JP3321477B2 - 排気浄化装置の診断装置 - Google Patents

排気浄化装置の診断装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、広い空燃比範囲で空燃
比を計測するためのいわゆる広域空燃比センサ、あるい
は、理論空燃比付近で急激に出力が変化し２値的な出力
を発生するいわゆるＯ２センサ（以下、両者をまとめ
て”空燃比センサ”という）や触媒を使用するエンジン
の排気ガス浄化装置の診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの排気ガスを浄化する装置とし
て、触媒と空燃比フィードバック制御装置とからなるも
のが広く公知である。触媒は、排気中に含まれるＨＣ、
ＮＯｘ、ＣＯを除去するため排気幹部に設置するもので
ある。また、空燃比フィードバック制御装置は、触媒の
機能を充分に発揮させるために空燃比を所定の値に保つ
ため、触媒の上流に空燃比センサを設置して空燃比を計
測しつつ制御する装置である。このような排気ガス浄化
装置では、空燃比を計測するための空燃比センサに性能
劣化を生ずると、空燃比が所定の値からずれたりするた
め排気ガス中の有害ガス成分の量が増加したり、触媒が
性能を発揮できる空燃比から外れてしまうため有害ガス
の除去効率（転換効率）が低下してしまう。また、触媒
そのものに性能劣化を生じた場合、触媒が性能を発揮で
きる空燃比に制御されていても有害ガスの転換効率が低
下してしまう。このように空燃比センサや触媒の性能劣
化は結果として大気に放出される有害ガスの量を増加さ
せてしまう。このためこれらの性能劣化を運転中に診断
し、運転者に警告したりするための排気浄化装置の診断
装置が考案されている。この様な診断装置としては、例
えば触媒の上下流に空燃比センサを設けて、少なくとも
触媒上流側の空燃比センサの出力に基づき比空燃比フィ
ードバック制御を行ない、触媒下流側の空燃比センサの
出力等により触媒の劣化を検出するがある。このような
従来技術として、特開平２−９１４４０号公報や特開平
３−２８６１６０号公報記載のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】空燃比フィードバック
制御中、触媒下流側の空燃比センサの出力により触媒の
劣化を検出する方法では、当然のことながら空燃比フィ
ードバック制御が停止している間は触媒の劣化検出は不
可能である。また、触媒が活性化していないような場合
には、触媒が劣化していなくても劣化していると誤検出
する可能性が高いため、例えばエンジンの回転速度や負
荷等の運転状態により触媒の劣化検出を許可したり、禁
止したりする必要がある。これらについては特開平２−
９１４４０号公報記載の従来技術においても考慮されて
いる。また、触媒上流側の空燃比センサが劣化した場合
には、劣化の程度や内容によっては触媒の劣化検出に影
響を与えるため、検出結果に対する補正や触媒の劣化検
出を禁止したりする必要がある。このため、特開平３−
２８６１６０号公報記載の従来技術においては触媒上流
側の空燃比センサが劣化した場合には、触媒の劣化検出
を禁止している。
【０００４】ところで、エンジンの燃焼行程で失火が発
生すると、未燃焼ガスとともに空気中の酸素が排気管内
に流れていくので、触媒上流の空燃比センサがリーンス
パイク状の信号を発生したり、触媒下流の空燃比センサ
が、実際よりもリーン側の信号を発生したりする。この
ため触媒の劣化検出精度が低下するという問題がある。
また、排気管内に空気を導入する２次空気系が故障した
場合にも、空燃比フィードバック制御が正常に行なわれ
ないなどのため、触媒の劣化検出精度が低下するという
問題がある。これらの点については従来技術では考慮さ
れていない。
【０００５】本発明の目的は、失火や２次空気系の故障
が発生しても、空燃比センサや触媒の劣化検出精度を低
下させないことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明においては、失火
検出手段により失火が検出されたときに、触媒や空燃比
センサの劣化検出において計算される触媒や空燃比セン
サの劣化の程度を表わす劣化指標を補正したり、触媒や
空燃比センサの劣化状態の判定を失火が検出されてる間
中断するようにした。具体的には、触媒劣化指標に関し
ては触媒の温度又はエンジンの負荷に応じて補正し、空
燃比センサの劣化指標に関しては失火の頻度に応じて補
正する。また、失火時に判定を中断するにあたり、判定
中断の切っ掛けとなる、失火の頻度に関して、これを運
転状態に応じて補正する。また、２次空気系が故障した
場合にも２次空気系故障検出手段により検出して失火の
場合同様に触媒や空燃比センサの劣化の程度を表わす劣
化指標を補正するようにした。この場合、２次空気系か
らの空気漏れ量に応じて劣化指標を補正する。
【０００７】
【０００８】また、別の様体としては、失火検出手段に
より検出された失火の頻度が比較的低い場合、あるいは
