JPH05179933A - 触媒の老化状態を判定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的長い測定期間が得られ、絶対的な測定
精度が結果に影響を与えない触媒の老化状態を判定する
方法及び装置を提供する。 【構成】 触媒１１の老化状態を判定するために、エン
ジン１０が所定の最小期間燃料供給なしのエンジンブレ
ーキ状態で駆動され、次にアイドリングで駆動される。
エンジンブレーキ後にエンジンは希薄な混合気で駆動さ
れ、その後エンジンが濃厚な混合気で駆動される。この
駆動状態の切り替え時点から触媒後方で測定されたラム
ダ値λ＿Ｈが濃厚化方向へしきい値を越える時点までの
期間Δｔが測定される。さらに空気重量流の上記期間に
わたる時間積分値ＩＬＭが形成される。測定された期間
を上記の積分値で割算したものが、触媒の老化状態ＡＺ
を示す尺度となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関から排ガスが
供給される触媒の老化状態を判定する方法及び装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＥ−Ａ−２４４４３３４（ＵＳ−Ａ−
３９６９９３２）には、触媒の貯蔵能力を表す時間を測
定して触媒の老化状態を判定する方法及び装置が記載さ
れている。この方法はラムダ閉ループ制御を有する内燃
機関において実施されており、測定を行うために一定の
ガス流が触媒を通過するように回転数と負荷が調節され
ている。

【０００３】その場合エンジンは第１の駆動状態でラム
ダ値０．９５あるいは１．０５、従って１とは異なる値
で駆動される。その駆動は、濃厚駆動の場合、従って
０．９５の値の場合には触媒が第１の貯蔵状態に達する
まで、また希薄駆動の場合、従って１．０５の値の場合
には他の貯蔵状態に達するまで継続される。そのために
は所定の時間が必要であるが、その長さについては上述
の公報には例は記載されていない。もちろん、その場合
の時間とは触媒が還元する排ガス成分によって満たさ
れ、ないしは酸化することによってこの成分がなくなる
時間であることは、説明されている。

【０００４】実際には触媒は還元成分ではなく、酸素を
貯蔵する。従って希薄駆動の場合には、貯蔵され還元さ
れた成分が酸化されるのではなく、酸素が貯蔵される。
濃厚駆動の場合には還元成分が貯蔵されるのではなく、
貯蔵された酸素が触媒に流入する成分の酸化によって消
費される。

【０００５】上述の第１の駆動状態において触媒の貯蔵
状態が酸素に関して上述の２つの最終状態、すなわち満
たされているかあるいは空の状態に移行した後に、エン
ジンは第２の駆動状態の開始時点から１から反対の方向
にずれたラムダ値で、従って１．０５ないし０．９５で
駆動され、それによって触媒前方で測定されたラムダ値
が対応する方向に変化しスタート時点でしきい値を越え
る。スタート時点と、触媒後方で測定されたラムダ値が
触媒前方のラムダ値の方向へ変化しその際に他方のしき
い値を越える時点の時間が測定される。この時間が触媒
の老化状態を示す尺度として用いられる。

【０００６】上述の方法を実施する装置は上述の処理ス
テップを遂行するために触媒の前後に配置されたそれぞ
れのラムダセンサと、駆動状態制御装置と計時装置を有
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の文献の記載によ
れば、完全に活性な触媒の場合には５５０ミリ秒の期
間、まだぎりぎりで使用できる触媒の場合には２２５ミ
リ秒の期間が測定された。

