JP4736797B2 - 内燃機関の診断装置及び診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気の特定成分を浄化する触媒を備えた排気浄化システムを診断する技術に関し、特に、冷機始動時のように触媒の昇温を促進する制御が行われる状況で、この制御を含めた排気浄化システムの異常を検出することに適した診断装置及び診断方法に関する。

近年の自動車用内燃機関の分野では、排気浄化、特に触媒が不活性状態である冷機始動（コールドスタート）時からの排気浄化技術の向上が強く望まれ、また法規による規制が厳しくなっている。そこで、冷機始動時には早期に触媒を活性化させるために、アイドル回転数の増加制御や点火時期の遅角制御等の触媒昇温促進制御が良く行われている。また、このような制御を含めた冷機始動時における排気浄化システムが正常に機能しているかの診断が要求され、また法規制が強化される傾向にある。

特許文献１には、このような診断技術として、冷機始動時に、エンジン回転数フィードバック制御と点火時期フィードバック制御とを組み合わせた昇温促進制御を開始してから所定の遅延時間が経過した時点からエンジン回転数や点火時期を監視し、エンジン回転数が所定値以下又は点火時期（進角値）が所定値以上の状態が所定時間経過すると、故障と判定している。
特開２００１−１３２５２６号公報

上記特許文献１のものでは、アイドル運転時のようにエンジン回転数フィードバック制御と点火時期フィードバック制御の双方が行われる一定の機関運転状態で、かつ、所定の遅延時間が経過した後でないと診断を開始することができないので、例えば冷機始動後に比較的短い時間で加速・走行モードへ移行するような使われ方では診断が行われず、診断頻度が非常に少なくなることがある。従って、実際には異常であるのに診断が行われないままとなることがあり、更なる改良が望まれていた。

また、触媒の活性状態は主として触媒温度つまり触媒に供給される排気ガスの供給熱量に大きく依存しており、この排気供給熱量は、上記の点火時期や機関回転数のみならず、触媒を通過する排気ガスのマスボリューム（吸気量や排気量）によっても変動する。このマスボリュームは機関運転状態に応じて変化し、例えばアイドルから車両走行へ移行するとマスボリュームが増加する。従って、上記特許文献１のように主として機関回転数や点火時期に基づいて診断を行うものでは、アイドルなどの特定の運転状態に限定すれば比較的精度の良い診断を行うことができるものの、市場での様々な走行パターンに対応することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、
内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒と、
機関回転数の増加と点火時期の遅角の少なくとも一方を行うことにより、機関冷機時に触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムと、
この排気浄化システムを診断する制御部と、
機関温度を検出する機関温度検出手段と、を有し、
上記制御部は、
上記機関温度に基づいて触媒のもつ総熱量の初期値を算出し、
上記総熱量の初期値と、燃料噴射量と、上記触媒昇温促進手段による機関回転数の変化と点火時期の変化の少なくとも一方と、を用いて、機関冷機中における触媒の総熱量を所定期間毎に逐次算出し、
この触媒の総熱量と、燃料噴射量と、に基づいて、上記所定期間毎に触媒下流側へ排出される特定成分の排出量を逐次算出し、
この特定成分の排出量を積算することにより、機関冷機中に触媒下流側へ排出された特定成分の総排出量を推定し、
この特定成分の総排出量に基づいて排気浄化システムの正常・異常を判定することを特徴としている。

本発明によれば、触媒昇温手段による触媒の昇温促進が行われる機関冷機中に、触媒の状態に対応する触媒の総熱量と、燃料噴射量と、基づいて特定成分の触媒下流側への総排出量を推定し、この総排出量に基づいて診断を行うことにより、幅広い機関運転領域で精度の高い診断を行うことができる。

