block 703, and the update is performed. It is stopped.

この状態で、模擬触媒は、逐次最小二乗法によるシステム同定を診断条件成立直前で停止しているため、模擬触媒は実触媒と同等な状態になっている。この状態で、空燃比シフトされた空燃比を、ブロック703の模擬触媒に入力することで劣化に応じた模擬触媒後の空燃比センサ信号を検出できる。模擬触媒は実触媒と応答特性が同等であるため、模擬触媒の劣化は、実触媒の劣化と同一と判断することができる。 In this state, the simulated catalyst is in a state equivalent to that of the actual catalyst because the system identification by the sequential least squares method is stopped immediately before the diagnostic conditions are satisfied. In this state, the air-fuel ratio shifted air-fuel ratio is input to the simulated catalyst of the block 703, so that the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst corresponding to the deterioration can be detected. Since the simulated catalyst has the same response characteristics as the actual catalyst, it can be determined that the deterioration of the simulated catalyst is the same as the deterioration of the actual catalyst.

その後は、ブロック706の相互相関関数演算部で、模擬触媒前の空燃比と模擬触媒後の空燃比から、相互相関関数を演算する。ブロック709で、演算した相互相関関数とブロック708で設定した閾値とを比較することで、ブロック710で、実触媒のOKまたはNGを判定する。 After that, the cross-correlation function calculation unit of the block 706 calculates the cross-correlation function from the air-fuel ratio before the simulated catalyst and the air-fuel ratio after the simulated catalyst. By comparing the calculated cross-correlation function in block 709 with the threshold value set in block 708, block 710 determines whether the actual catalyst is OK or NG.

つまり、診断対象を実触媒にはせず、同等の動作をする模擬触媒にすることで、入力する空燃比にシフトをかけても排気を悪化させることなく、実触媒の劣化を判定することができる。 In other words, by using a simulated catalyst that operates in the same way as the actual catalyst instead of the actual catalyst, it is possible to determine the deterioration of the actual catalyst without deteriorating the exhaust even if the input air-fuel ratio is shifted. can.

図4は、逐次最小二乗法を使用したシステム同定と周波数分析(従来例)との組み合わせにより、触媒劣化を診断する例である。図4では、模擬触媒の出力である空燃比に主眼を当てず、模擬触媒内で逐次最小二乗法により演算した同定パラメータから、実触媒の劣化を判定する方式である。模擬触媒までは、上記に記載した構造と同じであるが、実触媒の劣化判定に同定パラメータを使用する点が異なる。 FIG. 4 is an example of diagnosing catalyst deterioration by combining system identification using the sequential least squares method and frequency analysis (conventional example). FIG. 4 is a method of determining the deterioration of the actual catalyst from the identification parameters calculated by the sequential least squares method in the simulated catalyst without focusing on the air-fuel ratio which is the output of the simulated catalyst. Up to the simulated catalyst, the structure is the same as described above, except that the identification parameters are used to determine the deterioration of the actual catalyst.

模擬触媒の演算は、マイコン等でオンラインで演算することができるが、同定パラメータから実触媒の劣化を判定するためには、周波数分析等を用いて、その結果から判定する必要があった。そのため、マイコン等のオンライン演算ではできず、机上の周波数解析結果から求めなければならず、全診断ロジックをマイコンに搭載することは困難であった。 The calculation of the simulated catalyst can be performed online with a microcomputer or the like, but in order to judge the deterioration of the actual catalyst from the identification parameters, it is necessary to use frequency analysis or the like and make a judgment from the result. Therefore, it is not possible to perform online calculation with a microcomputer or the like, and it is necessary to obtain it from the frequency analysis result on the desk, and it is difficult to mount all the diagnostic logic on the microcomputer.

そこで、図5に示すように、触媒劣化の判定を同定パラメータを使用するのではなく、オンラインで劣化判定を可能にするため、実触媒後の空燃比と模擬触媒後の空燃比が同等の動作になった段階で、逐次最小二乗法によるシステム同定を停止し、診断条件成立時に、模擬触媒に入力する空燃比と、模擬触媒後の空燃比の関係から触媒の劣化を判定する方式とした。 Therefore, as shown in FIG. 5, the air-fuel ratio after the actual catalyst and the air-fuel ratio after the simulated catalyst are the same operation in order to enable the online deterioration judgment instead of using the identification parameter for the judgment of the catalyst deterioration. At this stage, the system identification by the sequential minimum square method was stopped, and when the diagnostic conditions were satisfied, the deterioration of the catalyst was judged from the relationship between the air-fuel ratio input to the simulated catalyst and the air-fuel ratio after the simulated catalyst.

但し、診断する場合は、排気を悪化させないために、模擬触媒に入力する空燃比に対し、空燃比シフトを行う必要があり、空燃比シフトされた空燃比を模擬触媒に入力し、模擬触媒前の空燃比と模擬触媒後の空燃比の関係から診断する方式とする。 However, when diagnosing, it is necessary to shift the air-fuel ratio to the air-fuel ratio input to the simulated catalyst in order not to deteriorate the exhaust, and the air-fuel ratio shifted air-fuel ratio is input to the simulated catalyst before the simulated catalyst. The method of diagnosis is based on the relationship between the air-fuel ratio of the above and the air-fuel ratio after the simulated catalyst.

(空燃比シフト)
図6に、空燃比シフトの方式を示す。通常は、エンジン制御システム内の空燃比制御で行うが、その方式では、実触媒および模擬触媒両方に入力される空燃比に空燃比シフトがかかってしまい、排気悪化を防止できない。
(Air-fuel ratio shift)
FIG. 6 shows a method of air-fuel ratio shift. Normally, the air-fuel ratio is controlled in the engine control system, but with that method, the air-fuel ratio shifts the air-fuel ratio input to both the actual catalyst and the simulated catalyst, and it is not possible to prevent exhaust deterioration.

そこで、模擬触媒のみに空燃比シフトがかかるように、一次遅れフィルタを模擬触媒前の空燃比のみにかける。空燃比シフトは三元触媒のリッチ→リーンにかけるようにするため、空燃比の微分値が負の場合のみ、高時定数の一次遅れフィルタをかける。 Therefore, the first-order lag filter is applied only to the air-fuel ratio before the simulated catalyst so that the air-fuel ratio shift is applied only to the simulated catalyst. In order to apply the air-fuel ratio shift from rich to lean of the three-way catalyst, a high time constant first-order lag filter is applied only when the differential value of the air-fuel ratio is negative.

つまり、MPU(プロセッサ)は、実触媒702(デバイス)の前のO2センサの信号(第1信号)に一次遅れフィルタをかけ、立ち下がり時定数を大きくすることで空燃比シフトを実行する。これにより、実触媒702(デバイス)に対して空燃比シフトすることなく、模擬触媒703(模擬デバイス)に対してリッチからリーンにシフトする空燃比シフトを実行することができる。 That is, the MPU (processor) applies a first-order lag filter to the signal (first signal) of the O2 sensor in front of the actual catalyst 702 (device) and increases the fall time constant to execute the air-fuel ratio shift. This makes it possible to perform an air-fuel ratio shift that shifts from rich to lean with respect to the simulated catalyst 703 (simulated device) without shifting the air-fuel ratio with respect to the actual catalyst 702 (device).