【０００８】触媒の老化状態を判定するために、ここ数
年の間に多数の方法が新しく開発され、他の方法がさら
に改良されている。

【０００９】本発明の課題は、上述の方法と装置をさら
に改良して、触媒の老化状態を極めて正確に判定するこ
とができるようにすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、内燃機関から排ガスが供給される触媒の老化状態
を判定する方法であって、触媒前後のラムダ値が測定さ
れ、まずエンジンが、希薄駆動の場合には触媒が酸素で
完全に満たされ、また濃厚駆動の場合には酸素が完全に
なくなるまで、１とは異なるラムダ値で駆動され、続い
てエンジンが開始時点から１とは異なる他方向のラムダ
値で駆動され、それによって触媒前方で測定されたラム
ダ値がスタート時点からそれに対応した方向へ変化し、
スタート時点から、触媒後方で測定されたラムダ値が触
媒前方で得られるラムダ値の方向へ変化してしきい値を
越える時点の時間が測定される、触媒の老化状態を判定
する方法において、エンジンがアイドリングで駆動さ
れ、エンジンに流入する空気重量の時間積分ＩＬＭが形
成され、ｋを定数として、 ＡＺ＝ｋ・（Δｔ／ＩＬＭ） の値が触媒の老化状態を示す尺度ＡＺとして用いられる
構成を採用した。

【００１１】また、本発明では、内燃機関からの排ガス
が供給される触媒の老化状態を判定する装置であって、
触媒前方のラムダセンサと、触媒後方のラムダセンサ
と、まずエンジンが、希薄駆動の場合には触媒が酸素で
完全に満たされ、また濃厚駆動の場合には酸素が完全に
なくなるまで、１とは異なるラムダ値で駆動され、続い
てエンジンが開始時点から１とは異なる他方向のラムダ
値で駆動され、それによって触媒前方で測定されたラム
ダ値がスタート時点からそれに対応した方向へ変化する
ように構成された駆動状態制御装置と、スタート時点か
ら触媒後方で測定されたラムダ値が触媒前方で得られる
ラムダ値の方向へ変化してしきい値を越える時点までの
期間Δｔを測定する計時装置とを有する、触媒の老化状
態を判定する装置において、エンジンのアイドリング運
転が検出された場合にのみ、前記駆動状態制御装置を作
動して前記駆動を進行させる作動装置と、所定の期間内
にエンジンを通過する空気重量流を積分し、それによっ
て積分値ＩＬＭを形成する積分装置と、ｋを定数とし
て、触媒の老化状態ＡＺを ＡＺ＝ｋ・（Δｔ／ＩＬＭ） と定める評価装置とを有する構成も採用した。

【００１２】

【作用】本発明の方法は、特に時間測定がエンジンのア
イドリング運転において実施され、空気重量流が可変に
できるところが公知の方法と相違する。

【００１３】アイドリング運転によって２５００ｃｃ６
気筒エンジンで中程度の老化状態の触媒の場合には期間
は約１１から１２秒であって、従って冒頭で述べた種類
の方法において完全に活性な触媒で測定した場合よりも
約２０倍長い期間が得られる。本発明方法では測定時間
が著しく長くなることによって、測定期間のスタート時
点と終了時点を定める際の時間の不正確さが測定精度に
影響を与えないという利点が得られる。上述の各時点の
検出には誤差が伴う。というのは各時点を検出するため
に移行状態においてラムダ値を検出して各しきい値を越
えたかを決定するからである。しかし移行状態において
は比較的大きな統計的変動が発生し、それによって計時
において数１０ミリセカンドの変動が発生する場合があ
る。全測定期間が数秒である場合には、数１００ミリセ
カンドで期間の測定を行う場合よりも変動の作用は明ら
かにずっと小さくなる。

【００１４】しかしアイドリング運転において測定を行
うことによって、上述の利点に加えてさらに、すなわち
上述の第１の駆動状態がエンジンの希薄駆動である場合
に、他の利点が得られる。希薄駆動においては有害ガス
としては実際には窒素酸化物しか発生せず、その排ガス
全体に占める割合は、例えばアイドリングの場合のよう
に燃焼温度が比較的低い場合にはごくわずかである。こ
のことは、所定の貯蔵状態（ここではいっぱいに貯蔵さ
れた状態）が比較的長く連続して設定されている場合、
最小の有害ガスしか放出されないことを意味する。次に
エンジンが濃厚な混合気を有する第２の駆動状態で駆動
されると、酸化可能な有害ガス成分は触媒に貯蔵されて
いる酸素によって変換される。触媒内の酸素がほぼ消費
し尽くされると、触媒後方で測定されたラムダ値が設定
されたしきい値を越え、その後本発明方法が即座に終了
され、エンジンがまた１近傍のラムダ値に閉ループ制御
される。それによって測定処理の終了時には触媒から有
害ガスは発生しない。第１の駆動状態が濃厚な混合気を
有する駆動状態である場合には、処理の流れ全体にわた
って有害ガスの放出がより多くなる。

