JP4747156B2 - 排気浄化装置の診断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置の診断装置に係り、特に、触媒下流側の空燃比検出手段の劣化時にも触媒劣化の診断が可能な排気浄化装置の診断装置を提供することにある。
従来、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、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を用いて、相互相関関数と自己相関関数の比率を演算し、該比率から触媒の劣化状態を判定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、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の周期比や、所定期間の変動回数比等を触媒劣化指標とするものもある。
特開平５−１７１９２４号公報
しかしながら、特許文献１記載のものにおいては、触媒下流に取り付けた空燃比検出手段が応答劣化した場合、触媒が劣化状態にも関わらず、触媒下流の空燃比が触媒上流の空燃比に類似しなくなることから、触媒劣化指標が劣化状態を示す値とならず、劣化触媒を劣化状態と判定することができないという問題があった。排気浄化装置の診断装置は、用いられる検出手段が異常の場合、診断を禁止しても良いが、ここで対象にしている触媒下流の空燃比検出手段の応答劣化は、劣化はしているが運転者に警告しないレベルのものである。したがって、排気浄化装置の診断は実行可能であるが、劣化触媒を劣化と判定できない可能性がある。
本発明の目的は、触媒下流の空燃比検出手段の応答劣化時にも、触媒の劣化診断を行える排気浄化装置の診断装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有する内燃機関に用いられ、触媒上流に取り付けた空燃比検出手段と、触媒下流に取り付けた空燃比検出手段と、該触媒上流の空燃比検出手段と該触媒下流の空燃比検出手段の関係から触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段とを有する排気浄化装置の診断装置であって、前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標の比率である立下り応答比、または、前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標の比率である立上り応答比から、前記触媒劣化度検出手段により検出される触媒の劣化度を補正する触媒劣化度補正手段と、該触媒劣化度補正手段の情報から触媒が劣化状態であることを判定する触媒劣化判定手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、触媒下流の空燃比検出手段の応答劣化時にも、触媒の劣化診断を行えるものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標を検出する触媒上流空燃比立下り応答指標検出手段と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標を検出する触媒下流空燃比立下り応答指標検出手段と、前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標検出手段から検出される立下り応答指標と該触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標検出手段から検出される立下り応答指標の比率を演算する空燃比立下り応答比検出手段と、前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標を検出する触媒上流空燃比立上り応答指標検出手段と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標を検出する触媒下流空燃比立上り応答指標検出手段と、前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標検出手段から検出される立上り応答指標と該触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標検出手段から検出される立上り応答指標の比率を演算する空燃比立上り応答比検出手段とを備えるようにしたものである。
（３）上記（１）において、好ましくは、前記触媒劣化度検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段と前記触媒下流の空燃比検出手段の相互相関関数と自己相関関数の比を触媒劣化指標とするようにしたものである。
（４）上記（２）において、好ましくは、前記触媒上流空燃比立下り応答指標検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が負の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒上流の空燃比立下り応答指標を演算するようにしたものである。
（５）上記（２）において、好ましくは、前記触媒下流空燃比立下り応答指標検出手段は、前記触媒下流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が負の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒下流の空燃比立下り応答指標を演算するようにしたものである。
（６）上記（２）において、好ましくは、前記触媒上流空燃比立上り応答指標検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が正の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒上流の空燃比立上り応答指標を演算するようにしたものである。