２次空気系故障検出手段により検出された２次空気系の
故障または劣化の程度が比較的良い場合には、触媒や空
燃比センサの劣化の程度を表わす劣化指標を補正し、失
火の頻度が高い場合や２次空気系の故障または劣化の程
度が悪い場合には触媒や空燃比センサの劣化状態の判定
を中断するよう構成する。この場合、従来技術において
は触媒や空燃比センサの劣化検出精度が低下してしまう
ような失火や２次空気系の故障が発生しても、ある程度
までは劣化検出精度を低下させることなく触媒や空燃比
センサの劣化検出が可能である。
【０００９】
【作用】本発明による構成によれば、触媒や空燃比セン
サの劣化検出精度を低下させるような失火や２次空気系
の故障または劣化が発生した場合には、失火検出手段ま
たは２次空気系故障検出手段によりこれらを検出し、触
媒や空燃比センサの劣化の程度を表わす劣化指標を補正
して劣化状態を判定する。従って、失火や２次空気系の
故障または劣化が発生しても、触媒や空燃比センサの劣
化状態を誤って判定してしまうことがない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
【００１１】図１は本発明の一実施例である診断装置お
よび該診断装置を適用するエンジンシステムの構成を示
す図である。
【００１２】まず、前提となるエンジンシステムの概要
を説明する。但し、本発明の診断装置適用の対象は、該
エンジンシステムに限定されるものではない。
【００１３】エンジン１に吸入される空気の量Ｑａは空
気流量計２により計量される。また、図示しない回転速
度計測手段により回転速度Ｎｅが計測される。空燃比フ
ィードバック制御手段３は吸入空気量Ｑａと回転速度Ｎ
ｅとから下記数１に従って燃料の基本噴射量Ｆ0を求め
る。
【００１４】
【数１】 Ｆ0＝ｋＱａ／Ｎｅ ｋ：係数 空燃比センサ７はエンジン１から排出された排気ガスの
空燃比を計測する。なお、上述したとおり、本明細書に
おいて”空燃比センサ”といった場合、酸素濃度を二値
的に検知する（理論空燃比付近で出力が急激に変化す
る。）ものと、酸素濃度をリニアに検出するいわゆる広
域空燃比センサと、の両方を含んでいる。空燃比フィー
ドバック制御手段３は空燃比センサ７の出力に応じて補
正係数αを求め、前述の基本噴射量を下記数２により補
正し、噴射量Ｆを求める。
【００１５】
【数２】 Ｆ＝Ｆ0（１＋α） さらにこの噴射量Ｆに対応した幅のパルス信号をインジ
ェクタ４に印加することによって燃料供給量をフィード
バック制御する。このような制御により、混合気の空燃
比は理論空燃比付近に保持される。触媒５では、排気ガ
ス中の有害成分である未燃ガス成分（以下ＨＣと記
す。）やＣＯ2を酸化すると同時に、ＮＯｘを還元する
ことによって、これらを減少させている。このような触
媒を三元触媒と言うが、該三元触媒による酸化反応と、
還元反応とを同時に行なうためには空燃比を理論空燃比
付近に保持する必要が有る。そして、そのためには、前
述の空燃比フィードバック制御が正確に行なわれること
が必要である。
【００１６】２次空気系６は、混合気の燃料濃度が理論
空燃比より濃い状態（以下リッチと記す。）としなくて
はならないような運転状態（例えば、エンジン始動時）
において、ポンプ６０によって排気管１００内に空気を
導入し、排気管１００内に排出された余剰分のＨＣを燃
焼し低減するためのものである。
【００１７】以下、本実施例の診断装置を説明する。
【００１８】本実施例の診断装置は、図１に示したとお
り、失火検出手段９と、２次空気系故障検出手段１０
と、触媒劣化指標計算手段１１と、触媒劣化判定手段１
２と、触媒劣化指標補正手段１３と、触媒劣化判定中断
手段１４と、を含んで構成される。
【００１９】触媒劣化指標計算手段１１は、触媒５の劣
化状態を検出するためのものである。本実施例の触媒劣
化指標計算手段１１は、触媒５の上流側に設置された空
燃比センサ７と、触媒５の下流側に設置された空燃比セ
ンサ８の信号の相関を利用して触媒５の劣化検出を行
う。つまり、触媒５が劣化していない状態においては、
空燃比センサ８の出力信号は、空燃比センサ７の出力信
号と類似した変動をとらないが、触媒５が劣化するにつ
れて空燃比センサ８の出力信号は空燃比センサ７の出力
信号と類似した変動をするようになってくることを利用
して劣化検出を行っている。以下、該劣化検出方法の概
要を説明する。
【００２０】触媒劣化指標Φｃ計算手段１１は、まず、
空燃比センサ７、８の出力信号を同期して計測する。そ
して、高周波通過型フィルタを用いて、該計測した信号
から劣化検出の外乱となる直流成分を除去する。図２に
これらの信号の例を示す（以下、空燃比センサ７の出力
信号から直流成分を除去した信号をｘ、空燃比センサ８
の出力信号から直流成分を除去した信号をｙで示す）。
【００２１】そして、ｘの自己相関関数φｘｘおよび、
ｘとｙとの相互相関関数φｘｙを計算する（下記数３、
数４参照）。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】φｘｘ（τ）はτ＝０のとき最大値φｘｘ