具体的には、例えば、MPU(プロセッサ)は、実触媒702の前のO2センサの信号(第1信号)の時間微分値が負になる期間において立ち下がり時定数を大きくする。これにより、模擬触媒703(模擬デバイス)に対してリッチからリーンにシフトする空燃比シフトを、実触媒702(デバイス)に対して空燃比シフトする場合の空燃比シフトと同様に再現することができる。 Specifically, for example, the MPU (processor) increases the falling time constant during the period in which the time derivative of the signal (first signal) of the O2 sensor in front of the actual catalyst 702 becomes negative. Thereby, the air-fuel ratio shift that shifts from rich to lean with respect to the simulated catalyst 703 (simulated device) can be reproduced in the same manner as the air-fuel ratio shift when the air-fuel ratio shifts with respect to the actual catalyst 702 (device). ..

なお、空燃比シフトをリーン→リッチ方向でかけることもできるが、空燃比センサ(O2センサ)では、リーン→リッチに移行する場合、経験的にばらつきが大きいことが知られており、リッチ→リーン方向としている。 It is possible to apply the air-fuel ratio shift in the lean → rich direction, but it is known empirically that there is a large variation in the air-fuel ratio sensor (O2 sensor) when shifting from lean to rich, and the rich → lean direction. It is supposed to be.

すなわち、本実施形態の空燃比シフトは、空燃比をリッチからリーンにするリーンシフトである。これにより、空燃比をリーンからリッチにするよりもリッチからリーンにする方がO2センサ(空燃比センサ)の信号のばらつきが少ないという経験則に合わせて模擬触媒703(模擬デバイス)に対して空燃比シフトを実行することができる。 That is, the air-fuel ratio shift of the present embodiment is a lean shift that changes the air-fuel ratio from rich to lean. As a result, according to the empirical rule that the signal variation of the O2 sensor (air-fuel ratio sensor) is smaller when the air-fuel ratio is changed from rich to lean than when it is changed from lean to rich, the simulated catalyst 703 (simulated device) is empty. A fuel ratio shift can be performed.

次に図7について説明する。図7は、適度に劣化した実触媒(≒模擬触媒)の診断時の例である。図7の上側の3つのタイミングチャートは、模擬触媒後の空燃比センサ信号がリッチ状態にある場合で、模擬触媒前の空燃比シフト(リッチ→リーン)された空燃比と模擬触媒後の空燃比センサ信号の相互相関関数から実触媒の劣化を判定する例を示す。 Next, FIG. 7 will be described. FIG. 7 is an example at the time of diagnosis of a moderately deteriorated actual catalyst (≈ simulated catalyst). The three timing charts on the upper side of FIG. 7 show the air-fuel ratio shifted (rich → lean) before the simulated catalyst and the air-fuel ratio after the simulated catalyst when the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is in a rich state. An example of determining the deterioration of the actual catalyst from the mutual correlation function of the sensor signal is shown.

一方、図7の下側の3つのタイミングチャートは、模擬触媒後の空燃比センサ信号がリーン状態にある場合で、その時は、一度、模擬触媒後の空燃比センサ信号をリッチ化して後、模擬触媒前の空燃比をリーンシフト(リッチ→リーン)させ、模擬触媒後の空燃比センサ信号との相互相関関数から実触媒の劣化を判定する例を示す。 On the other hand, the three timing charts on the lower side of FIG. 7 show the case where the air fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is in a lean state. In that case, the air fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is enriched once and then simulated. An example in which the air-fuel ratio before the catalyst is lean-shifted (rich → lean) and the deterioration of the actual catalyst is judged from the mutual correlation function with the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is shown.

すなわち、MPU(プロセッサ)は、空燃比シフトした第3信号と模擬触媒703(模擬デバイス)から出力される第4信号との類似性を示す指標を空燃比シフトを実行する毎に演算し、この指標から実触媒702(デバイス)を診断する。 That is, the MPU (processor) calculates an index showing the similarity between the air-fuel ratio-shifted third signal and the fourth signal output from the simulated catalyst 703 (simulated device) every time the air-fuel ratio shift is executed. The actual catalyst 702 (device) is diagnosed from the index.

これにより、第3信号と第4信号との類似性に基づいてデバイスを診断するため、周波数分析を用いて実触媒702(デバイス)を診断する場合と比較して計算負荷を抑制することができる。 As a result, since the device is diagnosed based on the similarity between the third signal and the fourth signal, the calculation load can be suppressed as compared with the case where the actual catalyst 702 (device) is diagnosed by using frequency analysis. ..

本実施形態では、第3信号と第4信号の類似性を示す指標は、相互相関関数である。これにより、第3信号と第4信号との類似性を示す指標を積分により計算することができる。 In the present embodiment, the index showing the similarity between the third signal and the fourth signal is a cross-correlation function. Thereby, an index showing the similarity between the third signal and the fourth signal can be calculated by integration.

また、本実施形態では、図7に示すように、MPU(プロセッサ)は、所定の点火回数毎に、空燃比シフトを実行し、所定の点火回数毎に、相互相関関数(相関値)を演算する。これにより、空燃比シフトを徐々にシフトさせることができる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the MPU (processor) executes the air-fuel ratio shift for each predetermined number of ignitions, and calculates a cross-correlation function (correlation value) for each predetermined number of ignitions. do. As a result, the air-fuel ratio shift can be gradually shifted.

MPU(プロセッサ)は、相互相関関数の最大値と2番目に大きい値との荷重平均値(平均値)が閾値を超える場合に、実触媒702(デバイス)が劣化したと診断する。これにより、第3信号と第4信号のうち類似性の高い上位2つの期間の信号からデバイスの劣化を診断することができる。 The MPU (processor) diagnoses that the actual catalyst 702 (device) has deteriorated when the load mean value (mean value) of the maximum value of the cross-correlation function and the second largest value exceeds the threshold value. Thereby, the deterioration of the device can be diagnosed from the signals of the upper two periods having high similarity among the third signal and the fourth signal.

形態1の触媒劣化診断の結果例を図8に示す。基本的には、図21とほぼ同等な結果となる。しかし、排気が悪化しない点が大きな相違点となる。実触媒と同等な模擬触媒に空燃比シフトをかけて、相互相関関数を演算し、閾値と比較し判定するため、実触媒に空燃比シフトをかけないことより、排気は悪化しないことになる。 An example of the result of the catalyst deterioration diagnosis of Form 1 is shown in FIG. Basically, the result is almost the same as that in FIG. However, the major difference is that the exhaust does not deteriorate. Since the air-fuel ratio shift is applied to the simulated catalyst equivalent to the actual catalyst, the cross-correlation function is calculated, and the determination is made by comparing with the threshold value, the exhaust gas does not deteriorate by not applying the air-fuel ratio shift to the actual catalyst.

詳細には、MPU(プロセッサ)は、相互相関関数(相関値)の値が閾値を超え、第3信号と第4信号との類似性が高いことを示す場合、実触媒702(デバイス)が劣化したと診断する。これにより、相互相関関数を閾値と比較することで実触媒702(デバイス)の劣化を容易に診断することができる。 Specifically, when the MPU (processor) indicates that the value of the cross-correlation function (correlation value) exceeds the threshold value and the similarity between the third signal and the fourth signal is high, the actual catalyst 702 (device) is deteriorated. Diagnose that. Thereby, the deterioration of the actual catalyst 702 (device) can be easily diagnosed by comparing the cross-correlation function with the threshold value.