（７）上記（２）において、好ましくは、前記触媒下流空燃比立上り応答指標検出手段は、前記触媒下流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が正の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒下流の空燃比立上り応答指標を演算するようにしたものである。
（８）上記（１）において、好ましくは、前記触媒劣化度補正手段は、前記立下り応答比から記述関数を用い、立下り補正値を演算し、前記触媒劣化指標に該立下り補正値に乗ずることにより、最終劣化指標を演算し、前記立上り応答比から記述関数を用い、立上り補正値を演算し、前記触媒劣化指標に該立上り補正値に乗ずることにより、最終劣化指標を演算し、前記触媒劣化判定手段は、前記最終触媒劣化指標を判定値と比較することにより、触媒が劣化したと判定するようにしたものである。
（９）上記（１）において、好ましくは、運転諸条件から触媒の劣化判定を許可する触媒劣化判定許可手段を備え、該触媒劣化判定許可手段は、内燃機関の回転数が所定範囲内、負荷が所定範囲内、車速が所定値以上、水温が所定値以上、空燃比フィードバック制御中、触媒が充分活性している状態、用いられるセンサ類が全て正常の時、触媒劣化判定許可成立とするようにしたものである。
本発明によれば、触媒下流の空燃比検出手段の応答劣化時にも、触媒の劣化診断を行えるものとなる。
以下、図１〜図１８を用いて、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。
内燃機関システムは、内燃機関、吸気系、排気系からなる。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、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、排気系には、空燃比センサ２０５、三元触媒２０６が取り付けられている。排気ガスは三元触媒２０６で浄化された後に、大気に排出される。
内燃機関制御装置２０７は、流量検出手段２０４の出力信号Ｑａをアナログ入力手段から取込み、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をデジタル入力手段から取り込み、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムに基づいて、ＭＰＵにおいて、燃料噴射量Ｔｉを計算し、出力回路を介して燃料噴射装置２０２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、触媒上流の空燃比センサ２０５からアナログ入力手段から取込み、内燃機関内の空燃比を理論空燃比になるように、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムに基づいて、ＭＰＵにおいて、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、触媒下流の空燃比を空燃比センサ２１５で検出し、アナログ入力手段から取込む。内燃機関制御装置２０７は、触媒上流の空燃比センサ２０５の出力と、触媒下流の空燃比を空燃比センサ２１５の出力により、ＲＯＭに予め記憶された診断プログラムに基づいて、ＭＰＵにおいて、三元触媒２０６の劣化を診断する。排気浄化装置の診断装置である触媒の劣化を診断する手段は、内燃機関制御装置２０７の内部に備えられる。
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を通って燃料噴射装置２０２の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、燃料タンク２０９に戻される。
次に、図２を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の排気浄化装置の診断装置は、図１に示した内燃機関制御装置２０７の内部に備えられ、そのブロック構成は、図２に示すとおりである。
触媒上流側空燃比検出手段１０１により、触媒上流の空燃比を検出し、触媒下流側空燃比検出手段１０２により、触媒下流の空燃比を検出する。触媒劣化判定許可手段１０３により、触媒劣化判定可能状態と判定したならば、触媒劣化度検出手段１０４により、触媒の劣化度を検出する。触媒劣化度検出手段１０４は、触媒上流の空燃比と触媒下流の空燃比から演算される相互相関関数と自己相関関数の比、または空燃比変動の周期比、空燃比変動の回数比等を触媒劣化指標とし、触媒の劣化度を検出するものである。
一方、触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段１０５により、触媒上流の空燃比立下り応答指標を検出し、触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段１０６により、触媒下流の空燃比立下り応答指標を検出する。空燃比立下り応答比検出手段１０７により、立下り応答比を演算する。触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８により、触媒上流の空燃比立上り応答指標を検出し、触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段１０９により、触媒下流の空燃比立上り応答指標を検出する。空燃比立上り応答比検出手段１１０により、立上り応答比を演算する。触媒劣化度補正手段１１１により、立下り応答比と立下り応答比から記述関数を用い、補正値を演算し、触媒劣化指標に乗ずることにより、最終劣化指標を演算する。触媒劣化判定手段１１２により、最終触媒劣化指標と所定値を比較し、触媒の劣化を判定する。
なお、触媒劣化診断の具体的な判定内容については、図３以降を用いて説明する。
以下、図３〜図１８を用いて、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の動作について説明する。
