JPH05263626A - エンジン排気ガス浄化装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンの排気浄化装置の劣化状態を診断可能
な装置を提供する。 【構成】触媒２の上流側と下流側とにおける空燃比を検
出する前空燃比センサ３，後空燃比センサ４と、前空燃
比センサ３の出力信号の自己相関関数φ_xxを計算し、所
定の期間毎に当該期間内における自己相関関数φ_xxの最
大値（φ_xx)_maxを出力する自己相関関数算出手段１３
と、前空燃比センサ３の出力信号と後空燃比センサ４の
出力信号との相互相関関数φ_xyを計算し、所定の期間毎
に当該期間内における最大値（φ_xy)_maxを出力する相互
相関関数算出手段１４と、所定の期間毎に上記（φ_xy)
_maxと上記（φ_xx)_maxとの比（次劣化指標Φ_i ）を算出
し、該比の値を、予め設定された基準値と比較すること
により、触媒２の劣化状態を判断する手段１６とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空燃比センサあるい
は酸素濃度センサ（以降は代表して空燃比センサとす
る）や触媒コンバータを使用するエンジン排気ガス浄化
装置の診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気を浄化する装置は、主
に、触媒コンバータと空燃比フィードバック制御装置と
からなる。触媒コンバータは、排気中に含まれるＨＣ，
ＮＯｘ，ＣＯを除去するため排気管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、触媒コ
ンバータの機能を充分に発揮させるには空燃比を一定に
保つ必要があるので、触媒コンバータの上流に酸素セン
サを設置して空燃比の燃料供給量を制御するためのもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のような
通常の三元触媒システムでは、触媒コンバータの上流に
設けられる酸素センサに性能劣化を生ずると、空燃比が
理論空年比を中心としたある狭い範囲からはずれるの
で、有害成分の転換効率が落ちる。また、触媒コンバー
タそのものが性能劣化を生ずると空燃比が正確に管理さ
れたとしても有害成分の転換効率が落ちてしまうという
問題があった。

【０００４】この問題を解決するためには、触媒の劣化
状態を判定することが必要である。しかしながら、これ
らの性能劣化を運転中に診断して迅速な対応を可能にす
る診断装置は、まだ確立されていなかった。

【０００５】なお、このような触媒劣化判定のための技
術としては、例えば、特開平2− 3091号に記載されて
いる「内燃機関の触媒劣化判定装置」がある。これは、
触媒の前と後に酸素センサ（注：この場合の酸素センサ
は二値センサである）を設け、前側の酸素センサの出力
値が反転してから、後側のセンサの出力値が反転するま
での時間差を測定している。そして、該時間差の大きさ
に基づいて触媒の劣化状態を判定するものである。具体
的には、時間差が小さければ、触媒が劣化状態であると
判断するものである。

【０００６】本発明は、このような従来の課題を解決し
ようとしてなされたもので、空燃比センサ，酸素センサ
や触媒コンバータに性能劣化を生じたかを運転中に診断
することのできるエンジン排気ガス浄化装置の診断装置
および診断方法を提供するところを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、その一態様としては、エン
ジン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
装置を有するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒に
より浄化するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であ
って、上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出
する前空燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側にお
ける空燃比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比
センサと上記後空燃比センサとの出力信号から、上記空
燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の
信号を減衰させる特徴波形抽出手段と、上記特徴波形抽
出手段を通過した上記信号の相関関数を算出する相関関
数算出手段と、上記相関関数の値に基づいて上記触媒の
劣化状態を判定する触媒状態判定手段とを有することを
特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断装置が提供
される。

【０００８】本発明の他の態様としては、エンジン排気
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
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前空
燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側における空燃
比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比センサの
出力信号の自己相関関数φ_xxを計算し出力する自己相関
関数算出手段と、上記前空燃比センサの出力信号と上記
後空燃比センサの出力信号との相互相関関数φ_xyを計算
し出力する相互相関関数算出手段と、上記相互相関関数
φ_xyのある値と、上記自己相関関数φ_xxのある値と、の
比を逐次劣化指標Φ_iとして出力する劣化指標算出手段
と、上記逐次劣化指標Φ_iと予め設定された基準値とを
比較することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触
媒状態判定手段とを有することを特徴とするエンジン排
気ガス浄化装置の診断装置が提供される。

