JP2753397B2 - 触媒装置と酸素量検出装置の劣化判定装置およびその方法 - Google Patents

触媒装置と酸素量検出装置の劣化判定装置およびその方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、車両の動作状態に従い計算される理論的な
酸素量検出信号を用いて仮想信号が生成されて触媒装置
と酸素量検出装置の劣化状態を正確に判断する触媒装置
と酸素量検出装置の劣化判定装置およびその方法に関す
る。
2.従来の技術の説明 一般に、車両では、燃料の燃焼後に排出される排気ガ
スは有害物質を含む。その有害物質を浄化するため、触
媒装置が取り付けられている。更に、排気ガス中に含ま
れている酸素量を検出して空気燃料比を判断できるよう
にする酸素量検出装置が取り付けられている。
このように、有害物質の排出を触媒装置の作用で減少
させ、動作中の車両の空気燃料比が酸素量検出装置で正
確に計算される。
この場合、排気ガスの酸素量に従い燃料の空気燃料比
が補正されれば、触媒装置の効率が改良でき、また燃料
消費も改良できる。
しかしながら、空気燃料比を補正する場合、有害成分
の排出を抑制する酸素量検出装置と触媒装置が、高温の
排気ガスによって劣化される場合がある。このように、
触媒装置と酸素量検出装置が損傷して動作しないと、空
気燃料比が正確に補正されない。
従来は、上述した問題を解決するため、触媒装置と酸
素量検出装置の劣化状態を判定し、空気燃料比を正確に
補正できるようになっている。
以下、従来の触媒装置と酸素量検出装置の劣化状態の
判定方法を説明する。
従来、触媒装置の劣化状態を判定する第１の方法は、
下記の通りである。即ち、設定された時間間隔で用いら
れる二つの酸素量検出信号で判断される空気燃料比の濃
厚又は希薄状態が、その反転回数をカウントし、それに
より反転周波数を算出する。このように算出された反転
周波数は、設定時間間隔に亘る平均値が算出される。次
に、この値が劣化判定値と比較され、触媒装置の劣化状
態を判定する（周波数比の利用）。
上述した周波数比法では、劣化の判断の動作条件は、
次の通りである。
（１）空気燃料比フィードバック制御がなされる間、 （２）酸素量検出装置が動作中であるとき、 （３）吸入空気量検出装置の出力信号が設定値以下であ
る場合、 （４）アイドルスイッチがオフ状態であるとき、 （５）条件（１）〜（４）を満たした後設定時間が経過
したとき、 になる。
従来、触媒装置の劣化を判断する二番目の方法は、次
のように構成されている。即ち、二つの酸素量検出信号
が用いられ、検出信号の振幅の大きさと設定値を比較す
る。もし検出信号の振幅の大きさが設定値を超過する
と、触媒装置が劣化していると判定する。
二番目の方法では、劣化判断動作条件を下記の通りで
ある。
（１）燃料の噴射動作がカットオフ状態ではないとき、 （２）車両が全負荷の状態でないとき、 （３）空気燃料比フィードバックが制御状態であり、 （４）計算による排気ガスの温度が設定値以上であると
き、 （５）酸素量検出装置が異常状態でないとき、 （６）動作禁止解除以後に設定された一定期間が経過し
た後、 になる。
従来、触媒装置の劣化の判定の第三番目の方法は、下
記の通りである。即ち、酸素量検出信号の積分値と設定
値とを相互に比較して触媒装置の劣化状態を判定する。
積分値が、エンジンの負荷状態に従い設定された設定値
より大きい場合に、触媒装置が劣化していると判定され
る。
上述した第３番目の方法では、劣化の判断の動作条件
は、下記の通りである。
（１）エンジンの速度と冷却水温度が設定値以下である
とき、 （２）排気ガスの温度が設定値以上であるとき、 （３）車両が過渡状態ではない場合、 である。
従来、上記方法を上記条件で用いることにより、触媒
装置の劣化状態を判断し、それにより、空気燃料比を正
確に維持できる。
なお、酸素量検出装置の劣化状態を判定する方法は、
次の通りである。
まず、酸素量検出装置の劣化の判断する第１の方法
は、次のように構成されている。即ち、複数の酸素量検
出装置中で、触媒装置の前方に取り付けられている酸素
量検出装置が、劣化度を検出するために空気燃料比変動
を受けたとき、酸素量検出装置の応答性を用いて評価さ
れる。
この方法では、空気燃料比フィードバック制御中に、
設定時間が経過した後、及びエンジン回転速度、体積効
率および水温状態が設定された条件を満たした後モニタ
リングを行う。設定条件が満たされない場合には、判断
動作が中止される。
酸素量検出装置の劣化を判定する二番目の方法は、次
の通りである。空気燃料比が濃厚状態や希薄状態に可変
される変換周期を測定し、測定信号の応答程度を評価
し、それによって酸素量検出装置の劣化状態を判定す
る。
上述した第２の方法では、劣化度の判断の動作条件
は、下記の通りである。
（１）触媒装置の後方に取り付けられている酸素量検出
装置の制御がなされる領域、 （２）触媒装置が異常を有さない状態、 （３）動作状態をチェックする間隔が不適切な状態、 （４）判断が、上記設定条件が満たした後一定時間が経
過した後になされる。
酸素量検出装置の劣化を判定する第三番目の方法は、
下記の通りである。即ち、空気燃料比制御値が変動した
とき、酸素量検出装置の応答特性を判断し、劣化特性を
判断する。エンジン速度、負荷状態および冷却水温が設
定条件を満たし、閉ループ条件が適切である場合、酸素
量検出装置の状態が判断される。
上述したように、従来、触媒装置と酸素量検出装置の
動作状態が、様々な方法に基づいて判断されている。
しかしながら、前記した従来の判定方法では、触媒装
置の動作状態を判断する場合、触媒装置の前方に取り付
けられている酸素量検出装置の信号が用いられる。従っ
て、触媒装置の前方に取り付けられている酸素量検出装
置に異常が発生する場合は、触媒装置の動作状態を正し
く判断できない。
発明の総括 本発明は前記した従来の問題点を解決するためのもの
である。
従って、本発明の目的は、仮想信号を用いて理論的な
仮想酸素量検出信号を算出し、触媒装置と酸素量検出装
置の劣化状態を判定できる触媒装置及び酸素量検出装置
の劣化判定装置およびその方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明による触媒装置の