（０）となるので、下記数５の関係が成り立つ。
【００２５】
【数５】 （φｘｘ）ｍａｘ＝φｘｘ（０） 更に、位相τを相互相関関数の積分区間内で変えて、φ
ｘｙ（τ）の最大値を求める。τ＝τ0で最大値となる
とすると、下記数６が得られる。
【００２６】
【数６】 （φｘｙ）ｍａｘ＝φｘｙ（τ0） これらの値より、触媒劣化指標Φｃを下記数７により求
める。
【００２７】
【数７】 Φｃ＝（φｘｙ）ｍａｘ／（φｘｘ）ｍａｘ 図３に、φｘｙ（τ）／（φｘｘ）ｍａｘと触媒劣化度
との関係を示す。触媒５の劣化度が大きい場合には、空
燃比センサ７の出力信号と空燃比センサ８の出力信号の
相関度が高く、大きなピーク（最大値）を示す。一方、
触媒５の劣化度が小さい場合（あまり劣化していない場
合）には、両出力信号の相関度は低く、小さなピーク
（最大値）しか示さない。したがって、触媒劣化指標Φ
ｃの大小により触媒５の劣化度を検出することができ
る。
【００２８】なお、ここで述べた劣化度検出の方法につ
いては特願平３−３３８２２０号において既に提案して
いるものである。
【００２９】触媒の劣化検出方法は該方法に限定される
ものではない。例えば、空燃比センサ７，８の出力信号
の変動幅、位相差や周波数等からから検出する方法等を
用いてもよい。この他にも数多くの公知例があり、これ
らいずれの方法を用いるようにしてもよい。但し、その
方法に応じて以下に述べる補正方法等を変更する必要が
ある。
【００３０】触媒劣化判定手段１２は、触媒劣化指標計
算手段１１の求めた劣化状態を判定し、排気浄化装置が
故障しているか否かの判定を行うものである。本実施例
においては、前述の触媒劣化指標Φｃを、予め設定され
た所定の値（注：該所定の値が、特許請求の範囲におい
ていう”しきい値”に該当する。）と比較することによ
って、該判定を行っている。例えば、触媒劣化指標Φｃ
が上記が所定値より大きい時には故障と判定する。故障
していた場合には、図示しない警告灯を点灯して、運転
者に警告したりする。
【００３１】失火検出手段９は、エンジンのシリンダ内
で燃焼が行なわれる毎に失火の発生の有無を検出する働
きをするものである。該失火検出方法としては、例えば
特開平３−２０６３４２号公報に回示されているエンジ
ンの回転速度の変動から検出する方法がある。これは、
燃焼行程中の回転速度変動波形か燃焼状態を検出する方
法である。回転速度の変動に基づいて燃焼状態を検出す
る方法としては、この他にもＵＳＰ４６２７３９９に記
載がある。他の方法として、燃焼室内の燃焼圧力、温度
等から検出する方法、排気ガス圧力の脈動、温度から検
出する方法がある。さらに、ＵＳＰ４６４８３６７に開
示されているように燃焼室内にイオンギャップを設けて
その間を流れるイオン電流から検出する方法や、燃焼室
内の燃焼光を測定し検出する方法、あるいは点火コイル
を流れる電流波形等から検出する方法等、数多くの公知
の方法がある。本実施例の失火検出手段９としては、こ
れらいずれの方法を用いるようにしてもよい。
【００３２】２次空気系故障検出手段１０は、２次空気
系６の故障や劣化を検出する働きをするものである。こ
れは、例えば２次空気系６の空気通路の途中に流量計を
設けて実際の空気流量を検出し、ポンプ６０への制御量
（電圧や電流値）から推定される流量と実流量との差に
基づいて検出する方法がある。他にも２次空気系を作動
したときに空燃比センサ７では酸素を検出するため前述
の空燃比フィードバック制御をそのまま行なうと供給燃
料を増加するように補正係数αが増加することを利用し
て、例えばポンプ６０を作動しても補正係数αが増加し
ないような場合には、２次空気が流れていないとして２
次空気系の故障を検出する方法等、数多くの公知の方法
があり、これらいずれの方法を用いるようにしてもよ
い。
【００３３】触媒劣化指標補正手段１３は、失火検出手
段９または、２次空気系故障検出手段１０により、失火
または２次空気系の故障や劣化が検出されたとき、前述
の触媒劣化指標を補正し、補正後の触媒劣化指標を触媒
劣化判定手段１２に出力するものである。なお、補正の
方法は後述する動作説明と併せて行う。
【００３４】触媒劣化判定中断手段１４は、判定を中断
するか否かの基準となる、失火や２次空気系の故障や劣
化についての、予め定められた頻度（あるいは程度）を
備えている。そして、失火検出手段９あるいは、２次空
気系故障検出手段１０により、該予め定められた頻度
（あるいは程度）を越えて検出されたときには、前述の
触媒劣化判定手段１２による触媒の劣化判定を中断する
ための信号を発生するものである。なお、該頻度（ある
いは程度）は、後述するとおり、温度等に応じて変更す
るようにしてもよい。
【００３５】失火が発生したときの動作を説明する図４
は、失火していない場合と失火が発生しているときの触
媒上流側空燃比センサ７の出力信号の例を示している。
【００３６】失火が発生すると、排気管内に未燃焼ＨＣ
と空気が流入するため、失火に同期して排気ガスの空燃
比が薄い（酸素が多いということ）ということを示すス
