JPH04181149A - 触媒劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排ガスの浄化に用いられる触媒の劣化診断方法
、特に、触媒の経時劣化を検出することができる触媒劣
化診断方法に関する。

（従来の技術） エンジンの排気路の排ガス中にはＣｏ、ＨＣ。

ＮＯＸ等の成分が残留しており、これら物質を無害化す
べく、三元触媒が排気路上に装着されている。

この三元触媒は排ガスの空燃比がストイキオ近傍に保た
れている場合にＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘのいずれの浄化率を
も高比率に保つことが出来る。そこで、この種排ガスシ
ステムでは空燃比をストイキオを中心とした狭いウィン
ドウ域内に制御すべく、リーン、リッチの判定信号を０
２センサより、あるいは空燃比情報をリニアに出力する
りニア空燃比センサより取り込み、これら空燃比情報に
基づき燃料供給量をフィードバック制御している。

しかし、このように空燃比制御を行なっても、三元触媒
自体は使用により劣化し、その浄化率が低下するので、
従来の排気浄化装置には三元触媒の劣化を診断する手段
が装着されていた。

例えば、特開昭６３−２３１２５２号公報に開示された
触媒劣化診断方法では、三元触媒の上流と下流位置に一
対のＱ２センサを配し、両センサ出力の振幅が触媒の新
品時と経時劣化時とで異なることに基づき、触媒劣化を
判定している。更に、特開昭６０−２３１１５５号公報
に開示される触媒劣化診断方法では、三元触媒の上流の
調整センサと下流位置の検査センサとの各出力信号の振
幅に基づき、センサ調整装置の動作点を変化させること
が出来、しかも触媒劣化をも診断出来るものとなってい
ます。

このような各触媒劣化診断方法によれば、三元触媒の劣
化を検出して、劣化警告をすることが出来、これに応じ
て三元触媒の交換を適時に行なうことが出来ます。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これら従来方法では、空燃比出力の振幅の大小
によって劣化を判定しており、各センサ出力を取り込む
場合に、特定の運転状態、又は−定の運転状態が一定時
間継続することが必要であり、測定域が限られ、劣化判
定の精度が比較的低く、問題となっていた。

本発明の目的は、触媒劣化判定精度をより向上出来る触
媒劣化診断方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、第１の発明は、排ガス通
路の触媒上流側より空燃比を周期的に変動させた排ガス
を流し、その上で、上記触媒の上流と下流の各空燃比出
力を採り、これら両空燃比出力における各周波数成分毎
の相互相関を示す値を求め、上記相互相関を示す値が劣
化判断基準値の基で判断され、上記触媒の劣化を判定す
ること、　を特徴とする。

第２の発明は、請求項１記載の触媒劣化診断方法におい
て、上記触媒が正常状態にある場合に得られる相互相関
を示す値の内より比較的高い特定相互相関値を劣化判断
基準値として設定し、その上で、診断時における触媒の
相互相関を示す値の内で上記特定相互相関値と同等の値
に対応した周波数に基づき、上記触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする 第３の発明は、請求項１記載の触媒劣化診断方法におい
て、上記触媒が正常状態にある場合に得られる相互相関
を示す値の内より比較的高い値に対応した特定周波数を
劣化判断基準値として設定し、その上で、診断時におけ
る触媒の相互相関を示す値の内で上記特定周波数におけ
る相互相関値に基づき、上記触媒の劣化を判定すること
を特徴とする。

（作　　用） 第１の発明によれば、触媒に空燃比を周期的に変動させ
た排ガスが流され、その触媒の上流と下流の各空燃比出
力における各周波数成分毎の相互相関を示す値が求めら
れるので、劣化判断基準値の基で判断される相互相関を
示す値が、触媒の劣化情報を含むようになる。

第２の発明によれば、触媒に空燃比を周期的に変動させ
た排ガスが流され、その触媒の上流と下流の各空燃比出
力における各周波数成分毎の相互相関を示す値が求めら
れ、特に、劣化判断基準値として特定相互相関値が設定
されるので、この特定相互相関値の基で判断される診断
時における周波数が触媒の劣化情報を含むようになる。

第３の発明によれば、触媒に空燃比を周期的に変動させ
た排ガスが流され、その触媒の上流と下流の各空燃比出
力における各周波数成分毎の相互相関を示す値が求めら
れ、特に、劣化判断基準値として特定周波数が設定され
るので、特定周波数の基で判断される診断時における触
媒の相互相関値が触媒の劣化情報を含むようになる。