以上説明したように、本実施形態によれば、排気を悪化させずにエンジンからの排気が通過する実触媒702(デバイス)を診断することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the actual catalyst 702 (device) through which the exhaust gas from the engine passes without deteriorating the exhaust gas.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図9は、本発明の実施の形態2による触媒劣化診断装置のブロック図である。形態1と形態2の大きな相違は、形態1は模擬触媒の同定として逐次最小二乗法を使用し同定し、また劣化判定として相互相関関数を演算するといった大きな演算負荷がかかるが、形態2の方は、劣化判定に相互相関関数を使用しないため、その分、演算負荷の低下が見込める点である。では、ブロック図の説明に入る。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram of the catalyst deterioration diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. The major difference between Form 1 and Form 2 is that Form 1 is identified using the sequential least squares method for identifying the simulated catalyst, and a large computational load is applied such as calculating the cross-correlation function for determining deterioration. Because the cross-correlation function is not used for the deterioration determination, the calculation load can be expected to decrease accordingly. Now, let's get into the explanation of the block diagram.

ブロック1301は、エンジン制御システムであり、燃料制御、点火制御、空燃比制御等で構成される。ブロック1301の出力は空燃比(空燃比の状態を示す信号)で、この空燃比に対応する流体がブロック1302の実触媒に入力される。ブロック1307の診断条件判定手段で診断条件が成立していない場合は、ブロック1305で空燃比シフトが不許可となり、ブロック1304で、1301の出力である空燃比は、空燃比シフトされず、そのまま出力される。 The block 1301 is an engine control system, and is composed of fuel control, ignition control, air-fuel ratio control, and the like. The output of the block 1301 is the air-fuel ratio (a signal indicating the state of the air-fuel ratio), and the fluid corresponding to this air-fuel ratio is input to the actual catalyst of the block 1302. If the diagnostic condition is not satisfied by the diagnostic condition determining means of the block 1307, the air-fuel ratio shift is not permitted in the block 1305, and the air-fuel ratio, which is the output of the 1301 in the block 1304, is not shifted and is output as it is. Will be done.

空燃比シフトされない空燃比は、1303の模擬触媒に入力され、1302の出力である実触媒後の空燃比も1303の模擬触媒に入力されることで、1303の模擬触媒内で、模擬触媒後の空燃比と1302の実触媒後の空燃比が同一の動作になるように、模擬触媒内の伝達特性を可変させる。 The air-fuel ratio that is not shifted is input to the simulated catalyst of 1303, and the air-fuel ratio after the actual catalyst, which is the output of 1302, is also input to the simulated catalyst of 1303. The transfer characteristics in the simulated catalyst are varied so that the air-fuel ratio and the air-fuel ratio after the actual catalyst of 1302 have the same operation.

1303の模擬触媒は、二次遅れ系+無駄時間系の伝達関数で構成され、1302の実触媒後の空燃比と1303の模擬触媒後の空燃比が同一の動作になるように、そこに出てくる係数類(パラメータ)を逐次最小二乗法によって演算する。 The simulated catalyst of 1303 is composed of a transfer function of a second-order lag system + a waste time system, and the air-fuel ratio after the actual catalyst of 1302 and the air-fuel ratio after the simulated catalyst of 1303 are put out there so as to have the same operation. The coefficients (parameters) that come are calculated by the sequential minimum square method.

一方、ブロック1307で診断条件が成立すると、ブロック1305で空燃比シフトが許可となり、ブロック1304で空燃比シフト量が演算され、空燃比シフトされた空燃比が、1303の模擬触媒に入力され、1302の出力である実触媒後の空燃比も1303の模擬触媒に入力される。この時、ブロック1307の診断条件は成立しているため、ブロック1303の模擬触媒内では、二次遅れ系+無駄時間系の伝達関数の係数類は、逐次最小二乗法により演算されず、更新は停止している。 On the other hand, when the diagnostic condition is satisfied in the block 1307, the air-fuel ratio shift is permitted in the block 1305, the air-fuel ratio shift amount is calculated in the block 1304, and the air-fuel ratio shifted air-fuel ratio is input to the simulated catalyst of 1303 and 1302. The air-fuel ratio after the actual catalyst, which is the output of, is also input to the simulated catalyst of 1303. At this time, since the diagnostic conditions of block 1307 are satisfied, the coefficients of the transfer function of the second-order lag system + wasted time system are not calculated by the sequential least squares method in the simulated catalyst of block 1303, and the update is performed. It is stopped.

この状態で、模擬触媒は、逐次最小二乗法によるシステム同定を診断条件成立直前で停止しているため、模擬触媒は実触媒と同等な状態になっている。この状態で、空燃比シフトされた空燃比を、ブロック703の模擬触媒に入力することで劣化に応じた模擬触媒後の空燃比センサ信号を検出できる。模擬触媒は実触媒と応答特性が同等であるため、模擬触媒の劣化は、実触媒の劣化と同一と判断することができる。 In this state, the simulated catalyst is in a state equivalent to that of the actual catalyst because the system identification by the sequential least squares method is stopped immediately before the diagnostic conditions are satisfied. In this state, the air-fuel ratio shifted air-fuel ratio is input to the simulated catalyst of the block 703, so that the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst corresponding to the deterioration can be detected. Since the simulated catalyst has the same response characteristics as the actual catalyst, it can be determined that the deterioration of the simulated catalyst is the same as the deterioration of the actual catalyst.

その後は、ブロック1306の空燃比シフト毎の平均値を演算する。ブロック1309で、演算した空燃比シフト毎の平均値と、ブロック1308で空燃比シフトした空燃比から演算(設定)した閾値とを比較することで、ブロック1310で、実触媒のOKまたはNGを判定する。 After that, the average value for each air-fuel ratio shift of the block 1306 is calculated. By comparing the calculated average value for each air-fuel ratio shift in block 1309 with the threshold value calculated (set) from the air-fuel ratio shifted in block 1308, block 1310 determines whether the actual catalyst is OK or NG. do.

つまり、形態2においても、診断対象を実触媒にはせず、同等の動作をする模擬触媒にすることで、入力する空燃比にシフトをかけても排気を悪化させることなく、実触媒の劣化を判定することができる。 That is, even in the second form, by using a simulated catalyst that performs the same operation instead of using the actual catalyst as the diagnosis target, the actual catalyst deteriorates without deteriorating the exhaust even if the input air-fuel ratio is shifted. Can be determined.

詳細には、MPU(プロセッサ)は、所定の点火回数毎に、空燃比シフトを実行し、模擬触媒703(模擬デバイス)から出力される所定の点火回数毎の第4信号の平均値から、空燃比シフトを実行する期間における第4信号の平均値(例えば、0.57、図10)を劣化指標として演算する。そして、MPU(プロセッサ)は、劣化指標が空燃比シフトした第3信号の平均値に対応する閾値(例えば、0.7、図10)より小さい場合、実触媒702(デバイス)が劣化したと診断する。 Specifically, the MPU (processor) performs an air-fuel ratio shift for each predetermined number of ignitions, and is empty from the average value of the fourth signal for each predetermined number of ignitions output from the simulated catalyst 703 (simulated device). The average value of the fourth signal (for example, 0.57, FIG. 10) during the period in which the fuel ratio shift is executed is calculated as a deterioration index. Then, when the deterioration index is smaller than the threshold value (for example, 0.7, FIG. 10) corresponding to the average value of the air-fuel ratio-shifted third signal, the MPU (processor) diagnoses that the actual catalyst 702 (device) has deteriorated. do.