劣化判定装置は、 冷却水の温度を検出し、検出した温度を電気信号の形
態で出力する冷却水温度検出手段と、 スロットルの開度を検出し、検出したスロットル開度
を電気信号の形態で出力するスロットルバルブ開度検出
手段と、 エンジンの回転速度を検出し、検出したエンジン回転
速度を電気信号の形態で出力するエンジン回転速度検出
手段と、 酸化と還元反応を用いて有害な排気ガスを浄化して無
害ガスにするための触媒装置と、 前記触媒装置の後方の排気管に装着され、触媒装置の
劣化状態を判断し、及び触媒装置を通過した排気ガス中
に含まれている酸素量を検出し、検出した酸素量を電気
信号の形態で出力する第２酸素量検出手段と、 車両の走行速度を検出し、車両の走行速度に該当する
電気信号を出力する車速検出手段と、 エンジンのアイドル状態を検出し、検出したアイドル
状態を電気信号の形態で出力するアイドルスイッチと、 前記検出手段とアイドルスイッチから供給される信号
を読み出し、エンジンの始動時のエンジン冷却水温度を
判断して、車両の状態が設定時間に亘って設定条件を満
たしているか判断し、前記第２酸素量検出手段の電気信
号と車両の走行状態に従う設定データに基づく仮想酸素
量検出信号とを用いて触媒装置の動作状態を判断するエ
ンジン制御手段と、 前記エンジン制御手段と連結され、触媒装置の動作状
態に従い出力される信号に応答する警告手段とを具備す
る。
上記目的を達成するため、本発明の触媒装置の劣化判
定方法は、 触媒装置の状態を判断するため経過された時間を判断
することにより空気燃料比の濃厚及び希薄調整パラメー
ターを設定し、及び車両の状態に従い設定されたデータ
に基づいて信号の振幅と周波数とを判断するステップ
と、 設定値を用いて設定された時間の間に対応する仮想酸
素量検出信号を計算するステップと、 空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメーターを判断して
空気燃料比の状態が正常、濃厚あるいは希薄状態である
かを決定するステップと、 第２酸素量検出手段の実酸素量検出信号を判断し、実
酸素量検出信号の範囲が、空気燃料比の状態に従い設定
された範囲内に存在するかを決定し、設定範囲内に存在
する場合エラー発生回数を“1"だけ減少させ、設定範囲
内に存在しない場合にはエラー発生回数を“1"だけ増加
させるステップとを具備する。
上記目的を達成するため、本発明の酸素量検出装置の
劣化判定装置は、 冷却水の温度を検出し、検出した冷却水温度を電気信
号の形態で出力する冷却水温検出手段と、 スロットルバルブの開度を検出し、検出したスロット
ルバルブの開度を電気信号の形態で出力するスロットル
バルブ開度検出手段と、 エンジンの回転速度を検出し、検出したエンジン回転
速度を電気信号の形態で出力するエンジン回転速度検出
手段と、 酸化と還元反応を用いて排気管から排出される有害な
排気ガスを浄化して無害ガスにするための触媒装置と、 前記触媒装置の前方の排気管に装着され、空気燃料比
のフィードバック制御動作のための排気ガスの酸素量を
検出することにより該当する信号を出力する第１酸素量
検出手段と、 車両の走行速度を検出して車両の走行速度に該当する
電気信号を出力する車速検出手段と、 エンジンのアイドル状態を検出し、検出したアイドル
状態を電気信号の形態で出力するアイドルスイッチと、 前記検出手段とアイドルスイッチから供給される信号
を読み出し、エンジンの始動時のエンジン冷却水温度を
判断して、車両の状態が設定時間に亘って設定条件を満
たしているか判断し、前記第１酸素量検出手段の電気信
号と車両の走行状態に従う設定データに基づき算出され
た仮想酸素量検出信号とを用いて前記第１酸素量検出手
段の動作状態を判断するエンジン制御手段と、 前記エンジン制御手段と連結されて前記第１酸素量検
出手段の動作状態に従い出力される信号に対応する警告
手段とを具備する。
目的を達成するため、本発明の酸素量検出手段の劣化
状態安定方法は、 空気燃料比の濃厚及び希薄調整パラメーターを設定
し、車両の状態に従い設定されたデータに基づき信号の
振幅と周波数を設定するステップと、 第１酸素量検出手段の空気燃料比の濃厚と希薄判定線
の通過回数が設定範囲内にあり、設定された時間が経過
しない場合、前記設定信号を用いて該当する酸素量検出
信号を設定し、設定された時間が経過した場合、第１酸
素量検出手段の動作状態を判断するステップと、 設定され仮想酸素量検出信号を用いて空気燃料比のフ
ィードバック制御を実行し、前記第１酸素量検出手段か
ら出力される信号を測定するステップと、 前記第１酸素量検出信号の空気燃料比の濃厚と希薄判
定線の通過回数を測定し、前記第１酸素量検出信号の最
大値と最小値を測定するステップと、 前記第１酸素量検出信号の最大値と最小値が設定範囲
内に存在するかを判断し、その値が設定範囲に存在すれ
ばエラー発生回数を“1"だけ減少させ、その値が設定範
囲内に存在しなければエラー発生回数を“1"だけ増加さ
せ、これによりエラー発生回数が設定値を超えるとの知
見に基づき前記第１酸素量検出手段が異常状態であると
判断するステップとを具備する。
図面の簡単な説明 本発明の上記目的及び他の有利性は、本発明の好まし
い例を、添付した下記の図面を参照して詳細に説明する
ことでより明白になるであろう。
FIG.1は、本発明の仮想信号を用いた触媒装置と酸素
量検出装置のブロック図である。
FIG.2は、本発明の仮想信号を用いた触媒装置と酸素
量検出装置の判定のメイン動作を示すフローチャートで
ある。
FIG.3Aないし3Dは、本発明の仮想信号を用いた触媒装
置の劣化判定方法を示すフローチャートである。
FiG.4は、本発明の仮想信号を用いた酸素量検出装置
の劣化判定方法を示すフローチャートである。
好ましい態様の説明 FIG.1は本発明の仮想信号を用いた触媒装置と酸素量
検出装置を示すブロック図である。
FIG.1に示すように、本発明の触媒装置の劣化を判定
する装置は、 エンジンの冷却水温度を検出して該当する電気信号を
出力する冷却水温検出部11と、 スロットルバルブの開度を検出して該当する電気信号
を出力するスロットルバルブ開度検出部12と、 エンジンの回転速度を検出して該当する電気信号を出