【００１５】第１の希薄駆動状態に先立って最小期間に
わたってエンジンブレーキが存在する場合には、特に効
果的である。すなわちエンジンブレーキにおいては触媒
は希薄な混合気でエンジンが駆動される場合に比べて約
１倍半から２倍の量の酸素を貯蔵する。それによって次
の第２の駆動状態において特に長い測定期間が得られ
る。

【００１６】本発明方法においては測定期間が長いこと
を考えると、スタート時点の代わりに第１の駆動状態か
ら第２の駆動状態へ移行する上述の開始時点を使用する
ことができ、それによって系統的な誤差がはっきりと表
れることはない。開始時点はなんらかのしきい値との比
較なしに問題なく検出することができる。というのは第
１の駆動状態から第２の駆動状態への移行を示す駆動状
態制御装置の信号を処理すれば済むからである。

【００１７】期間測定の間空気重量信号を積分すること
によって、測定時に空気重量流が変化するのを許容する
ことが可能になる。これは従来の方法では不可能であっ
た。それによって例えば空調装置を入れた場合と切った
場合、あるいはギヤレバーがニュートラル位置あるいは
ドライブ位置にある場合のように測定の間負荷の変化が
生じても得られた結果を互いに比較することができる。
空気重量流信号はそれ用の空気重量流センサから、ある
いは他の種々の測定値からラムダ制御のために所定の信
号を形成する制御装置から得ることもできる。

【００１８】本発明方法における測定誤差は、第２の駆
動状態において設定されたラムダ値を検出する際の不正
確さから発生する。この不正確さの作用は、測定期間の
間ラムダ値１からの偏差が大きいほど、少なくなる。従
って、この状態においてはラムダ値１からの偏差をでき
るだけ大きく選択すると効果的である。しかしそれはエ
ンジンに失火が生じないのを限度とする大きさであるこ
とは言うまでもない。

【００１９】

【実施例】以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳
細に説明する。

【００２０】図１には、触媒１１を後段に配置した内燃
機関１０、並びに触媒の老化状態を判定するための装
置、すなわち積分装置１２、駆動状態制御装置１３、作
動装置１４、計時装置１５及び評価装置２１が示されて
いる。内燃機関１０前方の吸気管内には空気重量センサ
１６、絞り弁１７及び噴射弁１８が配置されている。エ
ンジン自体には回転数センサ１９が取り付けられてい
る。触媒１１の前後のラムダ値は前方のラムダセンサ２
０.ｖないし後方のラムダセンサ２０.ｈを用いて測定さ
れる。

【００２１】図１を参照しながら図２と３を用いて触媒
の老化状態を判定する方法を説明する。

【００２２】図３によれば、ステップｓ１において最小
期間の間エンジンブレーキが存在したかが調べられる。
そうでない場合には、ステップｓｅに進んで、触媒の老
化を判定する処理を終了すべきかどうかが調べられる。
そうでない場合にはステップｓ１に戻る。このフローは
エンジンブレーキが実際に存在し、それが終了するまで
繰り返される。これは図２（Ａ）の回転数カーブにおい
て時点Ｔ１に相当する。エンジンブレーキは時点Ｔ０か
ら発生している。その前にはラムダ値１に閉ループ制御
が行われており、そのことが図２（Ｂ）の前方のラムダ
値λ＿Ｖに示されている。エンジンブレーキの開始によ
って信号λ＿Ｖが約１０〜２０の高い値まで変動する。
後方のラムダ値λ＿Ｈはこの変動に約２、３秒遅れて始
めて追従する。というのはまず酸素は触媒１１に貯蔵さ
れ、その後触媒からかなりの量が流出し後方のラムダセ
ンサ２０.ｈによって検出されるからである。