これにより、相互相関関数を用いずに第3信号と第4信号の平均値からデバイスの劣化を診断することができる。その結果、計算負荷をさらに抑制することができる。 Thereby, the deterioration of the device can be diagnosed from the average value of the third signal and the fourth signal without using the cross-correlation function. As a result, the calculation load can be further suppressed.

次に図10について説明する。図10は、適度に劣化した実触媒(≒模擬触媒)の診断時の例である。図10の上側の3つのタイミングチャートは、模擬触媒後の空燃比センサ信号がリッチ状態にある場合で、模擬触媒前の空燃比シフト(リッチ→リーン)された空燃比と模擬触媒後の空燃比センサ信号の空燃比シフト毎の平均値から実触媒の劣化を判定する例を示す。 Next, FIG. 10 will be described. FIG. 10 is an example at the time of diagnosis of a moderately deteriorated actual catalyst (≈ simulated catalyst). The three timing charts on the upper side of FIG. 10 show the air-fuel ratio shifted (rich → lean) before the simulated catalyst and the air-fuel ratio after the simulated catalyst when the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is in a rich state. An example of determining the deterioration of the actual catalyst from the average value for each air-fuel ratio shift of the sensor signal is shown.

一方、図10の下側の3つのタイミングチャートは、模擬触媒後の空燃比センサ信号がリーン状態にある場合で、その時は、一度、模擬触媒後の空燃比センサ信号をリッチ化して後、模擬触媒前の空燃比をリーンシフト(リッチ→リーン)させ、模擬触媒後の空燃比センサ信号の空燃比シフト毎の平均値から実触媒の劣化を判定する例を示す。 On the other hand, the three timing charts on the lower side of FIG. 10 show the case where the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is in a lean state. In that case, the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst is once enriched and then simulated. An example is shown in which the air-fuel ratio before the catalyst is lean-shifted (rich → lean), and the deterioration of the actual catalyst is determined from the average value of the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst for each air-fuel ratio shift.

この方式では、正常の触媒の場合、模擬触媒後の空燃比センサ(O2センサ)は、ほぼ振れないため、その平均値は約1.0Vを示す。一方、劣化触媒の場合は、空燃比シフト(リッチ→リーン)に振った場合、徐々に、模擬触媒後の空燃比センサ(O2センサ)は、振れながらリーン側に移行する。そのため、空燃比シフト毎の平均値は1.0Vより、小さくなる。したがって、OKの場合は、その平均値は1.0V付近になり、NGの場合は、それ未満になる。 In this method, in the case of a normal catalyst, the air-fuel ratio sensor (O2 sensor) after the simulated catalyst hardly swings, so that the average value shows about 1.0 V. On the other hand, in the case of the deteriorated catalyst, when the air-fuel ratio shift (rich → lean) is performed, the air-fuel ratio sensor (O2 sensor) after the simulated catalyst gradually shifts to the lean side while swinging. Therefore, the average value for each air-fuel ratio shift is smaller than 1.0V. Therefore, in the case of OK, the average value is around 1.0V, and in the case of NG, it is less than that.

形態2の触媒劣化診断の結果例を図11に示す。基本的には、図21、図8とほぼ同等な結果となる。しかし、前述したように、閾値に対し、それ以上の場合はOKで、それ未満の場合、NGとなる。 An example of the result of the catalyst deterioration diagnosis of the second form is shown in FIG. Basically, the results are almost the same as those in FIGS. 21 and 8. However, as described above, if the threshold value is higher than the threshold value, the value is OK, and if the value is lower than the threshold value, the value is NG.

また、本来の目的である排気が悪化しない点は、比較例の結果(図21)と大きな相違点となる。実触媒と同等な模擬触媒に入力する空燃比センサ信号に対し、空燃比シフト毎の平均値を演算し、閾値と比較し判定するため、実触媒に空燃比シフトをかけないことより、排気は悪化しないことになる。 Further, the point that the exhaust gas, which is the original purpose, does not deteriorate is a big difference from the result of the comparative example (FIG. 21). Since the average value for each air-fuel ratio shift is calculated for the air-fuel ratio sensor signal input to the simulated catalyst equivalent to the actual catalyst and compared with the threshold value, the exhaust is exhausted by not applying the air-fuel ratio shift to the actual catalyst. It will not get worse.

(模擬触媒の同定)
図12は、模擬触媒の同定機構の例である。模擬触媒を二次遅れ系+無駄時間系のモデル(伝達関数)で記述し、その係数である無駄時間、固有角周波数、減衰係数、定常ゲインを、実触媒後の空燃比センサ信号と模擬触媒後の空燃比センサ信号の差分がゼロになるように、逐次最小二乗法により、求める方式である。
(Identification of simulated catalyst)
FIG. 12 is an example of the identification mechanism of the simulated catalyst. The simulated catalyst is described by a model (transmission function) of the second-order lag system + wasted time system, and its coefficients such as wasted time, intrinsic angular frequency, attenuation coefficient, and steady gain are described by the air-fuel ratio sensor signal after the actual catalyst and the simulated catalyst. This is a method of obtaining by the sequential minimum square method so that the difference between the later air-fuel ratio sensor signals becomes zero.

すなわち、MPU(プロセッサ)は、実触媒702(デバイス)の後のO2センサの信号(第2信号)と模擬触媒703(模擬デバイス)から出力される第4信号の偏差を用いて、無駄時間+2次遅れ要素の因子である無駄時間、固有角周波数、減衰係数、及び定常ゲインを、逐次最小二乗法により同定することで、模擬触媒703(模擬デバイス)を構成する伝達関数(関数)を同定する。 That is, the MPU (processor) wastes time +2 by using the deviation between the signal (second signal) of the O2 sensor after the actual catalyst 702 (device) and the fourth signal output from the simulated catalyst 703 (simulated device). By identifying the waste time, natural angular frequency, attenuation coefficient, and steady gain, which are the factors of the next lag factor, by the sequential minimum square method, the transfer function (function) constituting the simulated catalyst 703 (simulated device) is identified. ..

これにより、模擬触媒703(模擬デバイス)を構成する伝達関数(関数)を無駄時間+2次遅れ系の物理モデルとして同定することができる。 This makes it possible to identify the transfer function (function) constituting the simulated catalyst 703 (simulated device) as a physical model of the wasted time + second-order lag system.

触媒劣化診断条件成立時は、上記のシステム同定を停止し、模擬触媒前の空燃比センサ信号に空燃比シフト(リッチ→リーン)をかけ、模擬触媒後の空燃比センサ信号との関係から診断を実行する。 When the catalyst deterioration diagnosis condition is satisfied, the above system identification is stopped, the air-fuel ratio shift (rich → lean) is applied to the air-fuel ratio sensor signal before the simulated catalyst, and the diagnosis is made from the relationship with the air-fuel ratio sensor signal after the simulated catalyst. Run.