パイク状の信号が発生している。このように失火が発生
すると触媒５内では通常の浄化反応とともに未燃焼ＨＣ
の酸化反応も進が、反応し切れなかった分のＨＣと酸素
とが触媒５の後流にも流れるため、空燃比センサ８は以
下のような影響を受ける。
【００３７】空燃比センサ８が２値的な出力を示すＯ2
センサの場合、出力信号は空燃費が薄い（以下、”リ−
ン”）ということを示す側にシフトすると同時に振幅が
減少してくる。このため前述の触媒劣化指標Φｃは図５
に示すよう失火の頻度に応じて変化し、低めの値となっ
てしまう。すなわち、この場合には本来は触媒が劣化し
ていても失火が発生すると、劣化度を低く評価してしま
う。従って、触媒劣化指標補正手段１３では、例えば、
図６に示すような係数Ｋｃをかけることにより失火の頻
度に応じて触媒劣化指標Φｃを大きくするような補正を
すればよい。また、当然のことながら触媒劣化判定手段
１２で触媒劣化指標Φｃと比較するための所定値を失火
の頻度に応じて小さくするような補正をしてもよい。例
えば６気筒エンジンで１気筒が連続して失火しているよ
うな場合には、本来燃焼により過不足なく反応するはず
の酸素とＨＣとが排気管内及び触媒５内で反応仕切れな
いため、大量の酸素が触媒の下流にまで流れていく。こ
のため空燃比センサ８は触媒５の劣化度に係わらず空燃
比が理論空燃比より薄い（以下リーンと記す。）という
出力信号を示し、特に空燃比センサ８が空燃比を二値的
に検出するタイプの場合、一定値となってしまう。その
結果、触媒劣化指標Φｃも触媒の劣化度に係わらず、出
力信号はリ−ンで一定の値（振幅がほぼゼロ）となって
しまうため、補正することもできなくなってしまう。し
たがって、失火発生頻度が所定値よりも低い場合にはそ
の頻度に応じて触媒劣化指標Φｃを補正し、頻度が所定
値よりも高い場合には触媒の劣化判定を失火が発生また
は頻度が所定値を超えている間は中断するようにするこ
とが好ましい。
【００３８】なお、触媒の温度やエンジン負荷等によっ
て、補正量や、補正可能な失火の頻度が変化するため、
触媒５の温度やエンジンの運転状態に応じて、補正係数
や、判定を中断する失火の頻度を、例えば図６に示すと
おり、変えることが好ましい。これは、例えば触媒５の
温度によってＨＣの酸化反応の速度が変化するからであ
る（注：触媒が通常とりうる温度範囲においては、温度
が高いほど反応速度が速い）。実際の失火は、点火系の
故障等でいずれかの１気筒以上がほぼ連続的に失火する
ようなことが多い。そして、この場合には一気に補正不
可能な頻度の失火が検出される。従って、失火が触媒の
劣化検出に影響を与えるような頻度で発生したら、補正
することなく、ただちに触媒の劣化判定を中断するよう
にしても十分なことが多い。なお、この場合多くの公知
例では失火検出手段９は失火の発生を運転者に警告する
ようになっているので、警告に基づいて修理が終了した
後に触媒の劣化判定を再会するようにすれば実用的には
問題がないことが多い。
【００３９】一方、空燃比センサ８がいわゆる広域空燃
比センサの場合には、失火時に前述の空燃比センサ７の
スパイク状の出力信号にほぼ同期して空燃比センサ８も
リ−ンを示す信号を出力する。このため、図７に示すよ
うに、失火の頻度が低いときには、触媒劣化指標Φｃは
わずかではあるが高めの値となる。また、失火の頻度が
ある程度高くなると、触媒５が劣化していなくとも正常
に反応しなくなるため、空燃比センサ７と８とが近似し
た信号波形を出力するようになり、触媒劣化指標Φｃ大
きな値を示すようになる。従って、例えば図８に示すよ
うに失火の頻度が低い場合には、係数Ｋcをかける補正
を行い、失火の頻度が高い場合には劣化判定を禁止する
ようにすれば良い。
【００４０】なお、前述の場合と同様、失火が触媒の劣
化検出に影響を与えるような頻度で発生したら、補正す
ることなく、ただちに触媒の劣化判定を中断するように
しても十分なことが多い。さらに、この場合には、触媒
の劣化判定で劣化指標Φｃがが大きめの値となるため、
劣化していない触媒を劣化していると誤判定してしまっ
ている可能性もあるので、直前の触媒の劣化判定結果を
廃棄する等の手段を設けることが好ましい。
【００４１】また、逆に、触媒劣化判定中断手段１４を
設けることなく、触媒劣化指標Φｃ補正手段１３による
補正のみを行う構成としても構わない。
【００４２】次に２次空気系６が故障または劣化した場
合について説明する。
【００４３】上述したとおり、２次空気系６は、一般的
には、混合気の空燃比をリッチとしなくてはならないよ
うな運転状態（例えば、エンジン始動時）において、ポ
ンプ６０によって排気管１００内に空気を導入し、排気
管１００内に排出された余剰分のＨＣを燃焼し低減する
ためのものである。通常の場合、空燃比フィードバック
制御中は２次空気系６は作動していない。従って、本実
施例の触媒劣化検出方法においては、空燃比センサ７，
８によるデ−タサンプリング中に２次空気系６から空気
が流れてしまうような故障が特に問題となる。