ここで、「触媒の状態」とは、触媒の活性状態・浄化性能に対応する値であり、典型的には後述するように触媒に残存する特定成分の比率に相当する触媒の特定成分（ＨＣ）の残存率（触媒ＨＣ残存率）である。このような触媒の状態は触媒のもつ総熱量に大きく依存しており、この触媒の総熱量は、排気系に供給される排気熱量により増加するとともに、機関始動前の触媒の温度にも大きく依存している。従って、単に排気熱量に応じて触媒の状態を推定すると、例えば機関始動前の機関温度が比較的高く、触媒の総熱量が既にある程度高い状態である場合に、触媒の総熱量が小さく見積もられしまい、正確な診断を行うことができない。

そこで本発明では、触媒のもつ熱量の初期値を、機関水温・油温等の機関温度から簡易的に推定し、この熱量の初期値を用いて触媒の総熱量を算出し、この触媒の総熱量を用いて特定成分の総排出量を推定している。従って、機関始動開始時点での機関温度が多少ばらついていても、精度の高い診断を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係るガソリン内燃機関の排気浄化システムを簡略的に示している。内燃機関２０の燃焼室２１には、略中央上部に点火プラグ９が配設されているとともに、吸気弁２２を介して吸気通路２３と、排気弁２４を介して排気通路２５と、が接続されている。吸気通路２３には、上流側より順に、エアクリーナ２６、吸気流量を計測するエアフロメータ３、吸気通路２３を開閉する電子制御式のスロットル弁２７及びそのスロットル開度を検出するスロットル開度センサ４、及び吸気通路２３の吸気ポート２３Ａへ燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。なお、このようなポート噴射式の内燃機関に限らず、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直噴型の内燃機関に本発明を適用することもできる。

排気通路２５には、燃焼室２１に近く比較的排気温度の高い排気マニホールド集合部２５Ａ又はその近傍の上流位置にフロント触媒１３が配設されているとともに、このフロント触媒１３よりも下流側であって、比較的排気温度の低い車両の床下位置にリア触媒１４が配設されている。つまり、冷機始動時を含めて高効率に排気を浄化するために、排気通路２５の中で周囲温度の異なる複数箇所に触媒を直列に配置した触媒システムとなっている。フロント触媒１３は、好ましくは、理論空燃比近傍でＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯをほぼ０（零）まで低減可能な三元触媒１３Ａと、この三元触媒１３Ａが活性化する前に排出されるＨＣを一時的に吸着するＨＣ吸着触媒１３Ｂとを組み合わせたＨＣ吸着型三元触媒であり、リア触媒１４は、例えば上記のＨＣ吸着触媒である。但し、これに限らず、上記の三元触媒、ＨＣ吸着触媒の他、リーン運転時のような酸素過剰な領域でＮＯ_Xをトラップし、ストイキ又はリッチ運転時にはＮＯ_Xを放出，還元するＮＯｘトラップ触媒等の他の触媒を単独又は組み合わせて用いても良い。

また、排気通路２５には、フロント触媒１３の上流側及び下流側にそれぞれ上流側酸素センサ１１及び下流側酸素センサ１２が設けられている。なお、センサ１１，１２としては、簡素な酸素センサ（Ｏ_２センサ）に代えて、幅広い空燃比を検出可能な広域型の空燃比センサを用いても良い。機関回転速度（機関回転数）は、例えばクランクシャフトの回転角位置を検出するポジション（ＰＯＳ）センサ７とカムシャフトの位相を検出する位相（ＰＨＡＳＥ）センサ８との検出信号に基づいて演算される。また、内燃機関２０のシリンダブロックには、ノッキング（ノック）の発生を検出するノックセンサ６や、機関温度としての機関水温を検出する水温センサ１０が取り付けられている。

電子制御装置つまり制御部としてのエンジンコントローラ１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータシステムであって、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有している。このエンジンコントローラ１には、スタータ信号やイグニッション信号等の各種信号が信号線２を介して入力されるとともに、上記の各種センサ類３，４，６〜８，１０〜１２から入力される検出信号に基づいて、各種アクチュエータ類へ制御信号を出力し、その動作を制御する。例えば、燃料噴射弁５による燃料噴射量及び噴射時期、点火プラグ９による点火時期を制御する。また、上記の酸素センサ１１，１２の出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行う。