（実　施　例） 第１図には本発明の一実施例としての触媒劣化診断方法
をブロック図で示し、第２図（ａ）、（ｂ）。

（ｃ）には第１図の各工程に対応する工程説明図をそれ
ぞれ示した。

本発明方法では空燃比出力検出工程と、相互相関値算出
工程と、劣化判定工程とをこの順に行なう。

まず、空燃比出力検出工程として、触媒の上流と下流の
各空燃比出力を検出する。

ここで各工程が行なわれるに先立ち、排ガス通路１に三
元触媒２を配設しておき、この三元触媒２の上流側より
空燃比を周期的に変動させた排ガスＧが流される。その
上で、三元触媒２の上流と下流に配設された上下リニア
空燃比センサ３，４が所定のサンプリング時間の間、各
空燃比出力■１、ｖ２を検出する。

ここで、上下リニア空燃比センサ３，４は空燃比の変化
に応じてその空燃比出力Ｖｌ、Ｖ２をリニアに変化させ
るものが採用される。この場合、上流空燃比出力■１に
対して下流空燃比出力Ｖ２は三元触媒２の空燃比変動を
吸収する能力（ＯＲストレージ効果等に起因する）に基
づき振幅、位相、周波数が相違してくる。

空燃比出力検出工程で検出された上下両空燃比出力Ｖｌ
、Ｖ２波形は、相互相関値算出工程で周波数成分毎の相
互相関を示す値（コヒーレンス）に変換される。

ここでは、上下リニア空燃比センサ３，４の両空燃比出
力Ｖｌ、Ｖ２波形がＦＦＴモジュール５に取り込まれる
。ここでのＦＦＴモジュール５は１組のランダムな入力
関数をフーリエ変換してコヒーレンス関数を演算する。

このＦＦＴモジュール５は１組みの空燃比出力Ｖｌ、Ｖ
２　（時間領域で表されている）を周波数領域で表され
た（各周波数毎の）振幅及び位相に変換する。更に、各
々の周波数領域で表された振幅及び位相に基づき、周波
数領域で表された（各周波数成分毎の）相互相関を示す
値（コヒーレンス関数で表される）を算出するように構
成されている。

なお、第２図（ｂ）には、横軸を各周波数成分とし縦軸
をコヒーレンスｃｏとしたコヒーレンス関数が示されて
いる。ここでのコヒーレンス関数から明らかなように、
上下流の両空燃比出力Ｖｌ。

■２の相互相関を示す値であるコヒーレンスＣＯは低周
波域で相互相関があるとする１に近づき、高周波側はど
相互相関が無いとする０に近づく。

この場合、上下リニア空燃比センサ３，４の両空燃比出
力Ｖｌ、Ｖ２が相互相関を持つということは、三元触媒
２の空燃比変動を吸収する能力が低下していることを表
し、逆に、相互相関が打ち消されているということは、
三元触媒２の空燃比変動を吸収する能力が正常に働いて
いることを表していると見做せ、コヒーレンスが劣化情
報を含むことと成る。即ち、新品三元触媒はどコヒーレ
ンス関数が周波数域全体に低く成ると見做すことが出来
る。

この後、得られたコヒーレンス関数は劣化情報を含むの
で、劣化判定工程で劣化判定に供される。

例えば、劣化判断基準値として、三元触媒２が新品で正
常状態にある場合に得られるコヒーレンス関数の内より
比較的高い値が特定コヒーレンスｃｏ（＝０．８）とし
て設定され、その時の正常時周波数がｆｌと設定される
。なお、この特定コヒーレンスｃｏ（＝０．８）に対応
する周波数は三元触媒の経時劣化によって変化を生じ易
い領域として適宜設定される。

その上で１診断時にある三元触媒２のコヒーレンス関数
の内で特定コヒーレンスｃｏ　（０，８）と同じ値が選
択され、その特定コヒーレンスｃ。

（Ｏ，Ｓ）と同じ値での診断時周波数ｆ２が求められる
。そして、診断時周波数ｆ２が正常時周波数ｆ１と比較
される。

この場合、画周波数の差分Δｆ（＝ｌｆｌ−ｆ２１）が
判定値Δｆαを上回っていると、三元触媒２が劣化した
と判定する。

この後、劣化判定工程で得られた劣化信号に応じてブザ
ーや警告灯のような警告手段を駆動させ、触媒の劣化が
運転者に知らされることと成る。

上述の処において、劣化判定工程では劣化判断基準値と
して特定コヒーレンスｃｏ　（０，８）　を設定し、そ
の特定コヒーレンスの基での診断時周波数ｆ２が正常時
周波数ｆ１と比較されたが、これに代えて、下記のよう
に劣化判定工程を行なっても良い。