【００４４】このような故障が生じた場合の影響につい
ては、２次空気系６の排気管への導入口６２と空燃比セ
ンサ７との位置関係等により異なる。
【００４５】導入口６２よりも後流側に空燃比センサ７
が位置している場合には、空燃比センサ７が２次空気系
６から流入した酸素を検出することによってリーンであ
ると判定し、燃料をリッチ側にフィードバック制御して
しまう。その結果、２次空気系６から流入した酸素に対
応する分以上に燃料の量を増量してしまい、結果として
触媒５の位置ではリッチとなってしまう。このため触媒
下流の空燃比センサ８の出力信号もリッチ側にシフトし
てしまう。
【００４６】空燃比センサ８が空燃比を２値的に検出す
るタイプの場合、空燃比が出力変化空燃比からずれてし
まうため、出力波形の振幅が小さくなってしまう。その
ため、漏れ空気量に応じて、図５の場合と同様、触媒劣
化指標Φｃは低めの値となる。さらに漏れ空気量が多く
なると、空燃比センサ８の出力信号は、一定状態（リッ
チ状態）になってしまうため、触媒劣化指標Φｃはほぼ
ゼロとなり、補正できなくなる。従って、図９に示すよ
うに、空気の漏れ量が少ない場合には、触媒劣化指標Φ
ｃに係数Ｋｃをかけて補正し、漏れ量が多い場合には劣
化検出を中断するようにすればよい。
【００４７】なお、一般的には、２次空気系故障検出手
段１０は、漏れ量を正確に検出しようとするとコストが
高くなるため、精度があまり高くないことが多い。この
ため、２次空気系６に故障があると判定された場合に
は、既に触媒の劣化判定が不可能となっていることもあ
る。従って、補正することなく、一気に劣化判定を中断
するようにしてもよい。また、逆に、触媒劣化判定中断
手段１４を設けることなく、触媒劣化指標Φｃ補正手段
１３による補正のみを行う構成としても構わない。
【００４８】空燃比センサ８が広域空燃比センサの場
合、空気の漏れがあると、触媒５が酸化還元反応を効率
良く行なえる範囲を越えて空燃比が変動し、空燃比セン
サ８の出力信号の振幅も大きくなる。その結果、漏れ空
気量に応じて触媒劣化指標Φｃは高めの値となる。漏れ
空気量が多くなると触媒５の劣化度とは係わりなく空燃
比センサ８の出力信号が振れて、補正ができなくなる。
従って、図１０に示すように、２次空気系６の漏れ量が
少ない場合には、触媒劣化指標Φｃに係数Ｋｃをかけて
補正する。漏れ量が多いときには、劣化検出を中断する
ようにすればよい。 前述の場合と同様、この場合も２
次空気系に故障があると判定された場合には、補正する
ことなく、一気に劣化判定を中断するようにしてもよ
い。さらに、この場合には、触媒の劣化判定で触媒劣化
指標Φｃが大きめの値となるため、劣化していない触媒
を劣化していると誤判定してしまっている可能性もある
ので、直前の触媒の劣化判定結果を廃棄するなどの手段
を設けることが好ましい。また、逆に、触媒劣化判定中
断手段１４を設けることなく、触媒劣化指標Φｃ補正手
段１３による補正のみを行う構成としても構わない。
【００４９】以上のように漏れ空気量が少ない場合には
触媒劣化指標補正手段１３により触媒劣化指標Φｃを補
正する。この場合、空燃比センサ８の種類等により補正
の方向等が異なる。漏れ空気量が多い場合には触媒劣化
判定中断手段１４により触媒劣化判定を中断するように
することが好ましい。
【００５０】なお、補正可能な漏れ空気量は触媒の温度
等によって変化するため、触媒５の温度またはエンジン
の運転状態に応じて、補正量や、判定を中断する漏れ空
気量を変えるようにすることが好ましい。一般的には、
失火の場合と同様に、負荷が高いほど、補正量を少なく
する。また、判定を中断する漏れ空気量については、漏
れが多い側に変える。
【００５１】次に第２の実施例として、空燃比センサの
劣化判定を行う診断装置を説明する。
【００５２】本実施例の診断装置および適用対象となる
エンジンシステムの全体構成を図１１に示した。エンジ
ン１、空気流量計２、空燃比フィ−ドバック制御手段
３、インジェクタ４、空燃比センサ７等は上記第１の実
施例で説明したものと同じである。
【００５３】該診断装置は、失火検出手段９と、２次空
気故障検出手段１０と、空燃比センサ劣化指標計算手段
２１と、空燃比センサ劣化判定手段２２と、空燃比セン
サ劣化指標補正手段２３と、空燃比センサ劣化判定中断
手段２４とを含んで構成される。
【００５４】空燃比センサ劣化指標計算手段２１は、空
燃比センサ７の劣化状態を検出するものである。本実施
例においては、劣化状態の検出を空燃比センサ７の出力
信号の自己相関関数を用いて行っている。つまり、空燃
比センサ７劣化指標計算手段２１は前述の触媒劣化指標
計算手段１１の場合と同様にして、空燃比センサ７の出
力信号から直流成分を除去した信号ｘから自己相関関数
φｘｘ（０）を計算する。空燃比センサ７の応答性の劣
化度を表わす劣化指標Φｓｒとしてこのφｘｘ（０）を
採用すると、該劣化指標Φｓｒは空燃比センサ７は劣化
していないときはに大きな値、劣化すると小さな値を示
す。
【００５５】なお、空燃比センサの劣化検出方法はこの