機関始動から数十秒間の冷機始動時のように、触媒が低温で未だ活性化していない機関冷機時には、多くの炭化水素（ＨＣ）が未浄化のまま触媒から排出されるおそれがある。このようなコールドエミッション対策として、この触媒浄化システムでは、上記のＨＣ吸蔵触媒１３Ｂ，１４を設けているとともに、フロント触媒１３を排気マニホールド集合部２５Ａの近傍に配置して昇温化を促進しており、かつ、機関回転数を所定のアイドル回転数にフィードバック制御するアイドル回転数制御における上記アイドル回転数の増加制御や点火時期の遅角化等の触媒昇温促進制御を行う（触媒昇温手段）。なお、このような触媒昇温促進制御は例えば上記の特許文献１にも詳しく記載されている。

図２は、触媒昇温促進制御を行う機関冷機時に排気浄化システムが正常に機能しているかを診断する診断制御処理の流れを示すフローチャートである。このルーチンは上記のエンジンコントローラ１により機関始動とともに開始され、極短い所定期間、具体的には一単位（１〜数回）の燃焼が行われる所定のクランク角毎に繰り返し実行される。

ステップ１０１では、内燃機関２０の運転状態が冷機始動時のように上記の触媒昇温促進制御を行う稼働領域であるか、すなわち触媒が未だ活性していない機関冷機時であるかを判定する。具体的には、機関水温が２５〜３０℃程度の所定温度以下であるか等の幾つかの条件により判定が行われる。

ステップ１０２では、所定の診断許可条件が成立しているかを判定する。この診断許可条件としては、排気昇温促進制御に関わるセンサ類、例えばエアフロメータ３，ポジションセンサ７，位相センサ８及び酸素センサ１１，１２が正常であるか等の条件が含まれる。但し、本実施例は機関冷機中であればアイドル運転に限られず比較的幅広い機関運転領域で診断可能であることを一つの特徴としており、従って、基本的には個々の運転状態（アイドル等），機関負荷及び機関回転数等の条件がこのステップ１０２での診断許可条件には含まれていない。

ステップ１０３では、内燃機関の一回（一単位）の燃焼で供給される排気ガスの熱量に相当する単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを推定・算出する。具体的には、次式（１）によりＱＥＸＳＴを算出する。
ＱＥＸＳＴ＝ＴＰ×Ｇ（ＡＤＶ）×Ｇ（Ｎ）…（１）
「ＴＰ」は燃料噴射量であり、「Ｇ（ＡＤＶ）」は点火時期補正係数であり、「Ｇ（Ｎ）」は回転数補正係数である。Ｇ（ＡＤＶ）は、最適点火時期ＭＢＴに対するリタード量ＡＤＶ−ＭＢＴＣＡＬに基づいて図４に示すような制御マップ・テーブルを参照して求められる。同図に示すように、点火時期のリタード量が大きくなるほど、燃焼効率が低下して排気ガス温度が高くなることから、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴが大きくなるように、Ｇ（ＡＤＶ）が設定されている。Ｇ（Ｎ）は、機関回転数ＮＥに基づいて図５に示すような制御マップ・テーブルを参照して求められる。同図に示すように、回転数ＮＥが高くなるほど、燃焼間隔の実際の時間が短くなって放熱量が小さくなることから、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴが大きくなるように、Ｇ（Ｎ）が設定されている。従って、機関回転数や点火時期の変動による単位排気供給量ＱＥＸＳＴの変動分を良好に吸収・相殺することができる。

ステップ１０４のサブルーチンでは、触媒のもつ熱量に相当する触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出する。図３を参照して、ステップ１３１では、触媒昇温制御が行われる機関冷機状態の開始、つまり機関始動時であるか、具体的には触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰの値が初期状態の「０」であるかを判定する。この例では触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを含めて各種制御パラメータの値が機関停止状態では「０」にリセットされており、機関始動から最初に本サブルーチンが実行されるときにのみステップ１３１からステップ１３３へ進み、２回目以降はステップ１３２へ進むこととなる。