図13に、実触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)と、図12に示した模擬触媒の同定機構で演算した模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)の結果を示す。実触媒後O2センサ信号と模擬触媒後O2センサ信号がほとんど同一の動作をしていることが分かる。この例は劣化触媒であるが、正常触媒の場合は、実触媒後O2センサ信号と模擬触媒後O2センサ信号も、振れない結果になると推測できる。 FIG. 13 shows the results of the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the actual catalyst and the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst calculated by the identification mechanism of the simulated catalyst shown in FIG. It can be seen that the O2 sensor signal after the actual catalyst and the O2 sensor signal after the simulated catalyst operate almost in the same manner. This example is a deterioration catalyst, but in the case of a normal catalyst, it can be inferred that the O2 sensor signal after the actual catalyst and the O2 sensor signal after the simulated catalyst do not swing.

そこで、次からは、本発明の形態のフローチャートを説明していく。図14は、形態1および形態2の診断条件判定手段のフローチャートである。 Therefore, from now on, the flowchart of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a flowchart of the diagnostic condition determination means of the first and second forms.

ステップ1801で内燃機関の回転数が所定範囲内にあるかチェックする。ステップ1802で内燃機関の負荷が所定範囲内であるかチェックする。ステップ1803で水温(冷却水の温度)が所定範囲内かチェックする。ステップ1804で車速が所定範囲内であるかチェックする。ステップ1805で吸気温が所定範囲内かチェックする。 In step 1801, it is checked whether the rotation speed of the internal combustion engine is within a predetermined range. In step 1802, it is checked whether the load of the internal combustion engine is within a predetermined range. In step 1803, it is checked whether the water temperature (cooling water temperature) is within a predetermined range. In step 1804, it is checked whether the vehicle speed is within the predetermined range. In step 1805, it is checked whether the intake air temperature is within the predetermined range.

ステップ1806で大気圧が所定値以上かチェックする。ステップ1807でバッテリ電圧が所定範囲内かチェックする。ステップ1808で燃料カット中でないかチェックする。ステップ1809で空燃比制御フィードバック中かチェックする。ステップ1810で実触媒が活性化しているかチェックする。ステップ1811で用いられるセンサに故障がないかチェックする。 In step 1806, it is checked whether the atmospheric pressure is equal to or higher than the predetermined value. In step 1807, it is checked whether the battery voltage is within the predetermined range. Check if the fuel is being cut in step 1808. In step 1809, it is checked whether the air-fuel ratio control feedback is in progress. In step 1810, it is checked whether the actual catalyst is activated. Check if the sensor used in step 1811 is faulty.

ステップ1812でステップ1801~1811の条件が全て成立していれば、診断条件成立と判定する。一つでも外れていれば、ステップ1813で診断条件不成立と判定する。 If all the conditions of steps 1801 to 1811 are satisfied in step 1812, it is determined that the diagnostic conditions are satisfied. If even one is out of the range, it is determined in step 1813 that the diagnostic condition is not satisfied.

換言すれば、MPU(プロセッサ)は、エンジン回転数(回転数)が所定範囲内、エンジン負荷が所定範囲内、水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、燃料カット中でない、空燃比フィードバック中、実触媒が活性している、及び用いられるセンサが故障していない時、実触媒702(デバイス)を診断する。 In other words, the MPU (catalyst) has an engine speed (speed) within a predetermined range, an engine load within a predetermined range, a water temperature within a predetermined range, a vehicle speed within a predetermined range, an intake air temperature within a predetermined range, and an atmospheric pressure. Diagnoses the actual catalyst 702 (device) when the battery voltage is within the specified range, the fuel is not cut, the air-fuel ratio is fed back, the actual catalyst is active, and the sensor used is not failed. ..

これにより、実触媒702(デバイス)を診断するタイミングを適切に設定することができる。 Thereby, the timing for diagnosing the actual catalyst 702 (device) can be appropriately set.

次に図15のフローチャートを説明する。図15も、形態1および形態2共通のフローチャートである。 Next, the flowchart of FIG. 15 will be described. FIG. 15 is also a flowchart common to Form 1 and Form 2.

図15は実触媒前の空燃比センサ信号と実触媒後の空燃比センサ信号をマイコンのRAMにストアする処理である。ステップ1901で実触媒前の空燃比センサが活性化しているかチェックする。活性していれば、ステップ1902に移行し、活性化していなければ、ステップ1901に戻る。次に、実触媒前の空燃比センサが活性化していれば、ステップ1902で、実触媒後の空燃比センサが活性化しているかチェックする。活性化していれば、ステップ1903に移行し、活性化していなければ、ステップ1902に戻る。 FIG. 15 is a process of storing the air-fuel ratio sensor signal before the actual catalyst and the air-fuel ratio sensor signal after the actual catalyst in the RAM of the microcomputer. In step 1901, it is checked whether the air-fuel ratio sensor in front of the actual catalyst is activated. If it is active, the process proceeds to step 1902, and if it is not activated, the process returns to step 1901. Next, if the air-fuel ratio sensor before the actual catalyst is activated, in step 1902, it is checked whether the air-fuel ratio sensor after the actual catalyst is activated. If it is activated, the process proceeds to step 1903, and if it is not activated, the process returns to step 1902.

次にステップ1903で、実触媒前の空燃比センサ信号をマイコンのRAMにストアする。また、ステップ1904で、実触媒後の空燃比センサ信号をマイコンのRAMにストアし、これを所定タスク毎に繰り返す。本実施例では、タスクを10ms毎にしたが、その限りではない。 Next, in step 1903, the air-fuel ratio sensor signal before the actual catalyst is stored in the RAM of the microcomputer. Further, in step 1904, the air-fuel ratio sensor signal after the actual catalyst is stored in the RAM of the microcomputer, and this is repeated for each predetermined task. In this embodiment, the task is set every 10 ms, but this is not the case.

次に、図16のフローチャートを説明する。図16は形態1のフローチャートに該当する。ステップ2001で、逐次最小二乗法により、実触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)と模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)がほぼ同一となっているかチェックする。ほぼ同一となっていれば、ステップ2002に進み、同一でなければ、2001に戻る。ほぼ同一になったのであれば、ステップ2002で、診断条件が成立しているかチェックする。診断条件が成立していなければ、リターンに行き、診断条件が成立していれば、ステップ2003に移行する。 Next, the flowchart of FIG. 16 will be described. FIG. 16 corresponds to the flowchart of Form 1. In step 2001, it is checked by the sequential minimum square method whether the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the actual catalyst and the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst are substantially the same. If they are almost the same, the process proceeds to step 2002, and if they are not the same, the process returns to 2001. If they are almost the same, it is checked in step 2002 whether the diagnostic conditions are satisfied. If the diagnostic condition is not satisfied, the process proceeds to return, and if the diagnostic condition is satisfied, the process proceeds to step 2003.

ステップ2003では、模擬触媒前の空燃比センサ信号(O2センサ)に空燃比シフト(リッチ→リーン)を実行する。ステップ2004では、模擬触媒前の空燃比センサ信号(O2センサ)と模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)の相互相関関数を演算する。 In step 2003, the air-fuel ratio shift (rich → lean) is executed on the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) before the simulated catalyst. In step 2004, the cross-correlation function of the air fuel ratio sensor signal (O2 sensor) before the simulated catalyst and the air fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst is calculated.