方法に限定されるものではない。例えば空燃比センサの
出力信号の微分値や所定電圧間を変化するのにかかる応
答時間、あるいは周波数等から検出方法等数多くの公知
例があり、これらいずれの方法を用いるようにしても構
わない。以下に述べる補正方法等異なってくるだけであ
る。
【００５６】空燃比センサ劣化判定手段２２では、前述
の空燃比センサ劣化指標Φｓｒを所定の値（注：該所定
の値が特許請求の範囲においていう”しきい値”に該当
する。）と比較することによって空燃比センサの劣化度
を判定する。空燃比センサ劣化指標Φｓｒが所定値より
高いときは故障と判定し、例えば図示しない警告灯を点
灯して、運転者に警告したりする。
【００５７】失火検出手段９及び２次空気系故障検出手
段１０は、前記実施例と同様である。 空燃比センサ劣
化指標補正手段２３は、失火検出手段９または、２次空
気系故障検出手段１０により、失火または２次空気系の
故障や劣化が検出されたとき、前述の空燃比センサ劣化
指標を補正し、補正後の空燃比センサ劣化指標を空燃比
センサ劣化判定手段２２に出力するものである。
【００５８】空燃比センサ劣化判定中断手段２４は、判
定を中断するか否かの基準となる、失火や２次空気系故
障についての予め定められたの頻度（あるいは程度）を
備えている。そして、該予め定められた頻度（あるいは
程度）を越えて、失火や２次空気系の故障や劣化が検出
されたときには、前述の空燃比センサ劣化判定手段２２
による空燃比センサの劣化判定を中断するための信号を
発生するものである。次に失火が発生したときの動作に
ついて説明する。
【００５９】失火が発生すると、スパイク状のリ−ン信
号が生じる（図４参照）。すると、空燃比劣化指標Φｓ
ｒは、失火の発生頻度に応じて大きめの値となってしま
う（図１２参照）。つまり、空燃比センサ７の応答性を
実際よりもよい側に評価し、その劣化度を低く評価して
しまう。これは、空燃比センサ７の種類によらず、同じ
ことがいえる。従って、空燃比センサ劣化指標補正手段
２３において、失火の頻度に応じて決められた係数Ｋｓ
ｒ（図１３参照）を、空燃比劣化指標Φｓｒにかけるこ
とによって、空燃比劣化指標Φｓｒを小さくするような
補正を行なう。失火の頻度が大きくなりすぎると空燃比
劣化指標Φｓｒのばらつきが大きくなってくるので、空
燃比センサ劣化判定中断手段２４により空燃比センサ劣
化判定を中断するようにする。
【００６０】次に２次空気系６に故障が発生したときの
動作について説明する。
【００６１】触媒の劣化検出の場合と同様に、空燃比セ
ンサがデ−タをサンプリングしている時に、空気が漏れ
て流れてしまうような故障が特に問題となる。このよう
な故障が生じた場合の影響は、導入口６２と空燃比セン
サ７との間における、排気ガスと２次空気系６から流れ
てくる漏れ空気との混合状態等により異なる。
【００６２】空燃比センサ７が空燃比を２値的に検出す
るタイプの場合、導入口６２からの漏れてくる空気（酸
素）のためにリッチ側の信号が出にくくなる。そのた
め、漏れ空気量に応じて、空燃比センサ７の出力信号の
振幅が小さくなり、空燃比センサ劣化指標Φｓｒも低め
の値となる。漏れ空気量がさらに多くなるとΦｓｒほぼ
ゼロとなり、補正できなくなる。従って、図１４に示す
ように、漏れ空気量が少ない場合には係数ｋｓｒをかけ
る補正を行う。漏れ空気量が多い場合には劣化判定を中
断する。
【００６３】一方、空燃比センサ７が広域空燃比センサ
の場合には、漏れ量が少ない場合には、触媒劣化指標Φ
ｓｒは低めの値となる。漏れ量がさらに多くなると出力
が不安定になり、劣化判定が不可能となる。従って、図
１４と同様の補正および劣化判定中断を行う。
【００６４】なお、前述のように、一般には２次空気系
故障検出手段１０は、精度があまり高くないことが多い
ため、２次空気系６に故障があると判定された場合に
は、既に空燃比センサの劣化判定が不可能となっている
こともある。従って、２次空気系６に故障があると判定
された場合には、一気に劣化判定を中断するようにして
もよい。逆に、空燃比センサ劣化判定中断手段２４を設
けることなく、空燃比センサ劣化指標補正手段２３によ
る補正のみを行う構成としても構わない。
【００６５】以上は空燃比センサの応答性に関する劣化
の判定について説明したが、他にも例えば出力電圧に関
する劣化判定等もある。これは空燃比を所定値に保持し
て空燃比センサの出力を測定することによって検出する
が、失火や２次空気系の故障によって空燃比が変動して
しまうので、劣化指標の補正や劣化判定の中断が必要で
ある。
【００６６】例えば、空燃比をリッチ状態に保持して、
空燃比センサのリッチ側信号出力電圧を判定するような
場合、２次空気系６から空気が漏れていると、空燃比セ
ンサはリ−ン信号を発生する。その結果、空燃比センサ
が劣化しているものと誤判定してしまう。また、失火が
発生しても同様で、失火の頻度がすくない場合には、リ
−ンスパイク状の信号出力が生じる。失火頻度が高くな
ると、出力信号は一定値（リ−ン状態）を示したり（２
値センサの場合）、出力信号が大きくばらついたり（広