【０００９】この場合、上記劣化指標算出手段は、所定
の期間毎に、当該期間内の上記相互相関関数φ_xyの最大
値（φ_xy)_maxと、当該期間内の自己相関関数φ_xxの最大
値（φ_xx)_maxとの比を上記逐次劣化指標Φ_iとして出力
するものであってもよい。また、上記劣化指標算出手段
は、過去所定回数分の上記逐次劣化指標の平均値を算出
して、これを最終劣化指標として出力する機能を有し、
上記触媒状態判定手段は、上記逐次劣化指標Φ_i に代わ
って、該最終劣化指標と、予め設定された基準値とを比
較することにより上記触媒の劣化状態を判定するもので
あってもよい。

【００１０】また、エンジンの回転数および／または上
記触媒の温度を検出する運転状態検出手段を有し、上記
劣化指標算出手段は、上記運転状態検出手段の検出結果
を係数として、上記最終劣化指標を算出するものであっ
てもよい。

【００１１】さらには、上記前空燃比センサと上記後空
燃比センサとの出力信号から、上記空燃比制御装置の空
燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の信号を減衰させる
特徴波形抽出手段を有し、上記自己相関関数算出手段
と、上記相互相関関数手段とは、上記特徴波形抽出手段
を通過した後の信号をもとにして、自己相関関数φ_xx，
相互相関関数φ_xyを算出することが好ましい。なお、上
記特徴波形抽出手段は、ハイパスフィルタ、帯域通過フ
ィルタであってもよい。

【００１２】また、エンジンのクランク角度を検知する
クランク角度検知手段を有し、上記前空燃比センサは、
上記クランク角度検知手段の検知したクランク角度に対
応してデータのサンプリングを実行することが好まし
い。

【００１３】本発明の他の態様としては、エンジン排気
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
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する空燃
比センサと、上記空燃比センサの出力信号の自己相関関
数φ_xxを計算し出力する自己相関関数算出手段と、上記
自己相関関数φ_xxの値を、予め設定された基準値と比較
することにより上記空燃比センサの劣化状態を判定する
センサ状態判定手段とを有することを特徴とするエンジ
ン排気ガス浄化装置の診断装置が提供される。

【００１４】この場合、所定の期間毎に、上記自己相関
関数φ_xxの最大値（φ_xx)_maxを算出し、過去所定回数分
の該（φ_xx)_maxの平均値を算出してセンサ劣化指標とし
て出力するセンサ劣化指標算出手段を有し、上記センサ
状態判定手段は、該センサ劣化指標と、予め設定された
基準値とを比較することにより上記空燃比センサの劣化
状態を判定することが好ましい。

【００１５】また、上記空燃比センサの出力信号から、
上記空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも低周波
数帯の信号を減衰させる特徴波形抽出手段を有し、上記
自己相関関数算出手段は、上記特徴波形抽出手段を通過
した後の信号をもとにして、自己相関関数φ_xxを算出す
ることが好ましい。なお、上記特徴波形抽出手段は、ハ
イパスフィルタ、帯域通過フィルタであってもよい。

【００１６】本発明の他の態様としては、エンジン排気
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
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前空
燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側における空燃
比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比センサの
出力信号の自己相関関数φ_xxを計算し出力する自己相関
関数算出手段と、上記前空燃比センサの出力信号と上記
後空燃比センサの出力信号との相互相関関数φ_xyを計算
し出力する相互相関関数算出手段と、上記相互相関関数
φ_xyのある値と、上記自己相関関数φ_xxのある値と、の
比を逐次劣化指標Φ_iとして出力する劣化指標算出手段
と、上記逐次劣化指標Φ_iと予め設定された基準値とを
比較することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触
媒状態判定手段と、上記自己相関関数φ_xxの値を予め設
定された基準値と比較することにより、上記前空燃比セ
ンサの劣化状態を判定するセンサ状態判定手段とを有す
ることを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断装
置が提供される。

【００１７】本発明の他の態様としては、エンジン排気
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
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断方法であって、所
定の期間ごとに、触媒上流側の空燃比の測定データの自
己相関関数φ_xxの最大値（φ_xx)_maxと、触媒上流側の空
燃比の測定データと触媒下流側の空燃比の測定データと
の相互相関関数φ_xyの最大値（φ_xy)_maxと、の比を算出
し、該比の値を予め決められた基準値と比較することに
より、触媒劣化状態を判断することを特徴とするエンジ
ン排気ガス浄化装置の診断方法が提供される。