ステップ2005で、定数である閾値と相互相関関数を比較し、相互相関関数が閾値以下の場合、ステップ2006でOKと判定し、相互相関関数が閾値より大きい場合、ステップ2007でNGと判定する。 In step 2005, the constant threshold value and the cross-correlation function are compared, and if the cross-correlation function is equal to or less than the threshold value, it is determined to be OK in step 2006, and if the cross-correlation function is larger than the threshold value, it is determined to be NG in step 2007.

次に、図17のフローチャートを説明する。図16は形態2のフローチャートに該当する。ステップ2101で、逐次最小二乗法により、実触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)と模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)がほぼ同一かチェックする。ほぼ同一であれば、ステップ2102に進み、同一でなければ、2101に戻る。ほぼ同一になったのであれば、ステップ2102で、診断条件が成立しているかチェックする。診断条件が成立していなければ、リターンに行き、診断条件が成立していれば、ステップ2103に移行する。 Next, the flowchart of FIG. 17 will be described. FIG. 16 corresponds to the flowchart of Form 2. In step 2101, it is checked by the sequential minimum square method whether the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the actual catalyst and the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst are substantially the same. If they are substantially the same, the process proceeds to step 2102, and if they are not the same, the process returns to 2101. If they are almost the same, step 2102 checks whether the diagnostic conditions are satisfied. If the diagnostic condition is not satisfied, the process proceeds to return, and if the diagnostic condition is satisfied, the process proceeds to step 2103.

ステップ2103では、模擬触媒前の空燃比センサ信号(O2センサ)に空燃比シフト(リッチ→リーン)を実行する。ステップ2104では、模擬触媒前の空燃比センサ信号(O2センサ)の平均値等からテーブルを使用し、閾値を演算する。具体的には、例えば、CPU(プロセッサ)は、空燃比センサ(O2センサ)から出力される信号(電圧)の平均値に対応する閾値をテーブルから読み出す。なお、テーブルは、例えば、不揮発性メモリに記憶される。 In step 2103, the air-fuel ratio shift (rich → lean) is executed on the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) before the simulated catalyst. In step 2104, a table is used from the average value of the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) before the simulated catalyst, and the threshold value is calculated. Specifically, for example, the CPU (processor) reads out the threshold value corresponding to the average value of the signals (voltages) output from the air-fuel ratio sensor (O2 sensor) from the table. The table is stored in, for example, a non-volatile memory.

ステップ2105では、模擬触媒後の空燃比センサ信号(O2センサ)の空燃比シフト毎の複数の平均値から触媒劣化指標を演算する。ステップ2106で、演算した閾値と触媒劣化指標を比較し、触媒劣化指標が演算した閾値以上の場合、ステップ2107でOKと判定し、触媒劣化指標が演算した閾値未満の場合、ステップ2108でNGと判定する。 In step 2105, the catalyst deterioration index is calculated from a plurality of average values for each air-fuel ratio shift of the air-fuel ratio sensor signal (O2 sensor) after the simulated catalyst. In step 2106, the calculated threshold value and the catalyst deterioration index are compared, and if the catalyst deterioration index is equal to or more than the calculated threshold value, it is determined to be OK in step 2107, and if the catalyst deterioration index is less than the calculated threshold value, NG is determined in step 2108. judge.

以上の実施例により、逐次最小二乗法等のシステム同定を使用することで、排気を悪化させることなく、三元触媒の劣化を判定することができる。 According to the above examples, the deterioration of the three-way catalyst can be determined without deteriorating the exhaust gas by using the system identification such as the sequential least squares method.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

例えば、触媒前のセンサが空燃比センサの場合は、ストイキ中心にF/B制御を行うため、リーン側、リッチ側の学習はできない。その場合、模擬触媒にディザ制御をかける必要がある。 For example, if the sensor in front of the catalyst is an air-fuel ratio sensor, F / B control is performed centered on the stoichiometric sensor, so learning on the lean side and rich side cannot be performed. In that case, it is necessary to apply dither control to the simulated catalyst.

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサ(マイコン)がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above configurations, functions and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor (microcomputer) interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be placed in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。 The embodiment of the present invention may have the following aspects.

(1).診断装置において、エンジンに取り付けられたデバイスに関連する出力信号に対応する信号を出力する模擬デバイスをシステム同定により生成する模擬デバイス生成部と、前記模擬デバイスに入力される信号に空燃比シフトをかけることにより前記デバイスを診断する演算部と、を備えた診断装置。 (1). In the diagnostic device, the air-fuel ratio shift is applied to the simulated device generation unit that generates a simulated device that outputs a signal corresponding to the output signal related to the device attached to the engine by system identification, and the signal input to the simulated device. A diagnostic device including a calculation unit for diagnosing the device.

(2).前記演算部は、前記模擬デバイスの入力信号に一次遅れフィルタをかけ、立ち下がり時定数を大きくすることで前記空燃比シフトを実行する診断装置。 (2). The arithmetic unit is a diagnostic device that executes the air-fuel ratio shift by applying a first-order lag filter to the input signal of the simulated device and increasing the fall time constant.

(3).前記模擬デバイス生成部は、前記デバイスに関連する前記出力信号に基づいて逐次最小二乗法により前記模擬触媒を生成する診断装置。 (3). The simulated device generation unit is a diagnostic device that generates the simulated catalyst by a sequential least squares method based on the output signal related to the device.

(4).前記デバイスに関連する前記出力信号と、前記空燃比シフトが実行された前記前記模擬デバイスからの出力信号との類似性を示す相互相関関数を空燃比シフト毎に演算し、前記デバイスを診断する診断装置。 (4). A diagnosis for diagnosing the device by calculating a cross-correlation function indicating the similarity between the output signal related to the device and the output signal from the simulated device on which the air-fuel ratio shift is executed for each air-fuel ratio shift. Device.

(5).触媒劣化診断装置において、実触媒の下流側に配置されたセンサの出力信号と対応する信号を出力する模擬触媒をシステム同定により生成する模擬触媒生成部と、前記模擬触媒に入力される信号に空燃比シフトをかけることにより実触媒の劣化を診断する演算手段を備えた触媒劣化診断装置。 (5). In the catalyst deterioration diagnosis device, the simulated catalyst generator that generates a simulated catalyst that outputs a signal corresponding to the output signal of the sensor located on the downstream side of the actual catalyst by system identification, and the signal input to the simulated catalyst are empty. A catalyst deterioration diagnostic device equipped with a calculation means for diagnosing deterioration of the actual catalyst by applying a fuel ratio shift.

(6).前記演算部は、前記模擬触媒の入力信号に一次遅れフィルタをかけ、立ち下がり時定数を大きくすることで前記空燃比シフトを実行する触媒劣化診断装置。 (6). The calculation unit is a catalyst deterioration diagnosis device that executes the air-fuel ratio shift by applying a first-order lag filter to the input signal of the simulated catalyst and increasing the fall time constant.

(7).前記模擬触媒生成部は、前記センサの出力信号に基づいて逐次最小二乗法により前記模擬触媒を生成する触媒劣化診断装置。 (7). The simulated catalyst generation unit is a catalyst deterioration diagnosis device that generates the simulated catalyst by a sequential least squares method based on the output signal of the sensor.