【００２３】ステップｓ１において、エンジンブレーキ
が終了しそれが最小の期間に渡って存在したことが検出
された場合には、次のステップｓ２においてこのエンジ
ンブレーキ情報をリセットして、アイドリング運転が存
在するかどうかが調べられる（ステップｓ３）。エンジ
ンブレーキからアイドリングへのこのような運転状態の
変化は、市街走行時にはかなり頻繁に発生する。しかし
エンジンブレーキの次にアイドリングが続かない場合に
は、ステップｓｅへ進んで、その後（場合によっては）
またステップｓ１へ戻って、そこでまた最小期間の間エ
ンジンブレーキの存在がチェックされる。というのはそ
の前に通過したステップｓ２においてエンジンブレーキ
情報がリセットされているからである。

【００２４】それに対してステップｓ３で、アイドリン
グの存在が検出された場合には、ステップｓ４で老化状
態を判定する所定の処理が開始される。すなわち、まず
例えばラムダ値１．０５の希薄駆動が所定期間、本実施
例においては５秒間実施される。この処理の目的は、回
転数ｎが安定し、従って触媒を通過するガス流が一定に
なる駆動状態を待つことである。その代わりにアイドリ
ング回転数制御器の信号を監視して、所定期間内に回転
数変動が存在する場合に、ステップｓ４に示す希薄駆動
を終了させるようにすることも可能である。上述の全期
間にわたって、アイドリングが存在するかどうかが監視
される。そうでない場合には、直ちにすでに説明したス
テップｓｅに進む。このようにして希薄駆動は、エンジ
ンの回転数が所定の変動幅内にあるときにのみ続けられ
る。

【００２５】ステップｓ４に示す測定における第１の駆
動状態は、図２の時点Ｔ１とＴ２の間の期間に対応す
る。図２（Ａ）から明らかなように、回転数は一定の値
に調節される。図２（Ｂ）には、１より大きい所定のラ
ムダ値への制御が示されている。図２（Ｃ）に示すラム
ダ信号λ＿Ｈは、図２（Ｂ）に示す触媒前方の信号λ＿
Ｖにほぼ遅延なしで追従する。というのは触媒がすでに
酸素で満たされているためにほぼ不活性であるからであ
る。触媒は希薄駆動の場合には、既に説明したエンジン
ブレーキの場合よりもずっと少ない酸素しか吸収できな
いが、エンジンブレーキから希薄駆動へ移行する場合に
は、触媒は過剰な酸素を非常にゆっくりとしか放出しな
いような特性になる。もしそうでなければ、ラムダ値λ
＿Ｈはラムダ値λ＿Ｖよりずっと大きくなるはずであ
る。時点Ｔ１とＴ２間の第１の駆動状態の期間の間（す
でに説明したように、約５秒）、触媒はごくわずかな酸
素しか放出しない。

【００２６】ステップｓ４に示す第１の駆動状態は時点
Ｔ２で終了し、ステップｓ５に示す第２の駆動状態に進
む。希薄駆動が終了し、その終了直後にエンジン１０は
濃厚な混合気で駆動される。本実施例においてはラムダ
値は０．９に調節された。従って図２（Ｂ）に示すよう
にλ＿Ｖは時点Ｔ２から値０．９に減少する。λ＿Ｈも
同時にラムダ値１に減少する。時点Ｔ２から触媒は貯め
ていた酸素をまだ酸化されていない排ガス成分へ放出す
る。これは貯蔵酸素の含有量が使い尽くされるまで続け
られる。触媒の出口側に酸化可能なガスの割合がかなり
顕著に増加し、それによってλ＿Ｈの値が減少する。時
点Ｔ３でλ＿Ｈのしきい値、例えば値０．９８を下回
る。時点Ｔ３からエンジンは再びラムダ値１に閉ループ
制御される。時点Ｔ２とＴ３間の期間Δｔにわたって空
気重量流信号の積分値ＩＬＭが計算される。そしてステ
ップｓ６において触媒１１の老化状態ＡＺが商Δｔ／Ｉ
ＬＭとして求められる。