最初に、図３及び図４を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比検出手段１０１と触媒下流側空燃比検出手段１０２により検出される触媒劣化時の触媒上流空燃比センサ出力電圧と、触媒下流空燃比センサ出力電圧について説明する。
図３は、触媒下流の空燃比センサの応答が正常時における触媒劣化時の触媒上流空燃比センサ出力電圧と、触媒下流空燃比センサ出力電圧の説明図である。図４は、触媒下流の空燃比センサの応答が劣化時における触媒劣化時の触媒上流空燃比センサ出力電圧と、触媒下流空燃比センサ出力電圧の説明図である。
図３において、触媒下流の空燃比センサ（図２の２０５）の応答は正常とする。触媒が劣化していると、図２の触媒下流側空燃比検出手段１０２により検出される触媒下流の空燃比センサの出力電圧（図３（Ｂ））は、図２の触媒上流側空燃比検出手段１０１により検出される触媒上流の空燃比センサの出力電圧（図３（Ａ））に類似することになり、触媒劣化指標（相互相関関数と自己相関関数の比、空燃比変動の周期比、空燃比変動の回数比等）が劣化状態を示す値となり、劣化触媒を判定することができる。
一方、図４においては、触媒下流の空燃比センサ（図２の２０５）の応答が劣化しているものとする。図２の触媒下流側空燃比検出手段１０２により検出される触媒下流の空燃比センサ出力電圧が、触媒が劣化しているにも関わらず、立下り応答遅れ（図４（Ｂ））、または立上り応答遅れ（図４（Ｃ））により、図２の触媒上流側空燃比検出手段１０１により検出される触媒上流の空燃比センサ出力電圧（図４（Ａ））と類似しなくなる。したがって、触媒劣化指標が劣化状態を示す値とならなくなり、劣化触媒と判定することができない。本実施形態は、この課題を解決しようとするものである。
次に、図５を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段１０５及び触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８により検出される空燃比センサの立下り応答指標について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段及び触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段により検出される空燃比センサの立下り応答指標の説明図である。
図２に示した触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段１０５及び触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段１０６は、空燃比センサの出力電圧（図５（Ａ））を微分（差分）し、図５（Ｂ）に示す空燃比センサ出力電圧微分値を算出する。次に、この微分値を、空燃比センサ出力電圧の一周期を積分（積算）期間とし、微分値が負であれば、微分値の２乗を積分（積算）し、図５（Ｃ）に示す空燃比センサ出力電圧微分値の２乗積分値を算出する。一周期の積分期間は、例えば、空燃比センサの出力電圧の平均値を０．５Ｖとすると、空燃比センサの出力電圧が０．５Ｖより小さい値から徐々に増加し、０．５Ｖとなった時点を、積分開始時期とする。また、図５（Ｃ）に示す微分値の２乗積分値は、図５（Ｂ）における微分値の負の領域の面積（ハッチングの領域）に相当するものである。そして、図５（Ｃ）に示す微分値の２乗積分値の最終値を、図５（Ｄ）に示す立下り応答指標とする。
次に、図６を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８及び触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段１０９により検出される空燃比センサの立下り応答指標について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段及び触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段により検出される空燃比センサの立下り応答指標の説明図である。
図２に示した触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８及び触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段１０９は、空燃比センサの出力電圧（図６（Ａ））を微分（差分）し、図６（Ｂ）に示す空燃比センサ出力電圧微分値を算出する。次に、この微分値を、空燃比センサ出力電圧の一周期を積分（積算）期間とし、微分値が正であれば、微分値の２乗を積分（積算）し、図６（Ｃ）に示す空燃比センサ出力電圧微分値の２乗積分値を算出する。一周期の積分期間は、例えば、空燃比センサの出力電圧の平均値を０．５Ｖとすると、空燃比センサの出力電圧が０．５Ｖより大きな値から徐々に減少し、０．５Ｖとなった時点を、積分開始時期とする。また、図６（Ｃ）に示す微分値の２乗積分値は、図６（Ｂ）における微分値の正の領域の面積（ハッチングの領域）に相当するものである。そして、図６（Ｃ）に示す微分値の２乗積分値の最終値を、図６（Ｄ）に示す立上り応答指標とする。
次に、図７を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立下り応答指標と、立下り応答時定数の関係について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立下り応答指標と、立下り応答時定数の関係の説明図である。
図７に示すように、立下り応答指標は、立下り応答時定数と反比例の関係があり、立下り応答指標から、立下り応答時定数を検出することができる。