【００１８】本発明の他の態様としては、空燃比センサ
によりエンジン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エンジンを対象とした、排気ガ
スを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄化装置の診
断方法であって、所定の期間ごとに、触媒上流側の空燃
比の測定データの自己相関関数φ_xxの最大値（φ_xx)_max
を算出し、該最大値（φ_xx)_maxを予め決められた基準値
と比較することにより、空燃比センサの劣化状態を判断
することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断
方法が提供される。

【００１９】

【作用】前空燃比センサと後空燃比センサは、クランク
角度検知手段の検知したクランク角度に対応して触媒上
流側と下流側との空燃比を検出し出力する。特徴波形抽
出手段は、この出力信号から、上記空燃比制御装置の空
燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の信号を減衰させ
る。

【００２０】自己相関関数算出手段は、上記特徴波形抽
出手段を通過した信号の自己相関関数φ_xxを計算し出力
する。一方、相互相関関数手段は、特徴波形抽出手段を
通過した前空燃比センサの出力信号と後空燃比センサの
出力信号との相互相関関数φ_xyを計算し、出力する。

【００２１】劣化指標算出手段は、所定の期間毎に、当
該期間内における相互相関関数φ_xyの最大値（φ_xy)_max
と、当該期間内における自己相関関数φ_xxの最大値（φ
_xx)_maxと、の比を算出し逐次劣化指標Φ_i とする。さら
に、過去所定回数分の上記逐次劣化指標Φ_i の平均値を
算出して、これを最終劣化指標として出力する。なお、
この場合、劣化指標算出手段は、上記運転状態検出手段
の検出結果を係数として、上記最終劣化指標を算出して
もよい。

【００２２】触媒状態判定手段は、逐次劣化指標Φ_iあ
るいは最終劣化指標と、予め設定された基準値とを比較
し、触媒の劣化状態を判定する。

【００２３】他の態様について説明する。

【００２４】空燃比センサは、触媒の排気ガス上流側に
おける空燃比を検出する。

【００２５】特徴波形抽出手段は、空燃比センサの出力
信号から、上記空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よ
りも低周波数帯の信号を減衰させる。

【００２６】自己相関関数算出手段は、特徴波形抽出手
段を通過した後の信号の自己相関関数φ_xxを算出し、所
定の期間毎に、当該期間内における該自己相関関数φ_xx
の最大値（φ_xx）_maxを出力する。

【００２７】センサ劣化指標算出手段は、過去所定回数
分の上記（φ_xx)_maxの平均値を算出してセンサ劣化指標
として出力する。

【００２８】センサ状態判定手段は、所定の期間毎に、
上記（φ_xx)_maxあるいはセンサ劣化指標を、予め設定さ
れた基準値と比較し、空燃比センサの劣化状態を判定す
る。

【００２９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

【００３０】まず、本実施例の概念を図１を用いて説明
する。

【００３１】なお、本実施例の診断装置は、触媒コンバ
ータ２と、その前後に配置された空燃比センサたるＯ₂
センサ３，４と、該Ｏ₂ センサ３，４の出力に基づいて
空燃比フィードバックを行う燃料噴射制御手段７等を有
するシステムを対象とするものである。

【００３２】空燃比センサとして、本実施例において
は、Ｏ₂ センサ３，４を使用している。なお、本明細書
中「酸素センサ」、「Ｏ₂ センサ」とは、酸素濃度を二
値的に検知するものではなく、酸素濃度をリニアに検出
可能な、いわゆるラムダセンサのことを指す。具体的に
は、ジルコニア、チタニアなどのセンサである。

【００３３】まず、前提となるシステムにおける制御を
説明する。

【００３４】燃料噴射制御手段７は、燃料噴射計算手段
９と、出力手段１０と、空燃比フィードバック計算手段
とを含んで構成される。燃料噴射量計算手段９は、エン
ジン１の負荷(たとえば吸入空気量Ｑ_a )を検出するセン
サ５の検出値と、回転数Ｎ_eを検出するセンサ６の検出
値とに基づいて下記の数１に従って基本の噴射量Ｆ₀を
求る。