【００２７】なお、ステップｓ５の間、λ＿Ｈが上述の
しきい値以下になる前にアイドリングが終了したかが継
続的に監視される。そうである場合には再びステップｓ
ｅに続く。

【００２８】実施例においては、時点Ｔ２とＴ３の間の
期間の長さは６秒であった。それにより時点Ｔ２とＴ３
を検出する際の不正確さは目立たなくなり、全体として
測定が非常に正確になる。本実施例においては、時点Ｔ
２はエンジン１０の駆動状態の変化が前方のラムダセン
サ２０.ｖで検出される時点ではなく、第１の駆動状態
から第２の駆動状態へ変化する時点に設定されたことに
よって、ある程度不正確になっている。本出願において
は第１の時点は開始時点とも呼ばれ、一方第２の時点は
スタート時点と呼ばれている。第１と第２の時点の間で
はアイドリングで数１００ミリ秒のエンジンガス伝播時
間になる。後方のラムダ値は小さいノイズに比較的敏感
に反応する移行領域において検出されることによって、
第３の時点の検出には誤りが伴う。それによって値λ＿
Ｈがセットされたしきい値を下回る時点を検出する際に
数１０ミリ秒の変動が生じることがある。

【００２９】ステップｓ２からｓ３の機能は作動装置１
４によって検出される。駆動状態制御装置１３はステッ
プｓ４並びにステップｓ５の駆動状態制御に関する部分
を実施する。

【００３０】計時装置１５はステップｓ５に記載された
計時を行い、積分装置１２は上述の積分を行う。ステッ
プｓ６は評価装置２１によって行われる。実際のシステ
ムにおいては装置１２から１５及び２１は然るべくプロ
グラムされたマイクロコンピュータによって実現され
る。

【００３１】上述の流れは、エンジンブレーキあるいは
アイドリングが存在するかどうか、及び空気重量流がど
れくらいの大きさかを検出できることを前提にしてい
る。アイドリング運転は、例えばアイドリングスイッチ
あるいは絞り弁ポテンショメータが絞り弁の閉鎖を示
し、かつ回転数ｎがアイドリング回転数範囲内にある場
合に、常に存在する。アイドリングスイッチは閉じてい
るが、回転数は明らかにアイドリング回転数を越えてい
る場合には、エンジンブレーキが存在する。ここでは、
それぞれラムダ閉ループ制御されるエンジンについて一
般的に行われる駆動状態の検出が対象となっている。空
気重量流を示す信号についても同様である。

【００３２】なお、測定駆動として所定の回転数と所定
の負荷を有するアイドリング運転に設定した場合には、
測定期間Δｔの空気重量流の積分値を一定値に設定する
ことも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、所定の最小期間燃料供給なしのエンジンブレ
ーキ後エンジンのアイドリング運転において測定を行う
ので、比較的長い測定期間が得られ、絶対的な測定精度
が結果に影響を与えないので、触媒の老化状態を判定す
るとき非常に正確な測定結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】触媒と、触媒の老化状態を表す信号を出力する
評価装置とを有する内燃機関を概略図示するブロック図
である。