機関始動直後には、ステップ１３３において、水温センサ１０により検出される機関水温ＴＷＩＮＴに基づいて、例えば図６に示す予め設定された制御マップ・テーブルを参照して、触媒のもつ熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩを演算する。図６に示すように、水温ＴＷＩＮＴが高いほど初期値ＴＱＥＰＩＮＩが高くなるように設定される。そして、この熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩを、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰに設定する。

機関冷機中には、ステップ１３２において、上記の単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴに基づいて触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを更新する。具体的には、一演算前の触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰに対し、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴに一演算前からの燃焼回数（つまり、一単位での燃焼回数）を乗算した値を加算して、ＱＥＸＳＴＰを更新する。このように、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰは、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを燃焼回数分積算した値、つまり排気系へ供給される総排気供給熱量に、触媒の初期値ＴＱＥＰＩＮＩを加算した値に相当する。

ステップ１０５では、触媒に残存するＨＣ（炭化水素）の割合に相当する触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０を算出する。触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０は触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰに大きく依存しているため、この実施例では次式（２）に示すように、簡易的に触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰのみに基づいて触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０を算出している。
ＩＴＡＴ５０＝１−ＱＥＸＳＴＰ／ＱＴ５０…（２）
「ＱＴ５０」は、触媒が活性するのに必要な熱量に相当し、予め設定された固定値である。

ステップ１０６では、一回の燃焼で内燃機関の燃焼室から排気系へ排出されるＨＣの排出量ＥＯＥ、すなわち触媒に供給されるＨＣの供給量に相当する単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥを推定する。図７に示すように、ＨＣ排出量ＥＯＥは燃料噴射量にほぼ比例するものであり、燃料噴射量に対するＨＣ排出量ＥＯＥの割合ＣＯＥ１はほぼ一定である。従って、このステップ１０６では、簡易的に、上記の割合ＣＯＥ１を固定係数として燃料噴射量ＴＰのみに基づいて単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥを演算している。

ステップ１０７では、単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥと現時点での触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０とに基づいて、一単位の燃焼で触媒下流に排出されるＨＣの排出量に相当する単位触媒ＨＣ排出量（単位テールパイプＨＣ）ＳＩＭＴＰＥを算出する。ステップ１０８では、上記の単位触媒ＨＣ排出量ＳＩＭＴＰＥを積算して、触媒下流に排出されるテールパイプＨＣの総量に相当する触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを算出する。具体的には、一演算前のＳＩＭＴＴＰＥに対し、一単位の燃焼回数にＳＩＭＴＰＥを乗算した値を加算することにより、触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを逐次更新している。

ステップ１０９では、触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０が所定の判定値である０（零）になったか、すなわち触媒が活性化したかを判定する。なお、判定値としては上記の値（０）に限らず、診断期間短縮化のためにより大きな値としても良く、あるいは診断精度向上のためにより小さな値としても良い。

このステップ１０９の判定が肯定されると、ステップ１１０へ進み、この排気浄化システムの正常・異常の判定・診断を行う。具体的には、上記の触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥが所定の判定値ＥＭＮＧ以下であるかを判定する。この判定値ＥＭＮＧは、予め設定される固定値であって、例えば正常な場合の触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥの１．５倍程度の値に設定される。ステップ１１０の判定が肯定されると正常と判定し、否定されると異常と判定して例えば警告ランプや警告音等により運転者に異常であることを報知する。

図８は、本実施例に係る冷機始動時のタイムチャートであり、図中実線ＮＣの特性が正常時（Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に対応し、破線ＭＣの特性が異常時（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に対応している。横軸はクランク角（基準クランク位置ＲＥＦ）に相当する。同図に示すように、本実施例では機関回転数ＮＥや点火時期等を加味して触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを求めているので、機関回転数ＮＥの変動にかかわらず、触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥがクランク角（燃焼間隔）にほぼ比例して増加し、触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０が０となる時点の付近で上限値に達することになる。従って、この時点での触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを判定値ＥＭＮＧと比較することにより、短い診断時間で精度の高い診断を行うことができる。