次に、図８を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立上り応答指標と、立上り応答時定数の関係について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立上り応答指標と、立上り応答時定数の関係の説明図である。
図８に示すように、立上り応答指標は、立上り応答時定数と反比例の関係があり、立上り応答指標から、立上り応答時定数を検出することができる。
図２に示した触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段１０５や、触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８による、触媒上流の空燃比センサ応答指標の演算は、燃料噴射制御が触媒上流の空燃比センサ出力電圧を参照して、フィードバック制御を実行していることから、触媒上流の空燃比センサ出力電圧が周期的に変動するため、確実に積分（積算）期間を決定することができる。
一方、触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段１０６や、触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段１０９による、触媒下流の空燃比センサ応答指標の演算では、触媒下流の空燃比センサ出力電圧を参照して、フィードバック制御を実行する燃料噴射制御でも、触媒上流の空燃比センサ出力電圧のように、触媒下流の空燃比センサ出力電圧が周期的に変動することは無い。したがって、触媒下流の空燃比センサ応答指標の演算では、積分（積算）期間を触媒上流の空燃比センサ応答指標の演算と同一としている。触媒下流の空燃比センサ応答指標演算の積分（積算）期間を触媒下流の空燃比センサ応答指標演算と同一期間とすることにより、積算期間終了毎に、立下り応答比、立上り応答比を演算する。
以下、式（１）、式（２）に、立下り応答比、立上り応答比の演算式を示す。
立下り応答比＝触媒上流空燃比センサ立下り応答指標／触媒下流空燃比センサ立下り応答指標 …（１）

立上り応答比＝触媒上流空燃比センサ立上り応答指標／触媒下流空燃比センサ立上り応答指標 …（２）

触媒下流の空燃比センサの立下り応答指標と立上り応答指標は、劣化触媒の場合、触媒の影響を受けないため、演算される立下り応答比、立上り応答比は正確な値を検出することができる。一方、劣化してない触媒（正常な触媒）の場合は、触媒後の空燃比の変化自体が触媒作用の影響でゆるやかになるため、触媒下流の空燃比センサの立下り応答指標と立上り応答指標は、純粋に触媒下流の空燃比センサの応答時定数を検出していないことになる。この場合、触媒下流の空燃比センサの応答指標は、見かけ上、非常に小さく演算されるため、応答比は劣化触媒の場合に比べて、著しく大きくなる。
言い換えれば、応答比が著しく大きくなる場合は、触媒が劣化状態はなく、正常状態と判定できる。このような場合、触媒劣化指標の補正は必要ではないため、補正は実行しない。
なお、触媒の下流の空燃比センサの応答性が劣化している場合も、応答比は著しく大きくなるが、このような劣化センサは、センサ自体の応答性診断で劣化判定できる。この場合は、触媒診断が正しく実行できないため、触媒診断の判定許可手段で、センサ劣化判定時は触媒診断を禁止する。触媒下流の空燃比センサの応答性診断は、従来から用いられている、燃料カットや燃料増量時の応答時間による判定を用いることができる。
次に、図９を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立下り応答比検出手段１０７により検出される立下り応答比について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立下り応答比検出手段により検出される立下り応答比の説明図である。
図９において、横軸は時間を示す。図９（Ａ）の縦軸は触媒上流空燃比センサ出力電圧を示し、図９（Ｂ）の縦軸は触媒上流空燃比センサ立上り応答指標を示している。図９（Ｃ）の縦軸は触媒下流空燃比センサ出力電圧を示し、図９（Ｄ）の縦軸は触媒下流空燃比センサ立上り応答指標を示している。図９（Ｅ）の縦軸は立下り応答比を示している。また、図１０の縦軸・横軸も、図９と同様である。
図９（ａ）は、劣化触媒の場合の、触媒上流空燃比センサ出力電圧（図９（Ａ）），触媒上流空燃比センサ立上り応答指標（図９（Ｂ）），触媒下流空燃比センサ出力電圧（図９（Ｃ）），触媒下流空燃比センサ立上り応答指標（図９（Ｄ）），立下り応答比（図９（Ｅ））を示している。
そして、図９において、時刻ｔ１より前は、触媒下流空燃比センサの立下り応答劣化がない場合であり、時刻ｔ１以降は、触媒下流空燃比センサの立下り応答劣化がある場合である。
劣化触媒の場合、立下り応答劣化が無いと、立下り応答比はほぼ１．０の値を示す。しかし、立下り応答劣化が発生すると、立下り応答比は、１．０以上の値となる。
図９（ｂ）は、劣化触媒がない，正常な触媒の場合の、触媒上流空燃比センサ出力電圧，触媒上流空燃比センサ立上り応答指標，触媒下流空燃比センサ出力電圧，触媒下流空燃比センサ立上り応答指標，立下り応答比を示している。
そして、図９（ｂ）においては、触媒下流空燃比センサの立下り応答劣化がない場合である。
劣化していない正常触媒の場合は、立下り応答比は、非常に大きな値となる。前述した理由により、立下り応答比補正は、立下り応答比が所定値以上では実行しない。また、立下り応答比が１．０付近の場合は、触媒上流の空燃比センサ立下り応答指標と触媒上流の空燃比センサ立下り応答指標が同等であるので、触媒が劣化状態であることを意味する。このような場合も立下り応答比補正を実行する必要は無い。したがって、図２に示した触媒劣化度補正手段１１１による立下り応答比補正は、立下り応答比が所定範囲内にある時のみ補正を実行する。
次に、図１０を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立上り応答比検出手段１１０により検出される立上り応答比について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立上り応答比検出手段により検出される立上り応答比の説明図である。