力するエンジン回転速度検出部13と、 排気管に装着されて有害な排気ガスを浄化する触媒装
置14と、 前記触媒装置14の前方に装着され、触媒装置14の動作
前に排気ガスの酸素量を検出して該当する信号を出力す
る第１酸素量検出部15と、 前記触媒装置14の後方に装着され、触媒装置14の動作
後に排気ガスの酸素量を検出してそれを電気信号の形態
で出力する第２酸素量検出部16と、 車両の走行速度を検出して車両の速度に対応する電気
信号を出力する車速検出部17と、 車両のアイドル状態を検出し、検出したアイドル状態
を電気信号の形態で出力してアイドル状態を判定するこ
とを可能にするアイドルスイッチS1と、 前記検出部11〜16とアイドルスイッチS1から供給され
る電気信号を読みとることにより動作状態に該当する仮
想酸素量検出信号を算出し、前記触媒装置14と第１酸素
量検出部15の動作状態を判断して該当する制御信号を出
力するエンジン制御部２と、 前記エンジン制御部２からの制御信号に応じて動作し
て触媒装置14と第１酸素量検出部15の動作状態を認識で
きるようにする警告部３とを具備する。
本発明の仮想信号を用いて触媒装置と酸素量検出装置
の劣化を判定する装置は、次に説明する方法で動作す
る。
まず、仮想の酸素量検出信号を算出するため、エンジ
ンの回転速度および負荷状態に従い出力される該当する
信号の周波数と振幅はメモリ４に貯蔵されている。
このため、触媒装置と酸素量検出装置の動作状態を判
断するための設定条件を満たす仮想酸素量検出信号に応
じて空気燃料比のフィードバック動作がなされるとき、
エンジン制御部２は、触媒装置14の後方に装着されてい
る第２酸素量検出部16の信号を用いて触媒装置の劣化状
態を決定する。次いで、触媒装置14の前方に装着されて
いる第１酸素量検出部15の信号と仮想酸素量検出信号と
を比較し、触媒装置14の前方に装着されている第１酸素
量検出部15の劣化状態が決定される。
最初に、エンジン制御部２が、冷却水温検出部11とス
ロットルバルブ開度検出部12とエンジン回転速度検出部
13から出力される信号を読み出し（S101）、次いで用い
られる変数値を初期化させる（S102）。
そしてエンジン始動の始めの状態時に検出された冷却
水温度を判断する（S103）。
次に、エンジン制御部２は、触媒装置14と第１酸素量
検出部15の劣化状態を判断するための動作実行の条件が
満たされているかを判断する。即ち、現在空気燃料比の
フィードバック制御動作が行われているか、及び燃料噴
射がカットオフであるかについて判断がなされる。
この条件下で、空気燃料比のフィードバック制御動作
がなされるということは車両システムの動作が正常的に
なされていることを示す。従って、空気燃料比のフィー
ドバック制御動作がなされているとき、触媒装置と酸素
量検出装置の動作状態が決定される。
そして車両の状態が上記の条件を満たすと、エンジン
制御部２は、冷却水温検出部11で検出されたエンジンの
冷却水温度が設定温度より高いかを判断する（S105）。
設定温度以上である場合、スロットルバルブ開度検出部
13によって検出された現在の状態のスロットルバルブの
開度と前状態のスロットルバルブの開度との差を算出す
る。そうして、スロットルバルブの開度変化量（△TPS
i）を算出する（S106）。
次に、前記のように算出されたスロットルバルブの開
度変化量（△TPSi）を設定値と比較して（S107）、設定
値より小さいか等しい場合、エンジン制御部２は読み出
されたエンジン回転速度検出信号を用いて現在のエンジ
ン回転送度（RPMTi）を判断する（S108）。
そして、エンジン制御部２は、正確な車両の最適な走
行速度を求めるため、下記の式（１）に基づき、読み出
されたエンジン回転速度信号を変換させる（S109）。
RPMTi＝（FC/256）×（RPMTi−RPMTi−１）＋ RPMTi−１ ……（１） （ここで、RPMTi−１は前状態においてのエンジン回
転速度であり、FCはフィルタ定数である。） 式（１）に基づく劣化判定動作を行なうための条件を
判断するため、エンジン回転速度RPMTiの信号がより正
確な形に変換される。次に、エンジン制御部２は、現状
の算出されたエンジン回転速度と前ステップの算出され
たエンジン回転数間の差を算出し、それによって、エン
ジン回転速度の変化量（△RPMTi）を得る（S110）。
そして、算出されたエンジン回転速度の変化量△RPMT
iと設定値とを比較し（S111）、エンジン回転速度の変
化量△RPMTiが設定値より小さいか等しい場合、エンジ
ン制御部２は、アイドルスイッチS1と車速検出部17を用
いて車両がアイドル状態ではなく、及び車両の速度が
“0"ではないかを決定する（S112）。
車両がアイドル状態ではなくある速度で走行している
場合、エンジン制御部２は変数Ｋ値を“1"と設定する
（S113）。次いで、車両の停止後の運転開始時に、エン
ジン制御部２は、エンジン冷却水の温度に応じて設定さ
れた動作条件満足回数NCONT（ｎ）を“1"増加させる（S
114）。
しかしながら、車両がアイドル状態であり、走行速度
が“0"である場合、エンジン制御部２は、変数Ｋ値を
“2"と設定し（S115）、動作条件満足回数NCONT（ｎ）
を“1"増加させる（S116）。
そして、エンジン制御部２は、“1"増加された動作条
件満足回数NCONT（ｎ）が設定値より大きいか等しいか
を決定する（S117）。設定値より大きいか等しい場合、
エンジン制御部２は前記変数Ｋ値が“1"であるか“2"で
あるかを決定する（S118）。
動作条件満足回数NCONT（ｎ）が設定値より小さい場
合、エンジン制御部２は、エンジン制御部２が空気燃料
比制御が行われているか、及びシリンダに燃料が供給さ
れているかを決定する条件満足判定ステップ（S104）に
移行する。次に、設定された動作条件が満たされている
かの判断が行われ、そして、この判断は、エンジンの始
動時にエンジン冷却水の温度に応じて設定されている動
作条件満足回数NCONT（ｎ）が満たされるまで続けられ
る。
動作条件満足回数NCONT（ｎ）は、触媒装置14が十分
に暖まり、正常に動作できるようにするためのものであ
る。更に、動作条件満足回数は、エンジンの始動時にエ