次に、上記実施例の特徴的な構成及び作用効果について列記する。但し、本発明は参照符号を付した図示実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。例えば、機関水温として、上記実施例では水温センサ１０により検出される水温を用いており、一般的なエンジン制御にも用いられる水温センサ１０を利用した簡便な手法としているが、これに限られるものではなく、例えばエンジンオイルの油温を用いても良く、あるいは更に精度向上を図るために触媒又はその近傍の温度を直接的に検出するようにしても良い。

（１）水温センサ１０により検出される機関温度ＴＷＩＮＴに基づいて、触媒のもつ熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩを推定し（ステップ１３３）、内燃機関の排気系に供給される排気熱量に相当する排気供給熱量（ＱＥＸＳＴ）を算出し（ステップ１０３）、この排気供給熱量と熱量の初期値とに基づいて、機関冷機中の触媒の状態ＩＴＡＴ５０を推定し（ステップ１３２，１０５）、この触媒の状態に基づいて、機関冷機中における特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを推定し（ステップ１０８）、この触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥに基づいて、上記排気浄化システムの正常・異常を判定している（ステップ１１０〜１１２）。

アイドル回転数増加制御や点火時期リタード制御等の触媒昇温促進制御が行われる機関冷機時に、この制御の不具合を生じると、最終的には触媒下流側へ排出される特定成分である炭化水素ＨＣの総排出量に相当する触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥが大きくなる。この触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥは、機関から排出されるＨＣ排出量だけではなく、例えば触媒に残存するＨＣの触媒残存比率ＩＴＡＴ５０のような触媒の活性状態・浄化性能によって変動する。従って、触媒の状態ＩＴＡＴ５０に応じて触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを推定し、この触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥに基づいて診断を行うことにより、精度の高い診断を触媒温度センサ等を敢えて必要としない簡素な構成で行うことができる。

上述した従来例のように主として機関回転数や点火時期に基づいて診断を行うものでは、診断を行う領域が実質的にアイドルなどの特定の運転領域に限定されてしまう。これに対して本実施例では、触媒昇温促進制御（触媒暖機制御）のパラメータである点火時期及び機関回転数（燃焼間隔）等の影響を考慮して、触媒の状態に対応する触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０や触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを設定し、つまり機関回転数の変動等による影響を有効に低減・排除した形で触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを求め、この触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥに基づいて診断を行うことにより、比較的幅広い機関運転領域で精度の高い診断を行うことができる。

触媒の状態に対応する触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０は、触媒のもつ熱量に大きく依存しており、この触媒の熱量は、排気系に供給される排気熱量により増加するとともに、典型的には機関始動時のように触媒昇温手段による昇温前の触媒の温度にも大きく依存している。従って、単に排気熱量に応じて触媒の状態を推定すると、例えばホットリスタート時のように比較的機関温度が高く既に触媒の熱量がある程度高い状況で機関始動を行う場合に、触媒の熱量が小さく見積もられしまい、正確な診断を行うことができない。

そこで上記実施例では、機関温度から触媒のもつ熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩを推定し、この熱量初期値ＴＱＥＰＩＮＩと上記の排気熱量とに基づいて触媒の状態ＩＴＡＴ５０を推定している。従って、機関始動時の機関温度のばらつきにかかわらず精度の高い診断を行うことができ、幅広い機関運転で高精度の診断を実現できる。

（２）内燃機関の一単位の燃焼により触媒下流側へ排出される特定成分の排出量に相当する単位触媒ＨＣ排出量ＳＩＭＴＰＥを推定し、この単位触媒ＨＣ排出量を積算して触媒ＨＣ総排出量ＳＩＭＴＴＰＥを算出している（ステップ１０８）。従って、例えばアイドルからの加速時のように機関運転状態の切換過渡期での排出量の変動を精度良く相殺・吸収することができる。「一単位」の燃焼とは、好ましくは一回の燃焼であり、あるいは制御ルーチンの演算間隔（クランク角）に応じた数回の燃焼回数であっても良い。