図１０において、横軸は時間を示す。図１０（Ａ）の縦軸は触媒上流空燃比センサ出力電圧を示し、図１０（Ｂ）の縦軸は触媒上流空燃比センサ立上り応答指標を示している。図１０（Ｃ）の縦軸は触媒下流空燃比センサ出力電圧を示し、図１０（Ｄ）の縦軸は触媒下流空燃比センサ立上り応答指標を示している。図１０（Ｅ）の縦軸は立下り応答比を示している。
図１０（ａ）は、劣化触媒の場合の、触媒上流空燃比センサ出力電圧，触媒上流空燃比センサ立上り応答指標，触媒下流空燃比センサ出力電圧，触媒下流空燃比センサ立上り応答指標，立下り応答比（を示している。
そして、図１０（ａ）において、時刻ｔ１より前は、触媒下流空燃比センサの立上り応答劣化がない場合であり、時刻ｔ１以降は、触媒下流空燃比センサの立上り応答劣化がある場合である。
劣化触媒の場合、立上り応答劣化が無いと、立上り応答比はほぼ１．０の値を示す。しかし、立上り応答劣化が発生すると、立上り応答比は、１．０以上の値となる。
図１０（ｂ）は、劣化触媒がない，正常な触媒の場合の、触媒上流空燃比センサ出力電圧，触媒上流空燃比センサ立上り応答指標，触媒下流空燃比センサ出力電圧，触媒下流空燃比センサ立上り応答指標，立下り応答比を示している。
そして、図１２においては、触媒下流空燃比センサの立上り応答劣化がない場合である。
劣化していない正常触媒の場合は、立上り応答比は、非常に大きな値となる。前述した理由により、立上り応答比補正は、立上り応答比が所定値以上では実行しない。また、立上り応答比が１．０付近の場合は、触媒上流の空燃比センサ立上り応答指標と触媒上流の空燃比センサ立上り応答指標が同等であるので、触媒が劣化状態であることを意味する。このような場合も立上り応答比補正を実行する必要は無い。したがって、図２に示した触媒劣化度補正手段１１１による立上り応答比補正は、立上り応答比が所定範囲内にある時のみ補正を実行する。
次に、図１１を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置における立下り応答指標と触媒劣化指標の関係について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置における立下り応答指標と触媒劣化指標の関係の説明図である。
図１１は、実際に測定した実験データを示している。実験は立下り応答補正のものであり、触媒は新品触媒と劣化触媒を用いている。触媒下流の空燃比センサの立下り時定数を０ｍｓ〜２０００ｍｓまで振ると、
新品触媒の場合、立下り応答比は、２５０〜１４００の間で変動し、
触媒劣化指標（相互相関関数／自己相関関数）は、０．００３９〜０．０２３４の間で変動する。
また、劣化触媒の場合は、立下り応答比は、９〜１００の間で変動し、
触媒劣化指標（相互相関関数／自己相関関数）は、０．２０〜０．７０の間で変動する。
劣化触媒は、劣化触媒と判定する必要があり、本例では、触媒劣化指標が０．５以上で劣化触媒と判定する。触媒下流の空燃比センサ立下り時定数が５００ｍｓ以上になると、本願の課題で述べたように、触媒劣化指標が０．５以下となり、劣化触媒と判定することができない。
そこで、立下り応答比が１０〜１００の間の場合、触媒劣化度補正手段１１１により、触媒劣化指標を補正する。前述した理由により、立下り応答比が所定範囲内の時に、触媒劣化指標を補正する。
次に、図１２を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段１１１で用いる立下り補正値について説明する。
図１２は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段で用いる立下り補正値の説明図である。
触媒劣化度補正手段１１１は、図１２（Ａ），（Ｂ）に示す立下り補正値を、マップ、テーブルといった記述関数として、予め記憶している。そして、触媒劣化度補正手段１１１は、空燃比立下り応答比検出手段１０７で検出された空燃比立下り応答比から、前述の記述関数を補間演算することで、立下り補正値を算出する。さらに、触媒劣化度補正手段１１１は、触媒劣化度検出手段１０４により検出された触媒劣化指標に、算出した立下り補正値を乗ずることにより、補正を実行する。本例では、立下り応答比が１００で約３倍に触媒劣化指標を補正する立下り補正値である。
次に、図１３を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段１１１による補正結果について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段による補正結果の説明図である。
図１３において、横軸は触媒下流空燃比センサ立下り時定数（ｍｓ）を示し、縦軸は触媒劣化度補正手段１１１により補正された最終触媒劣化指標を示している。
立下り応答比補正を実行する前後で比較すると、補正前は、触媒下流の空燃比センサ立下り時定数が５００ｍｓ以上になると、劣化触媒を劣化状態の触媒と判定することができない。それに対して、触媒劣化度補正手段１１１により補正することで、触媒下流の空燃比センサ立下り時定数によらず、触媒劣化指標が０．５以上の値になっており、劣化触媒を劣化状態の触媒と判定することができる。
なお、立上り応答比補正についても、同様な結果になる。
次に、図１４を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化判定許可手段１０３による診断領域判定処理の内容について説明する。
図１４は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化判定許可手段の処理内容を示すフローチャートである。
ステップ１４０１において、触媒劣化判定許可手段１０３は、内燃機関の回転数が所定範囲内であるかチェックする。