ンジン冷却水の温度に応じて正常温度で十分にウォーミ
ングアップのための十分な回数にそれぞれ異なって設定
されている。
従って、寒い冬季に、エンジンの始動後、十分なウォ
ーミングアップがなされなくて触媒装置が正確な動作を
行なえない。この場合、触媒装置の劣化状態が判断さ
れ、そして正常な触媒装置が異常と判断される誤った判
断を防止できる。
一方、動作条件満足回数NCONT（ｎ）が設定値より大
きいと、変数Ｋの判断される値が“1"である場合、エン
ジン制御部２は、該当する条件に基づいて、触媒装置14
の状態を判断する（S200）。
しかしながら、変数Ｋ値が“2"である場合、エンジン
制御部２は、触媒装置14の前方に装着されている第１酸
素量検出部15の条件の判断に基づき第１酸素量検出部15
の状態を判断する（S300）。
前記のように、エンジン始動時のエンジン冷却水温度
に応じて設定された各々の設定条件が満たされる場合、
設定条件に基づいて触媒装置14及び第１酸素量検出部15
の劣化状態が判断される。
以下、触媒装置14の劣化状態を判断するための動作を
FIG.3Aないし3Dを参照して説明する。
触媒装置14の状態を判断するための動作が進行する
と、エンジン制御部２は、所定の設定時間が経過した
後、触媒装置14の劣化状態を判断する（S201）。
所定の設定時間が経過した後触媒装置14の状態を判定
する理由は、次の通りである。即ち、車両の走行速度が
触媒装置の劣化を持続的に判断できるかの判断がなされ
る。条件満足の後に、車両速度の変動のために動作条件
が満たされない場合に、誤った判定が防止される。
従って、設定された時間が経過すると、エンジン制御
部２は、エンジン回転速度と車両の走行状態に従い既に
設定されているデータを用いて仮想酸素量検出信号IMO2
を算出するための振幅と周波数とを設定する（S202）。
そして、エンジン制御部２は、空気燃料比濃厚／希薄
調整パラメーターCONST（ｉ）を用いて仮想酸素量検出
信号IMO2のレベルを任意に変化させ、空気燃料比の状態
を濃厚／希薄状態に変えるようにする。次いで、変動さ
れた空気燃料比の状態に従い、制御信号が正確に出旅さ
れるかを判断するため、触媒装置14の状態が判断され、
そして経過時間ｔが第１設定時間t1と比較される（S20
3）。
経過時間が第１設定時間t1より短い場合、エンジン制
御部２は空気燃料比濃厚／希薄調整パラメーターCONST
（ｉ）の値をCONST（１）と設定する（S204）。
しかしながら、経過時間ｔが第１設定時間t1より短く
ない場合、エンジン制御部２は経過時間ｔが第１設定時
間t1より長く、かつ第２設定時間t2より短いかを決定す
る（S205）。
経過時間ｔが設定された条件を満たす場合、エンジン
制御部２は空気燃料比濃厚／希薄制御パラメーターCONS
T（ｉ）の値をCONST（２）と設定する（S206）。
しかしながら、経過時間ｔが前記条件を満たさない場
合、エンジン制御部２は、経過時間ｔが第２設定時間t2
と等しいか又は長いか、かつ第３設定時間t3より短いか
を決定する（S207）。
経過時間ｔが前記条件を満たす場合、エンジン制御部
２は、空気燃料比調整パラメーターCONST（ｉ）の値をC
ONST（３）と設定する（S208）。他方、前記条件が満た
されない場合、エンジン制御部２はFIG.2のステップS10
4にもどって動作条件が満たされるかを決定する。
触媒装置14の状態判断動作を行なった後、経過時間ｔ
に応じて空気燃料比濃厚／希薄調整パラメーターCONST
（ｉ）の値を設定する。このように、正常な空気燃料比
を現わす仮想酸素量検出信号IMO2は、信号レベルの調整
により、希薄状態の酸素量検出信号IMO2と濃厚状態の酸
素量検出信号IMO2に変えられる。
濃厚／希薄調整パラメーターCONST（ｉ）が設定され
ると、エンジン制御部２は下記（２）式を用いて第１酸
素量検出部15の仮想酸素量検出信号IMO2を算出する（S2
09）。
IMO2＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（ｉ） ……（２） （ここで、AMは仮想酸素量検出信号の振幅の大きさで
あり、 Hzは仮想酸素量検出信号の周波数であり、 ｎは時間の変数であり、 CONST（ｉ）は空気燃料比濃厚／希薄調整
パラメーターである。） 前記空気燃料比濃厚／希薄調整パーラーメーターCONS
T（ｉ）は、設定値に応じて該当する値に設定されてい
る。
前記した過程を通じて理論的な仮想酸素量検出信号IM
OSが計算されると、エンジン制御部２は、時間変数ｎの
値を“1"増加させ（S210）、仮想酸素量検出信号IMO2が
設定された時間の間連続的に算出できるようになってい
る。
そして、エンジン制御部２は、実酸素量検出信号に応
じて空気燃料比を制御する動作を中断する。その後、エ
ンジン制御部２は、算出された仮想酸素量検出信号IMOS
を用いて空気燃料比の制御動作を開始し（S211）、設定
された空気燃料比濃厚／希薄調整パラメーターCONST
（ｉ）の値を決定する（S212）。
従って、空気燃料比のフィードバック制御動作が、仮
想酸素量検出信号IMO2に基づいて行われるとき、第２酸
素量検出部16において時間の経過に応じて可変される空
気燃料比の状態に合う正常となるように空気燃料比を補
正するための信号を出力するかの判断がなされる。
次いで、空気燃料比調整パラメーターCONST（ｉ）の
値がCONST（１）である場合、エンジン制御部２は、第
２酸素量検出部16が、正常な空気燃料比仮想酸素量検出
信号IMO2のフィードバック制御動作に応じて正常状態に
該当する酸素量検出信号を出力するかを判断する（S21
3）。
そして空気燃料比制御パラメーターCONST（ｉ）の値
がCONST（２）である場合、これは仮想酸素量検出信号I
MO2が正常状態から濃厚状態に移った状態を示す。従っ
て、第２酸素量検出部16が、空気燃料比の変動に応じた
実酸素量検出信号を出力するかを判断する（S214）。
空気燃料比制御パラメーターCONST（ｉ）がCONST
（３）である場合、それは仮想酸素量検出信号IMO2が正
常状態から希薄状態に移った状態であることを示す。従
って、エンジン制御部２は、第２酸素量検出部16が、空