（３）上記「触媒の状態」とは、触媒の活性状態・浄化性能に関するもので、典型的には触媒に残存する特定成分の比率に相当する触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０である。但し、触媒温度センサ等により検出又は推定される触媒温度のように触媒の活性状態を示す他のパラメータであっても良い。

（４）燃料噴射量ＴＰに基づいて、内燃機関の一単位の燃焼により排気系へ供給される排気熱量に相当する単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを推定し（ステップ１０３）、上記熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩに単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを積算したものを加算することによって、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出している（ステップ１０４）。このように、触媒の温度を直接的に検出する温度センサ等を敢えて必要としない簡素な構成でありながら、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰ精度良く求めることができる。しかも、一単位の燃焼毎の単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを積算して触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出しているので、機関運転状態が変化する過渡期を含めて触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを精度良く求めることができる。

（５）燃料噴射量ＴＰに基づいて一単位の燃焼により内燃機関より排出される特定成分の排出量に相当する単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥを推定し（ステップ１０６）、触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０と単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥとに基づいて単位触媒ＨＣ排出量ＳＩＭＴＰＥを算出している（ステップ１０７）。このように、内燃機関から排出される単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥと、その時点での触媒の状態を示す触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０と、に基づいて、一単位の燃焼毎に単位触媒ＨＣ排出量ＳＩＭＴＰＥを算出しているので、単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＥＯＥに触媒の活性状態を反映した形で単位機関ＨＣ排出量ＳＩＭＴＰＥを精度良く求めることができる。

（６）触媒ＨＣ残存率は下式により算出される（ステップ１０５）。
ＩＴＡＴ５０＝１−ＱＥＸＳＴＰ／ＱＴ５０
ＩＴＡＴ５０：触媒ＨＣ残存率
ＱＥＸＳＴＰ：触媒総熱量
ＱＴ５０：触媒活性に必要な熱量
このＱＴ５０は予め設定される固定値であり、従って、実質的には触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰのみに基づいて触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０を簡便に精度良く求めることができ、演算負荷やメモリ使用量等が軽減される。

（７）点火時期のリタード量が大きくなるほど、燃焼効率が低下して排気ガス温度が高くなる。従って、図４に示すように、最適点火時期に対する点火時期のリタード量ＡＤＶ−ＭＢＴＣＡＬが大きいときに単位排気供給熱量（点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ））が大きくなるように、点火時期のリタード量ＡＤＶ−ＭＢＴＣＡＬに基づいて単位排気供給熱量を算出している。これにより、点火時期のリタード量に起因する触媒総熱量の変動分を一単位の燃焼毎に精度良く吸収・相殺することができる。

（８）回転数ＮＥが高くなるほど、燃焼間隔の実際の時間が短くなって放熱量が小さくなり、触媒総熱量が小さくなる。従って、図５に示すように、機関回転数ＮＥが高いときに単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴ（回転数補正係数Ｇ（Ｎ））が大きくなるように、機関回転数ＮＥに基づいて単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを算出している。これにより、機関回転数ＮＥに起因する触媒総熱量の変動分を一単位の燃焼毎に良好に吸収・相殺することができる。

（９）触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０が所定値（典型的には０）まで低下したかを判定し（ステップ１０９）、触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０が所定値まで低下したと判定された場合に（ＩＴＡＴ５０＝０）、診断が実行される（ステップ１１０〜１１２）。このように、ＳＩＭＴＰＥの算出に用いられる触媒ＨＣ残存率ＩＴＡＴ５０を利用して診断時期を設定することができ、判定用のパラメータを追加することなく診断期間を有効に短縮化することができる。