(8).前記演算部は、前記センサの前記出力信号と、前記空燃比シフトが実行された前記前記模擬触媒からの出力信号との類似性を示す相互相関関数を空燃比シフト毎に演算し、平均化処理を行うことにより実触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置。 (8). The calculation unit calculates a cross-correlation function indicating the similarity between the output signal of the sensor and the output signal from the simulated catalyst in which the air-fuel ratio shift is executed for each air-fuel ratio shift, and performs averaging processing. A catalyst deterioration diagnostic device that diagnoses deterioration of the actual catalyst by performing the above.

(9).該模擬触媒に入力する空燃比センサ信号に空燃比シフトを実行し、該空燃比シフトされた該空燃比センサ信号の平均値から閾値を演算し、該模擬触媒の出力信号の空燃比シフト毎の平均値と該閾値を比較することで該触媒の劣化判定を行うことを、特徴とする(1)に記載の排気浄化装置の診断装置。 (9). An air-fuel ratio shift is executed on the air-fuel ratio sensor signal input to the simulated catalyst, a threshold value is calculated from the average value of the air-fuel ratio-shifted air-fuel ratio sensor signal, and each air-fuel ratio shift of the output signal of the simulated catalyst is calculated. The diagnostic device for an exhaust gas purification device according to (1), characterized in that deterioration of the catalyst is determined by comparing the average value with the threshold value.

(10).該模擬触媒は、該実触媒の出力信号と、該模擬触媒の出力信号の偏差を用いて、無駄時間+2次遅れ要素の因子である無駄時間、固有角周波数、減衰係数、定常ゲインを、該逐次最小二乗法により、演算することで、該模擬触媒の出力信号が実触媒の出力信号に合うように演算されることを、特徴とする(1)に記載の排気浄化装置の診断装置。 (10). The simulated catalyst uses the deviation between the output signal of the actual catalyst and the output signal of the simulated catalyst to obtain the wasted time + the factor of the second-order lag factor, the wasted time, the natural angle frequency, the attenuation coefficient, and the steady gain. The diagnostic device for an exhaust purification device according to (1), wherein the output signal of the simulated catalyst is calculated so as to match the output signal of the actual catalyst by calculating by the sequential minimum square method.

(11).該診断条件判定手段は、回転数が所定範囲内、エンジン負荷が所定範囲内、水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、燃料カット中でない、空燃比フィードバック中、実触媒が活性している、用いられるセンサが故障していない時、診断条件とすることを特徴とする(1)に記載の内燃機関の空燃比センサ診断装置。 (11). The diagnostic condition determining means has a rotation speed within a predetermined range, an engine load within a predetermined range, a water temperature within a predetermined range, a vehicle speed within a predetermined range, an intake air temperature within a predetermined range, an atmospheric pressure of a predetermined value or more, and a battery voltage. The internal combustion engine according to (1). Air-fuel ratio sensor diagnostic device.

(1)~(11)によれば、該実触媒と同等な該模擬触媒を逐次最小二乗法により、該実触媒下流の空燃比センサ信号と、該模擬触媒下流の空燃比センサ信号を同等とすることで、該模擬触媒の上流の空燃比センサ信号に空燃比シフトをかけることにより、該模擬触媒の空燃比センサ信号と、該模擬触媒の上流の空燃比センサ信号の関係から、排気を悪化させずに、該実触媒の劣化を判定することができる。 According to (1) to (11), the air-fuel ratio sensor signal downstream of the actual catalyst and the air-fuel ratio sensor signal downstream of the simulated catalyst are equivalent to each other by the sequential minimum square method of the simulated catalyst equivalent to the actual catalyst. By applying an air-fuel ratio shift to the air-fuel ratio sensor signal upstream of the simulated catalyst, the exhaust is deteriorated due to the relationship between the air-fuel ratio sensor signal of the simulated catalyst and the air-fuel ratio sensor signal upstream of the simulated catalyst. It is possible to determine the deterioration of the actual catalyst without causing the reaction.

詳細には、内燃機関の排気浄化装置である触媒において、逐次最小二乗法等によるシステム同定を使用することで、実触媒と同等な模擬触媒をオンボードで演算し、該模擬触媒に空燃比シフトを実行した空燃比センサ信号を入力することで、模擬触媒前後の空燃比センサ信号の類似性を検出する相互相関関数から模擬触媒の劣化を判定する。 Specifically, in a catalyst that is an exhaust purification device of an internal combustion engine, by using system identification by the sequential minimum square method or the like, a simulated catalyst equivalent to the actual catalyst is calculated onboard, and the air-fuel ratio is shifted to the simulated catalyst. By inputting the air-fuel ratio sensor signal obtained by executing the above, the deterioration of the simulated catalyst is determined from the mutual correlation function for detecting the similarity of the air-fuel ratio sensor signals before and after the simulated catalyst.

この時、模擬触媒と実触媒は同等であるため、その結果は実触媒の劣化と判定することができ、更に、実触媒に入力する空燃比センサ信号に空燃比シフトを実行しないため、排気を悪化させずに、実触媒の劣化を判定することができる。 At this time, since the simulated catalyst and the actual catalyst are equivalent, the result can be determined to be deterioration of the actual catalyst, and further, since the air-fuel ratio shift is not executed for the air-fuel ratio sensor signal input to the actual catalyst, the exhaust gas is exhausted. Deterioration of the actual catalyst can be determined without making it worse.

また、他の態様としては、該相互相関関数を演算するのではなく、該模擬触媒前後の空燃比の平均値から診断することもできる。この方法では、複雑な該相互相関関数を演算することが無いので、マイコンの処理負荷を低減できる見込みがある。 Further, as another aspect, the diagnosis can be made from the average value of the air-fuel ratio before and after the simulated catalyst, instead of calculating the cross-correlation function. In this method, since the complicated cross-correlation function is not calculated, it is expected that the processing load of the microcomputer can be reduced.

上記の判定手段により、触媒の劣化を判定したならば、エンジンランプ等を点灯、故障診断ツールに検出した故障モードに合ったDTCを通信し、運転者に異常を警告する。 When the deterioration of the catalyst is determined by the above-mentioned determination means, the engine lamp or the like is turned on, the DTC corresponding to the detected failure mode is communicated to the failure diagnosis tool, and the driver is warned of the abnormality.