気燃料比の状態変動に応じた少量の実酸素量検出信号を
出力するかを判断する（S215）。このように、触媒装置
14が正常に動作を行なうかが判断される。
前記のように、各判断された空気燃料比の状態に応じ
て該当する制御動作がすべて行なわれた後、エンジン制
御部２は、触媒装置14の状態を決定する。この目的のた
めに、全ての設定条件が満たされた場合、エンジン制御
部２は、続けて触媒装置14の動作状態を判断し、一方そ
うでない場合には、FIG.2のステップS104に飛び、触媒
装置14や第１酸素量検出部15の状態を判断するための条
件が満たれているかの判断がなされる。
以下、仮想酸素量検出信号IMO2によって空気燃料比の
状態を変化させて触媒装置14の正常状態を判断する動作
を、FIG.3Bないし3Dを参照しながら説明する。
まず、空気燃料比の正常状態を示す仮想酸素量検出信
号を用いて触媒装置14の状態を判断する動作をFIG.3Cを
参考にして説明する。
設定時間が経過した後、空気燃料比の状態が正常状態
を示す仮想酸素量検出信号（IMO2）に応じて空気燃料比
のフィードバック制御動作がなされるとき、エンジン制
御部２は、第２酸素量検出部16において生成される信号
を読み出し、第２酸素量検出信号RREO2を生成する（S21
31）。更に、エンジン制御部２は、第２酸素量検出信号
RREO2が設定範囲内に存在するか、つまり第１設定値B1
の未満で、かつ第２設定値B2以上であるかを判断する
（S2132）。
設定範囲内に第２酸素量検出信号RREO2が存在する場
合、エンジン制御部２は第２酸素量検出部16が正常状態
であると判断し、それによって現在のエラー発生回数を
“1"減少させる（S2133）。
減少されたエラー発生回数が“0"より小さいか等しい
場合（S2134）、エンジン制御部２はエラー発生回数を
“0"と設定し（S2135）、そしてFIG.3Aに示されている
触媒装置14の動作判断条件が満たされているかを判断す
る（S104）。
しかしながら、第２酸素量検出信号RREO2が設定され
た条件を満たさない場合、エンジン制御部２は、現在の
エラー発生回数に“1"を加える（S2136）。次いで、エ
ンジン制御部２は、エラー発生回数が設定値より大きい
か等しいかを判断する（S2137）。設定値より大きいか
等しい場合、エンジン制御部２は、異常が発生したと判
断し、警告装置３を動作させる（S2183）。
しかしながら、そうでない場合、FIG.3Aの触媒装置14
の動作判断条件が満たされているかを判断する（S10
4）。
そして、仮想酸素量検出信号IMO2の信号レベルを可変
させて空気燃料比の状態が濃厚な状態であるときFIG.3D
に示されている方法で触媒装置14に異常が発生したかを
判断する。
設定時間が経過した後、空気燃料比の状態が濃厚な状
態に変動された仮想酸素量検出信号IMO2に応じてフィー
ドバック制御動作がなされるとき、エンジン制御部２
は、第２酸素量検出部16において生成される信号を読み
出して第２酸素量検出信号RREO2を算出する（S2141）。
次いで、エンジン制御部２は、第２酸素量検出信号RREO
2の値が第４設定値B4より大きいか等しいか、かつ第３
設定値B3より小さいか等しいかを判断する（S2142）。
第２酸素量検出信号RREO2が設定範囲内に存在する場
合、エンジン制御部２は、空気燃料比が正常であるとき
の動作と同一の方法で第２酸素量検出部16が正常状態で
あると判断する。次に、エンジン制御部２は、現在のエ
ラー発生回路から“1"を減少させる（S2143）。
減少されたエラー発生回数が“0"より小さいか等しい
場合、エンジン制御部２は、エラー発生回数を“0"に設
定した後（S2145）、FIG.3Aに示されている触媒装置14
の動作条件が満たされているかを判断する（S104）。
第２酸素量検出信号RREO2が設定条件を満たさない場
合、エンジン制御部２は、現在のエラー発生回数に“1"
を加え（S2146）、エラー発生回数が設定値より大きい
か等しいかを判断する（S2147）。
設定条件が満たされる場合、エンジン制御部２は、触
媒装置14に異常が発生したと判断し、警告装置３を動作
させる（S2148）。そうでない場合にはエンジン制御部
２は、FIG2Aに示されている触媒装置14の動作条件が満
たされているかを判断する（S104）。
一方、空気燃料比の状態が希薄状態に変更された場
合、エンジン制御部２は、FIG.3Eに示すように、前記の
方法と同一の方法で判断を行う。即ち、設定時間が経過
した後、第２酸素量検出信号RREO2が第６設定値B6と第
５設定値B5との間に存在する場合（S2152）、エンジン
制御部２は触媒装置14を正常状態と判断する。その結
果、エラー発生回数が調整され（S2153〜S2155）、そし
てFIG.3Aに示されている触媒装置14の動作条件が満たさ
れているかの判断がされる（S104）。
第２酸素量検出信号RREO2が設定範囲に存在しない場
合（S2152）、エンジン制御部２はエラー発生回数を
“1"増加させる（S2156）。エラー発生回数が設定値以
上である場合（S2157）、エンジン制御部２は触媒装置1
4に異常が発生したと判断し、その結果警告装置３を動
作させる（S2158）。そうでない場合にはFIG.3Aに示さ
れている触媒装置14の動作判断条件が満たされているか
の判断がなされる（S104）。
時間変化に基づき、空気燃料比のフィードバック制御
動作は、空気燃料比の変更された状態に従い、及び仮想
酸素量検出信号IMO2のレベルを変動させることにより行
われる。この動作の間、各仮想酸素量検出信号IMO2のレ
ベルが変えられたとき、触媒装置14が正常に動作中であ
る場合、エンジン制御部２は第２酸素量検出部16から出
力される信号のレベルを設定する。
従って、仮想酸素量検出信号IMO2のフィードバック制
御動作に応じて第２酸素量検出部16から出力される信号
が、設定信号レベルと比較され、触媒装置14が正常に動
作されているかを判断できるようになっている。
次に、車両の走行条件が第１酸素量検出部15の動作状
態を判断するための条件を満たす場合の動作をFIG.4を
参考にして説明する。
まず、エンジン回転速度検出部11の動作によって判断