次に、ステップ１４０２において、触媒劣化判定許可手段１０３は、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１４０３において、触媒劣化判定許可手段１０３は、車速が所定値以上であるかチェックする。ステップ１４０４において、触媒劣化判定許可手段１０３は、水温が所定値以上であるかチェックする。
次に、ステップ１４０５において、触媒劣化判定許可手段１０３は、内燃機関が空燃比制御フィードバック中であるかチェックする。ステップ１４０６において、触媒劣化判定許可手段１０３は、触媒が活性状態であるかチェックする。ステップ１４０７において、触媒劣化判定許可手段１０３は、用いられるセンサが全て正常であるかチェックする。
そして、ステップ１４０８において、触媒劣化判定許可手段１０３は、ステップ１４０１〜ステップ１４０７の条件が全て成立していれば、診断領域内と判定する。
また、ステップ１４０１〜ステップ１４０７の条件が一つでも外れていれば、ステップ１４０９において、触媒劣化判定許可手段１０３は、診断領域外と判定する。
次に、図１５を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒上流側空燃比検出手段１０１及び触媒下流側空燃比検出手段１０２による処理の内容について説明する。
図１５は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒上流側空燃比検出手段及び触媒下流側空燃比検出手段の処理内容を示すフローチャートである。
図１５は空燃比センサ出力電圧の取り込み処理であり、ステップ１５０１において、触媒上流側空燃比検出手段１０１は触媒上流の空燃比センサ出力電圧を検出する。
次に、ステップ１５０２において、触媒下流側空燃比検出手段１０２は、触媒下流の空燃比センサ出力電圧を検出する。
次に、図１６を用いて、本実施形態による排気浄化装置の診断装置による処理の内容について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置による処理内容を示すフローチャートである。
ステップ１６０１において、触媒劣化判定許可手段１０３は、診断領域内であるかチェックする。診断領域内であれば、ステップ１６０２以降に処理を実行する。ステップ１６０１で診断領域外であれば、無処理とする。以下、診断領域内での処理を説明する。
ステップ１６０２において、触媒劣化度検出手段１０４は、触媒劣化指標を演算する。触媒劣化指標は、触媒上流の空燃比センサ出力電圧と触媒下流の空燃比センサ出力電圧の相互相関関数と自己相関関数の比率から演算する。また、触媒劣化指標を触媒上流の空燃比センサ出力電圧と触媒下流の空燃比センサ出力電圧の周期比、または所定期間の変動回数比から演算することも可能である。
次に、ステップ１６０３において、触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段１０５は、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標を演算し、ステップ１６０４において、触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段１０６は、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標を演算する。立下り応答指標の演算については、図５で説明した方法で実行する。
次に、ステップ１６０５において、空燃比立下り応答比検出手段１０７は、前述した式（１）により、立下り応答比を演算する。そして、ステップ１６０６において、触媒劣化度補正手段１１１は、立下り応答比から、記述関数等を使用し、立下り補正値を演算する。上記のステップ１６０３〜ステップ１６０６までが、立下り補正値を演算するステップ群となる。
同様に、次のステップ１６０７〜ステップ１６１０までが立上り補正値を演算するステップ群である。
ステップ１６０７において、触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段１０８は、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標を演算し、ステップ１６０８において、触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段１０９は、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標を演算する。立上り応答指標の演算については図６で説明した方法で実行する。
次に、ステップ１６０９において、空燃比立上り応答比検出手段１１０は、前述した式（２）により、立上り応答比を演算する。ステップ１６１０において、触媒劣化度補正手段１１１は、立上り応答比から、記述関数等を使用し、立上り補正値を演算する。
なお、演算した触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、立下り応答比、立上り応答比、立下り補正値、立上り補正値を、不揮発性メモリ、バッテリ電源によりバックアップされるメモリに記憶することも可能である。
そして、記憶されている触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、立下り応答比、立上り応答比、立下り補正値、立上り補正値については、次のようにして学習することができる。すなわち、メモリに記憶されている触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、立下り応答比、立上り応答比、立下り補正値、立上り補正値と、新たに検出されたこれらの値を比較し、両者の差が小さいときは、両者を加算平均したものを、新しい値としてメモリに書き換える。また、メモリに記憶されている触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立下り応答指標、触媒上流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、触媒下流の空燃比センサ出力電圧の立上り応答指標、立下り応答比、立上り応答比、立下り補正値、立上り補正値と、新たに検出されたこれらの値を比較し、両者の差が大きいときは、メモリに記憶された値を使用する。