例えば、三元触媒２が新品で正常状態にある時に、コヒ
ーレンス関数の内より比較的高い値に対応した特定周波
数、例えばｆ　ｃｏ（０，８）＝１．６を設定しておく
。なお、この値は三元触媒の経時劣化によってコヒーレ
ンスが変化を表し易い周波数として適宜設定される。

その上で、三元触媒２が正常状態で得られた特定周波数
ｆｃｏ（０，８）＝１．６の基での正常時コヒーレンス
Ｍ　ｃ　ｏ　１　（第７図参照）と、診断時に三元触媒
２が経時劣化している時の特定周波数でのコヒーレンス
Ｍ　ｃ　ｏ　（第８図参照）とが比較される。

この場合１両コヒーレンスの差分Δｃｏ（＝ＩＭｅ　ｏ
　１−Ｍｅ　ｏ　ｌ）が判定値ΔＣＯαを上回っている
と、三元触媒２が劣化したと判定する。

この後、劣化判定工程で得られた劣化信号に応じてブザ
ーや警告灯のような警告手段を駆動させ、触媒の劣化が
運転者に知らされることと成る。

次に、本発明方法を適用した触媒劣化診断装置の一例を
第３図に示した。この装置はエンジンエ０の排気路１１
に配設された触媒コンバータ１２に付設される。

この触媒コンバータ１２はその内部に周知の三元触媒１
３を収容し、この三元触媒１３に達する排ガスの酸化及
び還元反応を促進させて、即ち、触媒反応を促進させ、
排ガスを無害化させている。

触媒コンバータ１３の上流側のコンバータ入口近傍には
上リニア空燃比センサとしてのリニア０２センサ１４が
、下流側のコンバータ出口近傍には下空燃比センサとし
てのリニア０２センサ１５がそれぞれ対設されている。

ここで面リニア０２センサ１４．１５の出力波はそれぞ
れ信号処理手段９，１０により整形増幅され、コントロ
ーラ１６に取り込まれる。

このコントローラ１６はその要部が周知のマイクロコン
ピュータで構成され、適時に入力信号を取り込み、劣化
警告の出力を駆動回路１６１を介して発する入出力回路
１６２と、後述の劣化診断プログラムや設定値を記憶処
理した記憶回路１６３と、後述の劣化診断プログラムに
沿って、劣化診断制御を行なう制御回路１６４とを備え
る。なお。駆動回路１６１には触媒劣化警告手段の一部
をなすブザー１８が接続されている。

ここでのコントローラ１６は、第４図に示すように、各
空燃比出力Ｖｌ、Ｖ２を周波数領域で表された振幅及び
位相に変換する周波数分析手段１７と、周波数分析手段
１７からの分析結果である各々の周波数領域で表された
振幅及び位相のデータに基づき、周波数領域で表された
コヒーレンス関数ＣＨを算出するコヒーレンス関数演算
手段１９と、コヒーレンス関数ＣＭに基づき触媒の劣化
を判定する劣化判定手段２０として機能する。

このコントローラ１６は上述のＦＦＴモジュール５と同
様の機能を持つもので、両リニア０２センサ１４．１５
からの空燃比出力波形（入力関数）をフーリエ変換して
コヒーレンス関数ＣＨを演算し、同コヒーレンス関数Ｃ
Ｈに基づき三元触媒１３の劣化を診断する。そして、触
媒の劣化信号により駆動回路１６１を介してブザー１８
を駆動させるように構成されている。

このような触媒劣化診断装置の作動を第９図の劣化診断
プログラムに沿って説明する。

まず、この触媒劣化診断装置のコントローラ１６には予
め、特定コヒーレンス、例えばｃｏ（＝０゜８）を下記
のように設定しておく。

ここでは、三元触媒１３が新品で正常状態にある時、両
空燃比出力Ｖｌ、Ｖ２波形（その−例を第５図（ａ）、
（ｂ）に示した）を求める。そして、得られた出力波形
に基づき正常時のコヒーレンス関数ＣＨＩ　（その−例
を第７図に示した）が算出される。そしてこのコヒーレ
ンス関数ＣＨＩの内より、三元触媒の経時劣化によって
コヒーレンスが変化を表し易い値として、比較的コヒー
レンスが高い特定コヒーレンスｃｏ（＝０．８）を設定
し。