されるエンジンの回転速度とエンジンの負荷状態に従
い、エンジン制御部２は、既に貯蔵されているデータを
用いて振幅AMと周波数Hzを判断し、第１酸素量検出部15
において生成される信号を読み出す（S301）。
そして、エンジン制御部２は式（３）を用いて第１酸
素量検出部15の仮想酸素量検出信号IMO2を算出する（S3
02）。
IMO2＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（１） ……（３） （ここで、AMは振幅で、Hzは周波数で、ｎは時間の変
数で、CONST（１）は空気燃料比の濃厚／希薄調整パラ
メーターである。） 上記式（３）からわかるように、空気燃料比の濃厚／
希薄調整パラメーターCONST（ｉ）の値がCONST（１）と
設定されている。その結果、CONST（１）によって設定
された時間の間計算された仮想信号IMO2は、エンジン制
御部２で現実第１酸素量検出信号RFO2と比較され、それ
によって第１酸素量検出部15の劣化状態を判断する。
前記のような方法で仮想酸素量検出信号IMO2を計算し
た後、エンジン制御部２が酸素量検出部15の状態を判定
するための設定時間が経過したかを判断する（S303）。
設定時間が経過しない場合、エンジン制御部２は、算
出された仮想酸素量検出信号IMO2を用いて空気燃料比の
フィードバック制御動作を行う（S304）。前記仮想酸素
量検出信号IMO2によってフィードバック制御動作がなさ
れるとき、実酸素量検出信号RFO2が発生される（S30
8）。
仮想酸素量検出信号IMO2を用いることによってフィー
ドバック制御動作がなされる時、エンジン制御部２は、
実酸素量検出信号RFO2に基づく空気燃料比の濃厚／希薄
状態を判断するための判定線の通過回数RLCONTを測定す
る（S309）。
そして、エンジン制御部２は、実酸素量検出信号RFO2
の最小値RFUPK（ｉ）と最大値RFRPK（ｉ）をそれぞれ判
定する（S310）。
第１酸素量検出部15の劣化状態を判定するため、エン
ジン制御部２は、実酸素量検出信号RFO2のそれぞれの最
小値RFLPK（ｉ）すべてが第１最小設定値と第２最小設
定値との間に存在し、かつそれぞれの最大値RFRPK
（ｉ）すべてが第１最大設定値と第２最大設定値との間
に存在するかを判断する（S311）。
その結果、各最大値RFRPK（ｉ）と最小値RFLPK（ｉ）
すべてが設定範囲内に存在する場合、エンジン制御部２
は酸素量検出部のエラー発生回数を“1"減少させた後
（S313）、エラー発生回数が“0"より小さいか等しいか
を判断する（S314）。
エラー発生回数が“0"より小さいか等しい場合、エン
ジン制御部２はエラー発生回数を“0"と設定する。“0"
より小さくなった場合、エラー発生回数が設定値と比較
され（S316）、その結果第１酸素量検出部15の状態を判
断する。このとき、エラー発生回数が設定値以上の場
合、エンジン制御部２は第１酸素量検出部15に異常が発
生したと判断し、警告装置３を動作させる（S317）。次
いで、エンジン制御部２は、第１酸素量検出部15の状態
を判断するための設定条件が満たされているかが判断さ
れる（S318）。
しかしながら、実酸素量検出信号の各最大値RFRPK
（ｉ）と最小値RFLPK（ｉ）のうち、いずれか一つでも
設定範囲に存在しない場合、エンジン制御部２はエラー
発生回数を“1"増加させた後（S312）、増加されたエラ
ー発生回数が設定値と等しいか大きいかを判断する（S3
16）。
エラー発生回数が設定値より大きいか等しい場合、エ
ンジン制御部２は警告装置３を動作させ（S317）、車両
の運転者に、空気燃料比状態を判断し、フィードバック
動作を行なえるようにする第１酸素量検出部15が劣化し
ていること、正常な動作が不可能であることを警告す
る。
エラー発生回数が設定値より小さい場合、エンジン制
御部２は第１酸素量検出部15の状態を判断するための設
定条件が満たされているかを判断する（S318）。
これらの設定条件が満たされた場合、エンジン制御部
２は第１酸素量検出部15の劣化状態を判断する。そうで
ない場合にはFIG.2の動作条件判断ステップS104に移行
する。
そして前記第１酸素量検出部15の状態を判断するため
の設定時間が経過すると、エンジン制御部２は、濃厚／
希薄状態の判定線の通過回数RLCONTが設定範囲C1,C2内
に存在し、かつエラー発生回数が設定値より小さいかを
判断する（S305）。設定条件が満たされた場合、エンジ
ン制御部２は、第１酸素量検出部15における空気燃料比
のフィードバック制御動作が正常になされていると判断
する（S306）。
前記設定条件が満たされない場合、エンジン制御部２
は、第１酸素量検出部15の状態から劣化して正常な動作
を行なえない状態であるを判断して警告装置３を動作さ
せる（S307）。
前記エンジン制御部２は、ステップS303において設定
された時間の間算出された仮想酸素量検出信号IMO2を用
いて空気燃料比のフィードバック制御動作を行う。更
に、エンジン制御部２は、算出された仮想酸素量検出信
号IMO2と実酸素量検出信号RFO2とを互いに比較する。こ
のように、実酸素量検出信号RFO2が所定範囲内に存在す
る場合にのみ、エンジン制御部は、空気燃料比フィード
バックを制御するため用いる酸素量検出部15の状態を正
常と判断する。
従って、第１酸素量検出部15に異常が発生すると、車
両の運転者は迅速に認知できる。それ故、排気ガスの酸
素量を正確に検出できないという問題点、及び空気燃料
比のフィードバック制御動作を正確に行なえないという
問題点を解決できる。
前記触媒装置14と第１酸素量検出部15の状態を判断す
る途中に設定された設定条件が満たされている場合、直
ちに動作状態判断が停止される。
以上説明した本発明によれば、車両の状態に従い既に
設定されているデータによって算出された仮想酸素量検
出信号を用いて触媒装置と酸素量検出部の劣化状態が判
断される。それ故、触媒装置の前方に取り付けられてい
る酸素量検出部に異常が発生し、そのために触媒装置の
劣化状態を検出できないという従来の問題点を解決でき
る。
さらに、エンジン始動時の冷却水温度に応じて車両の
各装置が十分にウォーミングアップされた後、触媒装置