（１０）上記特定成分は、典型的にはガソリン内燃機関における炭化水素（ＨＣ）である。但し、ディーゼル機関における粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を上記の特定成分とする排気浄化システムに本発明を適用することも可能である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの一例を示すシステム図。 本発明の一実施例に係る排気浄化システムの診断処理の流れを示すフローチャート。 図２のステップ１０４の排気総熱量算出のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のステップ１０３で用いられる点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）の設定マップの一例。 図２のステップ１０３で用いられる回転数補正係数Ｇ（Ｎ）の設定マップの一例。 図３のステップ１３３で用いられる熱量初期値ＴＱＥＰＩＮＩの設定マップの一例。 燃料噴射量と機関ＨＣ排出量との関係を示すグラフ。 機関冷機始動時における正常状態及び異常状態での各種パラメータの変化を示すタイムチャート。

１…エンジンコントローラ（制御部）
１０…水温センサ（機関温度検出手段）
１３…フロント触媒
１４…リア触媒
２０…内燃機関
２５…排気通路（排気系）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒と、
   機関回転数の増加と点火時期の遅角の少なくとも一方を行うことにより、機関冷機時に触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムと、
   この排気浄化システムを診断する制御部と、
   機関温度を検出する機関温度検出手段と、を有し、
   上記制御部は、
   上記機関温度に基づいて触媒のもつ総熱量の初期値を算出し、
   上記総熱量の初期値と、燃料噴射量と、上記触媒昇温促進手段による機関回転数の変化と点火時期の変化の少なくとも一方と、を用いて、機関冷機中における触媒の総熱量を所定期間毎に逐次算出し、
   この触媒の総熱量と、燃料噴射量と、に基づいて、上記所定期間毎に触媒下流側へ排出される特定成分の排出量を逐次算出し、
   この特定成分の排出量を積算することにより、機関冷機中に触媒下流側へ排出された特定成分の総排出量を推定し、
   この特定成分の総排出量に基づいて排気浄化システムの正常・異常を判定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
2. 上記制御部は、上記触媒の総熱量に基づいて、触媒の活性状態を求め、この触媒の活性状態に基づいて触媒が活性していると判定されたときに、上記特定成分の総排出量に基づいて排気浄化システムの正常・異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
3. 上記制御部は、燃料噴射量に基づいて、所定期間毎に内燃機関から排出される特定成分の排出量を逐次算出するとともに、
   この排出量と、上記触媒の活性状態と、に基づいて、上記所定期間毎に触媒下流側へ排出される特定成分の排出量を逐次算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の診断装置。
4. ＩＴＡＴ５０＝１−ＱＥＸＳＴＰ／ＱＴ５０
   ＩＴＡＴ５０：触媒に残存する特定成分の残存率
   ＱＥＸＳＴＰ：触媒の総熱量
   ＱＴ５０：触媒活性に必要な熱量
   上記制御部が上式により上記触媒の活性状態に対応する上記残存率を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の診断装置。
5. 上記制御部は、
   燃料噴射量と、上記触媒昇温促進手段による機関回転数の変化に応じて変化する回転数補正係数と、上記触媒昇温促進手段による点火時期の変化に応じて変化する点火時期補正係数と、を乗じて、排気系へ供給される排気熱量に相当する単位排気供給熱量を所定期間毎に逐次算出し、
   上記総熱量の初期値に単位排気供給熱量を積算したものを加算することにより、上記触媒の総熱量を所定期間毎に逐次算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の診断装置。
6. 内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する触媒と、機関回転数の増加と点火時期の遅角の少なくとも一方を行うことにより、機関冷機時に触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムを診断する診断方法において、
   機関温度に基づいて、触媒のもつ熱量の初期値を推定し、
   上記熱量の初期値と、燃料噴射量と、上記触媒昇温促進手段による機関回転数の変化と点火時期の変化の少なくとも一方と、を用いて、機関冷機中における触媒の総熱量を算出し、
   この触媒の総熱量から推定される触媒の活性状態と、燃料噴射量と、に基づいて、所定期間毎に触媒下流側へ排出される特定成分の排出量を逐次算出し、
   この排出量を積算することにより、機関冷機中に触媒下流側へ排出された特定成分の総排出量を推定し、
   この特定成分の総排出量に基づいて排気浄化システムの正常・異常を判定することを特徴とする内燃機関の診断方法。

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