域空燃比センサ）してしまう。従って、このような劣化
判定にも本発明は適用可能である。
【００６７】また、上記実施例では触媒上流の空燃比セ
ンサの劣化検出について説明したが、触媒下流の空燃比
センサの劣化検出等についても、失火や２次空気系の故
障に応じ、劣化指標の補正や劣化判定の中断が必要であ
り、適用可能である。
【００６８】以上述べたように空燃比センサの劣化検出
についても、失火や２次空気系の故障に応じ、空燃比セ
ンサ劣化指標の補正や空燃比劣化判定の中断が必要であ
り、適用可能である。
【００６９】さらに上記説明においては、触媒劣化指標
を補正する場合について述べたが、劣化を判定するため
に触媒劣化指標と比較するためのしきい値の方を補正し
ても実質的には同じことである。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、失火や２次空気系の故
障や劣化が発生しても、触媒や空燃比センサの劣化度を
誤って判定してしまうことがなくなる。このため、劣化
していないのに交換してしまったり、劣化しているのに
そのまま走行してしまうようなことがなくなり、余分な
出費や大気汚染の防止に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図面である
【図２】触媒上下流の空燃比センサ７，８の出力信号の
一例を示す図である。
【図３】触媒劣化度と劣化指標との関係を説明する図で
ある。
【図４】失火が空燃比センサの出力信号に与える影響を
示す図である。
【図５】失火が、触媒の劣化指標に与える影響を示す図
である。
【図６】補正係数および判定中断領域を示す図である。
【図７】失火が、触媒の劣化指標に与える影響を示す図
である。
【図８】補正係数および判定中断領域を示す図である。
【図９】補正係数および判定中断領域を示す図である。
【図１０】補正係数および判定中断領域を示す図であ
る。
【図１１】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１２】失火が、空燃比センサ劣化指標に与える影響
を示す図である。
【図１３】補正係数および判定中断領域を示す図であ
る。
【図１４】補正係数および判定中断領域を示す図であ
る。
【符号の説明】
１……エンジン、２……空気流量計、３……空燃比フィ
−ドバック制御手段、４……５……触媒、６……２次空
気系、７……空燃比センサ、８……空燃比センサ、９…
…失火検出手段、１０……２次空気系故障検出手段、１
１……触媒劣化指標計算手段、１２……触媒劣化判定手
段、１３……触媒劣化指標補正手段、１４……触媒劣化
判定中断手段、２１……空燃比センサ劣化指標計算手
段、２２……空燃比センサ劣化判定手段、２３……空燃
比センサ劣化指標補正手段、２４……空燃比センサ劣化
判定中断手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３０５Ｋ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｈ ３６８Ｚ Ｆ０２Ｐ 17/12 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｅ (56)参考文献 特開 平３−286160（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−60133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−111256（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213048（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−212953（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−22358（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−78941（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/14 F02D 41/22 F02D 45/00 F02P 17/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンからの排気ガスを触媒により浄化
    する排気ガス浄化装置の診断装置であって、 前記触媒の上流側における排気ガスの空燃比を検出する
    ための第１の空燃比センサ又は第１の〇 ２ センサと、 前記触媒の下流側における排気ガスの空燃比を検出する
    ための第２の空燃比センサ又は第２の〇 ２ センサと、 前記第１の空燃比センサ又は第１の〇 ２ センサと前記第
    ２の空燃比センサ又は第２の〇 ２ センサとの出力信号か
    ら前記触媒の劣化状態を示す触媒劣化指標を計算する触