その時の正常時周波数ｆａ（＝１．６）を設定しておく
。

そしてステップａ１では、アドレスｆａに１．６をセッ
トし、その他の初期設定処理を行なって、ステップａ２
に進む。

ここでは、上リニアＯ，センサ１４より、空燃比出力Ｖ
１波形を取り込み、周波数分析を行ない、周波数領域で
の振幅及び位相特性（リニアスペクトラムＧｘ）を得て
、更に、周波数領域での振幅の実行値特性（実行値スペ
クトラムｆＩ５δ：Ｇｘ）／２）を得る。なお、Ｇｘ本
はＧｘの共役複素数を示す。

ステップａ３では下リニア０２センサ１５より空燃比出
力ｖ２波形を取り込み１周波数分析を行ない、周波数領
域での振幅及び位相特性（リニアスペクトラムＧｙ）を
得て、更に空燃比出力ｖ２波形に含まれる各周波数成分
でのパワー（２乗値）特性（パワースペクトラムＧｙｙ
）を得る。

ステップａ４では上下リニア０２センサ１４．１５の両
空燃比出力Ｖｌ、Ｖ２波形の周波数分析より、一方のリ
ニアスペクトラムＧｘと他方のリニアスペクトラムＧｙ
の共役複素数Ｇｙ＊の積であり、位相情報を持った特性
値（クロススペクトラムＧｘｙ）を得る。その上で、コ
ヒーレンス関数ＣＨを得ている。

ここで、コヒーレンス関数ＣＨは空燃比出力波形の伝達
系での入力信号により生じる出方パワーと全出力パワー
との比を表す特性を有し、下式で表される。

ＣＨ＝　　Ｉ　　Ｇｘｙ　　ｌ　　２／　（Ｇｘｘ　Ｘ
　Ｇｙｙ）ステップａ５では診断時にある三元触媒２の
コヒーレンス関数の内で特定コヒーレンスｃｏ（＝０゜
８）と同じ値が選択され（第８図参照）、その特定コヒ
ーレンスｃｏ（＝０．８）と同じ値での診断時周波数ｆ
ｃｏが求められる。

そして、ステップａ６では診断時周波数ｆｃ。

が正常時周波数ｆａ（＝１．６）と比較される（第７．
８図参照）。

この場合１診断時周波数ｆｃｏが正常時周波数ｆａ（＝
１．６）を上回っていると、三元触媒２が劣化したと判
定して劣化信号を出方し、ブザーエ８を駆動する。下回
っていると触媒は正常と判断し劣化信号の出力を停止さ
せてリターンする。

上述の処において、劣化判断基準値として特定コヒーレ
ンスｃｏ（＝０．８）を設定し、その特定コヒーレンス
の基での側周波数ｆ　ａ、４ｃｏを比較したが、これに
代えて、第１０図の劣化診断プログラムに沿って劣化診
断を行なっても良い。

この場合、触媒劣化診断装置のコントローラ１６には予
め、特定周波数、例えばｆ　ｃ　ｏ　（０，８）　（”
１．６）を下記のように設定しておくにこでも、三元触
媒１３が新品で正常状態にある時の両空燃比出力Ｖｌ、
Ｖ２波形を求め、得られた出力波形に基づきコヒーレン
ス関数ＣＨＩ　（その−例を第８図に示した）が算出さ
れる。そしてこのコヒーレンス関数ＣＨＩの内より、三
元触媒の経時劣化によって変化し易いコヒーレンスでの
周波数として、特定周波数ｆ　ｃ　ｏ（０，８）　（＝
１゜６）及び正常時コヒーレンスＭｃｏｌ（＝０．８）
を設定しておく。

そしてステップｂ１よりステップｂ４を、第９図の劣化
診断プログラムのステップａ１よリステップａ４と同様
に行なって、診断時のコヒーレンス関数ＣＨ（その−例
を第８図に示した）が算出される５その上で、ステップ
ｂ５に達すると、そこでは、特定周波数ｆ　ｃ　ｏ　（
０，８）−１、６テ（１）診断時（今回の値）のコヒー
レンスＭｃｏを求める（第８図参照）。そして、ステッ
プｂ６で診断時のコヒーレンスＭａｏが正常時コヒーレ
ンスＭｃ　ｏ　１（＝０．８）を上回っているか否かを
判定する。