と酸素量検出装置の状態が判断される。即ち、動作状態
の判断条件の満足回数が、前もって設定され、それ故、
触媒装置及び酸素量検出装置の劣化状態が外部温度に関
係なしに正確に判定される。
さらに、劣化判定動作がなされる間に、仮想酸素量検
出信号を用いて空気燃料比のフィードバック制御動作を
行なう。それ故、劣化判定動作がなされるときにも、車
両の走行状態に適合した正確な空気燃料比で車両の動作
を制御できる。
このように、本発明によれば、従来方法と全く異なる
方法に基づいて触媒装置と酸素量検出装置の状態が判断
可能である。それ故、必要な費用を著しい程度まで削減
できる独創的な特徴を持つ製品を提供する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３５８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３５８Ｋ

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷却水の温度を検出して検出した温度を電
    気信号の形態で出力する冷却水温検出手段と； スロットルバルブの開度を検出して検出したスロットル
    バルブの開度を電子信号の形態で出力するスロットルバ
    ルブ開度検出手段と； エンジンの回転速度を検出して検出したエンジン回転速
    度を電気信号の形態で出力するエンジン回転速度検出手
    段と； 排気管から排出される有害な排気ガスを酸化と還元反応
    を用いて無害ガスに浄化するための触媒装置と； 前記触媒装置の後方の排気管に装着されて前記触媒装置
    の劣化を判断し、及び触媒装置を通過した排気ガス中に
    含まれている酸素量を検出して検出した酸素量を電気信
    号の形態で出力する第２酸素量検出手段と； 車両の走行速度を検出して検出した走行速度を車両の走
    行速度に該当する電気信号として出力する車速検出手段
    と； エンジンのアイドル状態を検出して検出したアイドル状
    態を電気信号の形態で出力するアイドルスイッチと； 前記検出手段とアイドルスイッチから供給される電気信
    号を読み出し、始動時のエンジン冷却水温度を判断し
    て、車両の状態が設定された時間に亘って設定条件を満
    足するかを判断し、及び前記第２酸素量検出手段からの
    電気信号と車両の走行状態に従い既に設定されているデ
    ータに基づく仮想酸素量検出信号とを用いて前記触媒装
    置の動作状態を判断するエンジン制御手段と； 前記エンジン制御手段と連結されて前記触媒装置の動作
    状態に従い出力される信号に応答する警告手段と を具備する触媒装置の劣化判定装置。
  2. 【請求項２】前記エンジン制御手段に対する設定データ
    のために設定されている条件が、 空気燃料比のフィードバック制御動作が遂行されている
    ときと、 前記冷却水の温度が設定値以下であるときと、 前記スロットルバルブの開度変化率が設定値以下である
    ときと、 エンジン始動時の前記エンジン冷却水温と前記エンジン
    回転速度の変化率が設定値以下であるときと、 設定条件が温度に応じて設定されている必要な回数と同
    じ回数満たされるときと、 エンジンがアイドル状態ではなく、走行速度が“0"でな
    いときである請求項１に記載の触媒装置の劣化判定装
    置。
  3. 【請求項３】前記エンジン回転速度の変化率が式 エンジン回転送度＝FC/256×（現段階のエンジン回転速
    度−前段階のエンジン回転数）＋前段階のエンジン回転
    速度 （ここで、FCはフィルタ常数である。） に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載
    の触媒装置の劣化判定装置。
  4. 【請求項４】前記エンジン制御手段が、式 仮想酸素量検出信号＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（ｉ） （ここで、 AMは車両の状態に従い設定された信号の振幅、 Hzは車両の状態に従い設定された信号の周波数、 ｎは時間の変数、 CONST（ｉ）は空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメータ
    ーである。） によって仮想酸素量検出信号を算出する請求項１に記載
    の触媒装置の劣化判定装置。
  5. 【請求項５】経過された時間を判断して触媒装置の状態
    を判断し、及び車両の状態に従い設定されたデータに基
    づいて信号の振幅と周波数を判断することにより、空気
    燃料比の濃厚及び希薄調整パラメーターを設定するステ
    ップと； 設定値を用いて設定された時間周期に該当する仮想酸素
    量検出信号を算出するステップと； 空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメーターを判断して空
    気燃料比状態が正常、濃厚又は希薄状態であるかを判断
    するステップと； 第２酸素量検出手段からの実酸素量検出信号を判断し、
    及び、実酸素量検出信号の範囲が前記空気燃料比の状態
    に従い設定された設定範囲内に存在するかを判断し、設
    定範囲内に存在する場合エラー発生回数を“1"ずつ減少
    させ、範囲内に存在しない場合エラー発生回数を“1"ず
    つ増加させるステップと を具備する触媒装置の劣化判定方法。
  6. 【請求項６】前記空気燃料比に対する前記濃厚／希薄調
    整パラメーターがCONST（１）である場合、前記仮想酸
    素量検出信号の前記空気燃料比が正常な状態であり、そ
    れがCONST（２）である場合、前記仮想酸素量検出信号
    の前記空気燃料比が濃厚状態に変動され、それがCONST
    （３）である場合、前記仮想酸素量検出信号の前記空気
    燃料比が希薄状態に変動される請求項５に記載の触媒装
    置の劣化判定方法。