【図２】内燃機関の回転数の時間的特性（Ａ）と、触媒
前方のラムダ値の時間的特性（Ｂ）と、触媒後方のラム
ダ値の時間的特性（Ｃ）を示す波形図である。

【図３】エンジンブレーキ後のアイドリングにおける計
時を用いて触媒の老化状態を判定する方法を説明するフ
ローチャート図である。

【符号の説明】

１０ エンジン １１ 触媒 １２ 積分装置 １３ 駆動状態制御装置 １４ 作動装置 １５ 計時装置 ２０．ｖ、２０．ｈ ラムダセンサ ２１ 評価装置

フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング リヒター ドイツ連邦共和国 7140 ルートヴィッヒ スブルクヴァリザーシュトラーセ ４／２ (72)発明者 アクセル シュトゥーバー ドイツ連邦共和国 7140 ルートヴィッヒ スブルクオスヴァイル ポメルンシュトラ ーセ 15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関から排ガスが供給される触媒の
   老化状態を判定する方法であって、 触媒前後のラムダ値が測定され、 まずエンジンが、希薄駆動の場合には触媒が酸素で完全
   に満たされ、また濃厚駆動の場合には酸素が完全になく
   なるまで、１とは異なるラムダ値で駆動され、 続いてエンジンが開始時点から１とは異なる他方向のラ
   ムダ値で駆動され、それによって触媒前方で測定された
   ラムダ値がスタート時点からそれに対応した方向へ変化
   し、 スタート時点から、触媒後方で測定されたラムダ値が触
   媒前方で得られるラムダ値の方向へ変化してしきい値を
   越える時点の時間が測定される、触媒の老化状態を判定
   する方法において、 エンジンがアイドリングで駆動され、 エンジンに流入する空気重量の時間積分ＩＬＭが形成さ
   れ、 ｋを定数として、 ＡＺ＝ｋ・（Δｔ／ＩＬＭ） の値が触媒の老化状態を示す尺度ＡＺとして用いられる
   ことを特徴とする触媒の老化状態を判定する方法。
2. 【請求項２】 エンジンがまず希薄駆動されることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 希薄駆動の前に最小期間に渡って燃料供
   給のないエンジンブレーキが行われることを特徴とする
   請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 希薄駆動は、エンジン回転数が所定の変
   動幅にある間だけ継続されることを特徴とする請求項３
   に記載の方法。
5. 【請求項５】 エンジンが、失火を発生させないのを限
   度として、ラムダ値１から可能な限りずらして駆動され
   ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記
   載の方法。
6. 【請求項６】 開始時点がスタート時点として用いられ
   ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記
   載の方法。
7. 【請求項７】 前記期間が所定回転数と所定の負荷での
   駆動時に測定される場合には、空気重量流の前記積分値
   が所定の値に置き換えられることを特徴とする請求項１
   から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 内燃機関からの排ガスが供給される触媒
   の老化状態を判定する装置であって、 触媒（１１）前方のラムダセンサ（２０.ｖ）と、 触媒（１１）後方のラムダセンサ（２０.ｈ）と、 まずエンジン（１０）が、希薄駆動の場合には触媒が酸
   素で完全に満たされ、また濃厚駆動の場合には酸素が完
   全になくなるまで、１とは異なるラムダ値で駆動され、
   続いてエンジンが開始時点から１とは異なる他方向のラ
   ムダ値で駆動され、それによって触媒前方で測定された
   ラムダ値がスタート時点からそれに対応した方向へ変化
   するように構成された駆動状態制御装置（１３）と、 スタート時点から触媒後方で測定されたラムダ値が触媒
   前方で得られるラムダ値の方向へ変化してしきい値を越
   える時点までの期間Δｔを測定する計時装置（１５）と
   を有する、触媒の老化状態を判定する装置において、 エンジンのアイドリング運転が検出された場合にのみ、
   前記駆動状態制御装置を作動して前記駆動を進行させる
   作動装置（１４）と、 所定の期間内にエンジンを通過する空気重量流を積分
   し、それによって積分値ＩＬＭを形成する積分装置（１
   ２）と、 ｋを定数として、触媒の老化状態ＡＺを ＡＺ＝ｋ・（Δｔ／ＩＬＭ） と定める評価装置（２１）とを有することを特徴とする
   触媒の老化状態を判定する装置。
9. 【請求項９】 作動装置（１４）が、更にエンジン（１
   ０）のアイドリング運転の前に所定の最小期間に渡って
   エンジンブレーキが存在することが検出された場合にの
   み、前記駆動を進行させるために駆動状態制御装置（１
   ３）を作動するように構成されることを特徴とする請求
   項８に記載の装置。