次に、ステップ１６１１において、触媒劣化度補正手段１１１は、ステップ１６０２で検出した触媒劣化指標を判定値と比較し、判定値より大であれば、ステップ１６１２において、触媒劣化判定手段１１２は、触媒をＮＧと判定する。ステップ１６１１において、触媒劣化度補正手段１１１は、触媒劣化指標が判定値以下であれば、触媒下流の空燃比センサが応答劣化している可能性があることから、ステップ１６１３の処理を実行する。ステップ１６１３において、触媒劣化度補正手段１１１は、最終触媒劣化指標として、触媒劣化指標に立下り補正値と立上り補正値を乗じる。ステップ１６１４において、触媒劣化判定手段１１２は、演算した最終触媒劣化指標が、判定値と比較し、判定値より大であれば、ステップ１６１２において、触媒劣化判定手段１１２は、触媒をＮＧと判定する。ステップ１６１４において、触媒劣化判定手段１１２は、最終触媒劣化指標が判定値より以下であれば、ステップ１６１５において、触媒劣化判定手段１１２は、触媒をＯＫと判定する。
以上説明したように、本実施形態によれば、触媒下流の空燃比検出手段が応答劣化している状態でも、劣化触媒を的確に検出することができる。
本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の構成を示すブロック図である。 触媒下流の空燃比センサの応答が正常時における触媒劣化時の触媒上流空燃比センサ出力電圧と、触媒下流空燃比センサ出力電圧の説明図である。 触媒下流の空燃比センサの応答が劣化時における触媒劣化時の触媒上流空燃比センサ出力電圧と、触媒下流空燃比センサ出力電圧の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段及び触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段により検出される空燃比センサの立下り応答指標の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段及び触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段により検出される空燃比センサの立下り応答指標の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立下り応答指標と、立下り応答時定数の関係の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置に用いる空燃比立上り応答指標と、立上り応答時定数の関係の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立下り応答比検出手段により検出される立下り応答比の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の空燃比立上り応答比検出手段により検出される立上り応答比の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置における立下り応答指標と触媒劣化指標の関係の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段で用いる立下り補正値の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化度補正手段による補正結果の説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒劣化判定許可手段の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置の触媒上流側空燃比検出手段及び触媒下流側空燃比検出手段の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による排気浄化装置の診断装置による処理内容を示すフローチャートである。
符号の説明
１０１…触媒上流側空燃比検出手段
１０２…触媒下流側空燃比検出手段
１０３…触媒劣化判定許可手段
１０４…触媒劣化度検出手段
１０５…触媒上流側空燃比立下り応答指標検出手段
１０６…触媒下流側空燃比立下り応答指標検出手段
１０７…空燃比立下り応答比検出手段
１０８…触媒上流側空燃比立上り応答指標検出手段
１０９…触媒下流側空燃比立上り応答指標検出手段
１１０…空燃比立上り応答比検出手段
１１１…触媒劣化度補正手段
１１２…触媒劣化判定手段
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…触媒上流側空燃比検出装置
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…触媒下流側空燃比検出装置

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有する内燃機関に用いられ、
    触媒上流に取り付けた空燃比検出手段と、触媒下流に取り付けた空燃比検出手段と、該触媒上流の空燃比検出手段と該触媒下流の空燃比検出手段の関係から触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段とを有する排気浄化装置の診断装置であって、
    前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標の比率である立下り応答比、または、前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標と、前記触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標の比率である立上り応答比から、前記触媒劣化度検出手段により検出される触媒の劣化度を補正する触媒劣化度補正手段と、