ここで、ＭｃｏがＭ　ｃ　ｏ　１を上回っていると劣化
信号を出力してブザー１８を駆動する。他方、下回って
いると触媒は正常と判断し劣化信号の出方を停止させて
リターンする。

このような装置は触媒の劣化診断を検出域の規制を受け
ることなく、精度良く行なうことができる。

この場合も第９図の劣化診断プログラムに沿って劣化診
断を行なった場合と同様の効果を得られる。

（発明の効果） 以上のように、第１の本発明方法によれば、触媒の上流
と下流の各空燃比出力に基づく相互相関を示す値が求め
られ、劣化判断基準値の基で、触媒の劣化情報を含む相
互相関を示す値が劣化判断されるので、触媒劣化判定精
度をより向上出来る。

第２の発明によれば、触媒の上流と下流の各空燃比出力
に基づく相互相関を示す値が求められ、特に、特定相互
相関値が劣化判断基準値として設定され、その特定相互
相関値の基での診断時における触媒の相互相関値に対応
した周波数に基づき劣化判断がなされるので、触媒劣化
判定精度をより向上出来る。

第３の発明によれば、触媒の上流と下流の各空燃比出力
に基づく相互相関を示す値が求められ、特に、特定周波
数が劣化判断基準値として設定され、その特定周波数の
基で触媒の劣化情報を含む相互相関値に基づき劣化判断
がなされるので、触媒劣化判定精度をより向上出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法における工程ブロック図、第２図（
ａ　）、（ｂ　）、（ｃ　）は第１図の各工程を説明す
る図、第３図は本発明方法が適用された触媒劣化診断装
置の概略構成図、第４図は第３図の触媒劣化診断装置の
コントローラの機能ブロック図、第５図（ａ）、（ｂ）
は新品の三元触媒の上流及び下流の各空燃比出力波形図
、第６図（ａ）、（ｂ）は経時劣化した三元触媒の上流
及び下流の各空燃比出力波形図、第７図は第５図（ａ）
、（ｂ）の各空燃比出力波形に応じたコヒーレンス関数
特性線図、第８図は第６図（ａ）、（ｂ）の各空燃比出
力波形に応じたコヒーレンス関数特性線図、第９図は第
３図の触媒劣化診断装置のコントローラの触媒劣化診断
プログラムのフローチャート、第１０図は第９図のプロ
グラムに代えて、用いられる触媒劣化診断プログラムの
フローチャートである。 １０・・・エンジン、１１・・・排気路、１３・・・三
元触媒、１４・・・上リニア０２センサ、１５・・・下
リニアＯｘセンサ、】６・・・コントローラ、Ｖｌ、Ｖ
２・・・空燃比出力。 ←ｊ：） 代理人　樺　山　亨□、二ニー゛ ・−′・ 罵　　イ　　　　四］ ３２　図 馬６　図 （烏化触ｔ） （／、（／　　　　　　　開開−〃θ 心７　口 心υ　Ｘ 馬ｌθ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排ガス通路の触媒上流側より空燃比を周期的に変動
   させた排ガスを流し、その上で、上記触媒の上流と下流
   の各空燃比出力を採り、これら両空燃比出力における各
   周波数成分毎の相互相関を示す値を求め、上記相互相関
   を示す値が劣化判断基準値の基で判断され、上記触媒の
   劣化を判定することを特徴とする触媒劣化診断方法。 ２、請求項１記載の触媒劣化診断方法において、上記触
   媒が正常状態にある場合に得られる相互相関を示す値の
   内より比較的高い特定相互相関値を劣化判断基準値とし
   て設定し、その上で、診断時における触媒の相互相関を
   示す値の内で上記特定相互相関値と同等の値に対応した
   周波数に基づき、上記触媒の劣化を判定することを特徴
   とする触媒劣化診断方法。 ３、請求項１記載の触媒劣化診断方法において、上記触
   媒が正常状態にある場合に得られる相互相関を示す値の
   内より比較的高い値に対応した特定周波数を劣化判断基
   準値として設定し、その上で、診断時における触媒の相
   互相関を示す値の内で上記特定周波数における相互相関
   値に基づき、上記触媒の劣化を判定することを特徴とす
   る触媒劣化診断方法。