    媒劣化指標計算手段と、 予め定められたしきい値を備え、該しきい値と前記触媒
    劣化指標とを比較することによって前記触媒の劣化状態
    を判定する触媒劣化判定手段と、 前記エンジンの燃焼状態を検出し失火の発生を検出する
    失火検出手段と、を備えていると共に、 前記失火検出手段により失火が検出されたときに、前記
    触媒の温度又は前記エンジンの負荷に応じて前記触媒劣
    化指標を補正する触媒劣化指標補正手段と、前記失火検出手段により前記予め定められた頻度以上の
    失火が検出されたときに、前記触媒劣化判定手段による
    触媒の劣化状態判定を中断させる触媒劣化判定中断手
    段、及び運転状態に応じて前記予め定められた頻度を変
    更する設定頻度変更手段と、 のうち、少なくとも一方を備えている ことを特徴とする
    排気ガス浄化装置の診断装置。
  2. 【請求項２】エンジンからの排気ガスを触媒により浄化
    する排気ガス浄化装置の診断装置であって、 排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ又は〇
    ２ センサと、 前記空燃比センサ又は〇 ２ センサの出力信号から空燃比
    センサ又は〇 ２ センサの劣化状態を示す空燃比センサ劣
    化指標を計算する空燃比センサ劣化指標計算手段と、 予め定められたしきい値を備え、該しきい値と前記空燃
    比センサ劣化指標とを比較することによって空燃比セン
    サ又は〇 ２ センサの劣化状態を判定する空燃比センサ劣
    化判定手段と、 エンジンの燃焼状態を検出し失火の発生を検出する失火
    検出手段と、を備えていると共に、 前記失火検出手段により失火が検出されたときに、該失
    火の頻度に応じて前記空燃比センサ劣化指標を補正する
    空燃比センサ劣化指標補正手段と、前記失火検出手段により予め定められた頻度以上の失火
    が検出されたときに、前記空燃比センサ劣化判定手段に
    よる劣化判定を中断させる空燃比センサ劣化判定中断手
    段、及び運転状態に応じて前記予め定められた頻度を変
    更する設定頻度変更手段と、 のうち、少なくとも一方を備えている ことを特徴とする
    排気ガス浄化装置の診断装置。を備えていることを特徴
    とする排気ガス浄化装置の診断装置。
  3. 【請求項３】エンジンからの排気ガスを触媒により浄化
    する排気ガス浄化装置の診断装置であって、 前記触媒の上流側における排気ガスの空燃比を検出する
    ための第１の空燃比センサ又は第１の〇 ２ センサと、 前記触媒の下流側における排気ガスの空燃比を検出する
    ための第２の空燃比センサ又は第２の〇 ２ センサと、 前記第１の空燃比センサ又は第１の〇 ２ センサと前記第
    ２の空燃比センサ又は第２の〇 ２ センサとの出力信号か
    ら前記触媒の劣化状態を示す触媒劣化指標を計算する触
    媒劣化指標計算手段と、 予め定められたしきい値を備え、該しきい値と前記触媒
    劣化指標とを比較することによって前記触媒の劣化状態
    を判定する触媒劣化判定手段と、 前記エンジンと前記触媒との間の排気管内に空気を導入
    する２次空気系と、 前記２次空気系の故障を検出する２次空気系故障検出手
    段と、 前記２次空気系故障検出手段により前記２次空気系の故
    障が検出されたときに、該２次空気系からの漏れ空気量
    に応じて前記触媒劣化指標を補正する触媒劣化指標補正
    手段と、 を備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置の診断
    装置。
  4. 【請求項４】エンジンからの排気ガスを触媒により浄化
    する排気ガス浄化装置の診断装置であって、 排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ又は〇 ２ セン
    サと、 前記空燃比センサ又は〇 ２ センサの出力信号から空燃比
    センサ又は〇 ２ センサの劣化状態を示す空燃比センサ劣
    化指標を計算する空燃比センサ劣化指標計算手段と、 予め定められたしきい値を備え、該しきい値と前記空燃
    比センサ劣化指標に基づいて前記空燃比センサの劣化状
    態を判定する空燃比センサ劣化判定手段と、 前記エンジンと前記触媒との間の排気管内に空気を導入
    する２次空気系と、 前記２次空気系の故障を検出する２次空気系故障検出手
    段と、 前記２次空気系故障検出手段により前記２次空気系の故
    障が検出されたときに、該２次空気系からの漏れ空気量
    に応じて前記空燃比センサ劣化指標を補正する空燃比セ
    ンサ劣化指標補正手段と、 を備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置の診断
    装置。
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