    該触媒劣化度補正手段の情報から触媒が劣化状態であることを判定する触媒劣化判定手段とを備えることを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  2. 請求項１記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標を検出する触媒上流空燃比立下り応答指標検出手段と、
    前記触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標を検出する触媒下流空燃比立下り応答指標検出手段と、
    前記触媒上流の空燃比検出手段の立下り応答指標検出手段から検出される立下り応答指標と該触媒下流の空燃比検出手段の立下り応答指標検出手段から検出される立下り応答指標の比率を演算する空燃比立下り応答比検出手段と、
    前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標を検出する触媒上流空燃比立上り応答指標検出手段と、
    前記触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標を検出する触媒下流空燃比立上り応答指標検出手段と、
    前記触媒上流の空燃比検出手段の立上り応答指標検出手段から検出される立上り応答指標と該触媒下流の空燃比検出手段の立上り応答指標検出手段から検出される立上り応答指標の比率を演算する空燃比立上り応答比検出手段と、
    を備えることを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  3. 請求項１記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒劣化度検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段と前記触媒下流の空燃比検出手段の相互相関関数と自己相関関数の比を触媒劣化指標とすることを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  4. 請求項２記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒上流空燃比立下り応答指標検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が負の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒上流の空燃比立下り応答指標を演算することを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  5. 請求項２記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒下流空燃比立下り応答指標検出手段は、前記触媒下流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が負の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒下流の空燃比立下り応答指標を演算することを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  6. 請求項２記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒上流空燃比立上り応答指標検出手段は、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が正の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒上流の空燃比立上り応答指標を演算することを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  7. 請求項２記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒下流空燃比立上り応答指標検出手段は、前記触媒下流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報を微分し、該微分値が正の場合に、前記微分値を２乗し、前記触媒上流の空燃比検出手段から検出される空燃比情報から演算される所定期間、前記微分値の２乗を積分することによって、前記触媒下流の空燃比立上り応答指標を演算することを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  8. 請求項１記載の排気浄化装置の診断装置において、
    前記触媒劣化度補正手段は、前記立下り応答比から記述関数を用い、立下り補正値を演算し、前記触媒劣化指標に該立下り補正値に乗ずることにより、最終劣化指標を演算し、
    前記立上り応答比から記述関数を用い、立上り補正値を演算し、前記触媒劣化指標に該立上り補正値に乗ずることにより、最終劣化指標を演算し、
    前記触媒劣化判定手段は、前記最終触媒劣化指標を判定値と比較することにより、触媒が劣化したと判定することを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
  9. 請求項１記載の排気浄化装置の診断装置において、
    運転諸条件から触媒の劣化判定を許可する触媒劣化判定許可手段を備え、
    該触媒劣化判定許可手段は、内燃機関の回転数が所定範囲内、負荷が所定範囲内、車速が所定値以上、水温が所定値以上、空燃比フィードバック制御中、触媒が充分活性している状態、用いられるセンサ類が全て正常の時、触媒劣化判定許可成立とすることを特徴とする排気浄化装置の診断装置。
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