101:エンジン制御システム
102:デバイス
103:診断条件判定手段
104:空燃比シフト量演算手段
105:模擬デバイス
106:診断演算手段
200:エアークリーナ
201:点火装置
202:燃料噴射装置
203:回転数検出装置
204:流量検出装置
205:触媒前酸素センサ
206:触媒
207:内燃機関制御装置
208:プレートまたはリングギア
209:燃料タンク
210:燃料ポンプ
211:プレッシャーレギュレータ
212:燃料管
213:スロットルバルブ
214:気筒
215:触媒後酸素センサ
301:エンジン制御システム
302:空燃比シフト量演算手段
303:デバイス
304:診断条件判定手段
305:相互相関関数演算手段
306:閾値設定手段
307:比較判定手段
308:OK/NG判定手段
701:エンジン制御システム
702:実触媒
703:模擬触媒
704:空燃比シフト量演算手段
705:空燃比シフト許可判定手段
706:相互相関関数演算手段
707:診断条件判定手段
708:閾値設定手段
709:比較判定手段
7010:OK/NG判定手段
1301:エンジン制御システム
1302:実触媒
1303:模擬触媒
1304:空燃比シフト量演算手段
1305:空燃比シフト許可判定手段
1306:空燃比シフト毎平均値演算手段
1307:診断条件判定手段
1308:閾値テーブル検索手段
1309:比較判定手段
1310:OK/NG判定手段
101: Engine control system 102: Device 103: Diagnostic condition determination means 104: Air fuel ratio shift amount calculation means 105: Simulation device 106: Diagnostic calculation means 200: Air cleaner 201: Ignition device 202: Fuel injection device 203: Rotation speed detection device 204: Flow detection device 205: Pre-catalyst oxygen sensor 206: Catalyst 207: Internal combustion engine control device 208: Plate or ring gear 209: Fuel tank 210: Fuel pump 211: Pressure regulator 212: Fuel pipe 213: Throttle valve 214: Cylinder 215 : Post-catalyst oxygen sensor 301: Engine control system 302: Air fuel ratio shift amount calculation means 303: Device 304: Diagnostic condition judgment means 305: Mutual correlation function calculation means 306: Threshold setting means 307: Comparison judgment means 308: OK / NG judgment Means 701: Engine control system 702: Actual catalyst 703: Simulated catalyst 704: Air fuel ratio shift amount calculation means 705: Air fuel ratio shift permission determination means 706: Mutual correlation function calculation means 707: Diagnostic condition determination means 708: Threshold setting means 709: Comparison determination means 7010: OK / NG determination means 1301: Engine control system 1302: Actual catalyst 1303: Simulated catalyst 1304: Air fuel ratio shift amount calculation means 1305: Air fuel ratio shift permission determination means 1306: Air fuel ratio shift average value calculation means 1307 : Diagnostic condition determination means 1308: Threshold table search means 1309: Comparison determination means 1310: OK / NG determination means

Claims (15)

エンジンからの排気が通過するデバイスと、
前記デバイスの前の前記排気の状態を示す第1信号と前記デバイスの後の前記排気の状態を示す第2信号から同定される関数で構成される模擬デバイスと、
前記第1信号を空燃比シフトした第3信号を前記模擬デバイスに入力し、前記模擬デバイスから出力される第4信号と前記第3信号から前記デバイスを診断するプロセッサと、
を備える診断装置。
Devices through which the exhaust from the engine passes, and
A simulated device composed of a function identified from a first signal indicating the state of the exhaust before the device and a second signal indicating the state of the exhaust after the device.
A processor in which a third signal obtained by shifting the air-fuel ratio of the first signal to the simulated device is input to the simulated device, and the device is diagnosed from the fourth signal output from the simulated device and the third signal.
A diagnostic device equipped with.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記第1信号に一次遅れフィルタをかけ、立ち下がり時定数を大きくすることで前記空燃比シフトを実行する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The processor
A diagnostic device characterized in that the air-fuel ratio shift is executed by applying a first-order lag filter to the first signal and increasing the fall time constant.
請求項2に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記第1信号の時間微分値が負になる期間において前記立ち下がり時定数を大きくする
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 2.
The processor
A diagnostic apparatus characterized in that the falling time constant is increased during a period in which the time derivative value of the first signal becomes negative.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
逐次最小二乗法により前記関数を同定する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The processor
A diagnostic device characterized by identifying the function by the sequential least squares method.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記第3信号と前記第4信号との類似性を示す指標を前記空燃比シフトを実行する毎に演算し、前記指標から前記デバイスを診断する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The processor
A diagnostic device characterized in that an index indicating the similarity between the third signal and the fourth signal is calculated every time the air-fuel ratio shift is executed, and the device is diagnosed from the index.
請求項5に記載の診断装置であって、
前記指標は、
相互相関関数である
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 5.
The index is
A diagnostic device characterized by being a cross-correlation function.
請求項6に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記相互相関関数の値が閾値を超え、前記第3信号と前記第4信号との類似性が高いことを示す場合、前記デバイスが劣化したと診断する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 6.
The processor
A diagnostic apparatus characterized in that when the value of the cross-correlation function exceeds a threshold value and the similarity between the third signal and the fourth signal is high, it is diagnosed that the device has deteriorated.
請求項6に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
所定の点火回数毎に、前記空燃比シフトを実行し、
前記所定の点火回数毎に、前記相互相関関数を演算する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 6.
The processor
The air-fuel ratio shift is executed every predetermined number of ignitions, and the air-fuel ratio shift is executed.
A diagnostic device characterized in that the cross-correlation function is calculated for each predetermined number of ignitions.
請求項8に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記相互相関関数の最大値と2番目に大きい値との荷重平均値が閾値を超える場合に、前記デバイスが劣化したと診断する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 8.
The processor
A diagnostic device for diagnosing that the device has deteriorated when the load mean value of the maximum value and the second largest value of the cross-correlation function exceeds a threshold value.
請求項5に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
所定の点火回数毎に、前記空燃比シフトを実行し、
前記所定の点火回数毎の前記第4信号の平均値から、前記空燃比シフトを実行する期間における前記第4信号の平均値を劣化指標として演算し、
前記劣化指標が前記第3信号の平均値に対応する閾値より小さい場合、前記デバイスが劣化したと診断する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 5.
The processor
The air-fuel ratio shift is executed every predetermined number of ignitions, and the air-fuel ratio shift is executed.
From the average value of the fourth signal for each predetermined number of ignitions, the average value of the fourth signal during the period in which the air-fuel ratio shift is executed is calculated as a deterioration index.
A diagnostic device for diagnosing that the device has deteriorated when the deterioration index is smaller than the threshold value corresponding to the average value of the third signal.
請求項4に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
前記第2信号と前記第4信号の偏差を用いて、無駄時間+2次遅れ要素の因子である無駄時間、固有角周波数、減衰係数、及び定常ゲインを、逐次最小二乗法により同定することで、前記模擬デバイスを構成する前記関数を同定する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 4.
The processor
By using the deviation between the second signal and the fourth signal to identify the wasted time + the factor of the second-order lag factor, the wasted time, the intrinsic angular frequency, the attenuation coefficient, and the steady gain, by the sequential least squares method. A diagnostic device characterized by identifying the function constituting the simulated device.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記プロセッサは、
回転数が所定範囲内、エンジン負荷が所定範囲内、水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、燃料カット中でない、空燃比フィードバック中、実触媒が活性している、及び用いられるセンサが故障していない時、前記デバイスを診断する
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The processor
The number of revolutions is within the specified range, the engine load is within the specified range, the water temperature is within the specified range, the vehicle speed is within the specified range, the intake air temperature is within the specified range, the atmospheric pressure is within the specified value, the battery voltage is within the specified range, and the fuel is being cut. A diagnostic device comprising diagnosing the device when not, during air-fuel ratio feedback, when the actual catalyst is active, and when the sensor used is not faulty.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記空燃比シフトは、
空燃比をリッチからリーンにするリーンシフトである
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The air-fuel ratio shift is
A diagnostic device characterized by a lean shift that changes the air-fuel ratio from rich to lean.
請求項1に記載の診断装置であって、
前記デバイスは、
前記排気を浄化する触媒から構成される
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 1.
The device is
A diagnostic device characterized by being composed of a catalyst for purifying the exhaust gas.
請求項14に記載の診断装置であって、
前記第1信号と前記第2信号は、
O2センサから出力される信号である
ことを特徴とする診断装置。
The diagnostic device according to claim 14.
The first signal and the second signal are
A diagnostic device characterized by being a signal output from an O2 sensor.
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