  7. 【請求項７】前記仮想酸素量検出信号が、式 仮想酸素量検出信号＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（ｉ） （ここで、 AMは車両の状態に従い設定された信号の振幅、 Hzは車両の状態に従い設定された信号の周波数、 ｎは時間の変数、 CONST（ｉ）は空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメータ
    ーである。） によって算出される請求項５に記載の触媒装置の劣化判
    定方法。
  8. 【請求項８】冷却水の温度を検出して検出した冷却水温
    度を電気信号の形態で出力する冷却水温検出手段と； スロットルバルブの開度を検出して検出しているスロッ
    トルバルブの開きを電気信号の形態で出力するスロット
    ルバルブ開度検出手段と； エンジンの回転速度を検出して検出した回転速度を電気
    信号の形態で出力するエンジン回転速度検出手段と； 排気管から排出される有害な排気ガスを酸化と還元反応
    を用いて無害ガスに浄化する触媒装置と； 前記触媒装置の前方の排気管に装着されて空気燃料比の
    フィードバック制御動作のための排気ガスの酸素量を検
    出して該当する電気信号を出力する第１酸素量検出手段
    と； 車両の走行速度を検出して前記車両の走行速度に該当す
    る電気信号を出力する車速検出手段と； エンジンのアイドル状態を検出して検出したアイドル状
    態を電気信号の形態で出力するアイドルスイッチと； 前記検出手段とアイドルスイッチから供給される電気信
    号を読み出し、始動時のエンジン冷却水温度を判断し
    て、車両の状態が設定時間を通して設定条件を満足する
    かを判断し、前記第１酸素量検出手段の電気信号と車両
    の走行状態に従い既に設定されているデータに基づく前
    記仮想酸素量検出信号とを用いて前記第１酸素量検出手
    段の動作状態を判断するエンジン制御手段と； 前記エンジン制御手段と連結されて前記第１酸素量検出
    手段の動作状態に従い出力される信号に応答する警告手
    段と を具備する酸素量検出装置の劣化判定装置。
  9. 【請求項９】前記エンジン制御手段の設定データのため
    の設定条件が、 空気燃料比のフィードバック制御動作が遂行されている
    ときと、 前記冷却水の温度が設定値以下であるときと、 前記スロットルバルブの開度変化率が設定値以下である
    ときと、 エンジン始動時の前記エンジン冷却水温度と前記エンジ
    ン回転速度の変化率が設定値以下であるときと、 設定条件が温度に応じて設定されている必要な回数と同
    じ回数満たされるときと、 エンジンがアイドル状態であるときと、 車両の走行速度が“0"であるときである請求項８に記載
    の酸素量検出装置の劣化判定装置。
  10. 【請求項１０】前記エンジン回転速度の変化率が式 エンジン回転速度＝FC/256×（現段階のエンジン回転数
    −前段階のエンジン回転数）＋前段階のエンジン回転数 （ここで、FCはフィルタ常数である。） によって算出される請求項８に記載の酸素量検出装置の
    劣化判定装置。
  11. 【請求項１１】前記エンジン制御手段が、前記仮想酸素
    量検出信号を式 仮想酸素量検出信号＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（ｉ） （ここで、 AMは車両の状態に従い設定された信号の振幅、 Hzは車両の状態に従い設定された信号の周波数、 ｎは時間の変数、 CONST（ｉ）は空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメータ
    ーである。） によって算出する請求項８に記載の酸素量検出装置の劣
    化判定装置。
  12. 【請求項１２】前記空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメ
    ーターCONST（ｉ）は常数である請求項11に記載の酸素
    量検出装置の劣化判定装置。
  13. 【請求項１３】空気燃料比の濃厚及び希薄調整パラメー
    ターを設定し、車両の状態に従い設定されたデータに基
    づき信号の振幅と周波数を設定するステップと、 第１酸素量検出手段の空気燃料比の濃厚と希薄判定線の
    通過回数が設定範囲内にあり、設定された時間が経過し
    ない場合、前記設定信号を用いて該当する酸素量検出信
    号を設定し、設定された時間が経過した場合、第１酸素
    量検出手段の動作状態を判断するステップと、 設定された仮想酸素量検出信号を用いて空気燃料比のフ
    ィードバック制御を実行し、前記第１酸素量検出手段か
    ら出力される信号を測定するステップと、 前記第１酸素量検出信号の空気燃料比の濃厚と希薄判定
    線の通過回数を測定し、前記第１酸素量検出信号の最大
    値と最小値を測定するステップと、 前記第１酸素量検出信号の最大値と最小値が設定範囲内
    に存在するかを判断し、その値が設定範囲に存在すれば
    エラー発生回数を“1"だけ減少させ、その値が設定範囲
    内に存在しなければエラー発生回数を“1"だけ増加さ
    せ、 これによりエラー発生回数が設定値を超えるとの検出に
    基づき前記第１酸素量検出手段が異常状態であると判断
    するステップと を具備する酸素量検出手段の劣化判定方法。
  14. 【請求項１４】前記仮想酸素量検出信号が、式 仮想酸素量検出信号＝AM×Sin（Hz×ｎ）＋CONST（ｉ） （ここで、 AMは車両の状態に従い設定された信号の振幅、 Hzは車両の状態に従い設定された信号の周波数、 ｎは時間の変数、 CONST（ｉ）は空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメータ
    ーである。） によって算出される請求項13に記載の酸素量検出装置の
    劣化判定方法。
  15. 【請求項１５】前記空気燃料比の濃厚／希薄調整パラメ
    ーターCONST（ｉ）は常数である請求項14に記載の酸素
    量検出装置の劣化判定方法。
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