【００３５】 Ｆ₀＝ｋ₀Ｑ_a／Ｎ_e …（数１） Ｆ₀：基本噴射量 Ｑ_a：吸入空気量 Ｎ_e：回転数 一方、空燃比フィードバック計算手段８は、触媒コンバ
ータ２の上流に設けられた空燃比センサ（以下「前Ｏ₂
センサ」という）３の出力を所定のタイミングでサンプ
リングし、その検出値に応じて補正信号αを発生する。

【００３６】上記燃料噴射量計算手段９は、基本の噴射
量Ｆ₀に補正信号αを加味して噴射量Ｆを求める（数２
参照）。そして、これを出力手段１０で電圧デューティ
信号に変えて燃料噴射弁に印加する。

【００３７】 Ｆ＝ｋ₀Ｑ_a／Ｎ_e（１＋α） …（数２） Ｆ ：噴射量 Ｆ₀：基本噴射量 Ｑa：吸入空気量 Ｎe：回転数 α ：補正信号 このような制御により、触媒コンバータ２の上流では、
常時、空燃比がストイキ前後の値で摂動している。

【００３８】本実施例の診断装置は、この空燃比フィー
ドバック制御による空燃比の摂動を触媒コンバータ劣化
診断のテスト信号に利用している。すなわち、触媒コン
バータ２が劣化していなければ、触媒の酸化・還元作用
により触媒コンバータ２の後流では空燃比の摂動が少な
くなる。一方、触媒コンバータ２が劣化すると後流の空
燃比摂動が上流のものに近づいて来る。このように触媒
コンバータの前後における空燃比摂動の類似性に着目し
て劣化を診断している。

【００３９】そして、この類似性を評価を、相関関数を
用いて行う劣化診断手段１１を設けた点に最大の特徴を
有するものである。

【００４０】劣化診断手段１１は、まず、前Ｏ₂ センサ
３および後Ｏ₂ センサ４の出力から直流成分等の触媒コ
ンバータ２の劣化とは直接関係しない成分、つまり、相
関関数を用いた演算を行う際に誤差の原因となりうる成
分、を特徴波形抽出手段１２で取り除く。ここで、特徴
波形抽出手段１２としては、微分フィルタ、高周波域通
過フィルタあるいは帯域通過フィルタが適切である。な
お、これ以降、前Ｏ₂センサ３に起因する信号は符号ｘ
で、また、後Ｏ₂ センサ４に起因する信号は符号ｙで示
す。

【００４１】つぎに、自己相関関数計算手段１３によっ
て、数３にしたがって、前Ｏ₂ センサ３の出力信号ｘの
自己相関関数φ_xxを計算する。また、相互相関関数計算
手段１４によって、数４に従い、前Ｏ₂ センサ３の出力
信号ｘと後Ｏ₂ センサ４の出力信号ｙとの間の相互相関
関数φ_xyを計算する。

【００４２】 φ_xx(τ)＝∫ｘ(t)ｘ(t−τ)dt …（数３） φ_xy(τ)＝∫ｘ(t)ｙ(t−τ)dt …（数４） そして、更に、位相τを相関関数の積分区間（０〜Ｔ）
で変えて、φ_xyの最大値（φ_xy）_maxと、φ_xxの最大値
（φ_xx）_maxとを求める。そして、これらの値を用い
て、触媒コンバータ２および前Ｏ₂ センサ３の劣化を判
定する。

【００４３】触媒コンバータ２の劣化判定は、触媒コン
バータ判定手段１６によりなされる。触媒コンバータ劣
化判定手段１６は、数５にしたがって逐次劣化指標Φ_i
を計算し、これを予め決められた基準値と比較すること
により触媒コンバータの劣化を判定する。

【００４４】 Φ_i＝（φ_xy)_max／（φ_xx)_max …（数５） すなわち、触媒が劣化すると、触媒コンバータ２の前後
における空燃比摂動の類似度が増すため、逐次劣化指標
Φ_i は大きくなる（１に近づく）。

【００４５】一方、前Ｏ₂ センサ３の劣化判定は、空燃
比センサ劣化判定手段１５によりなされる。空燃比セン
サ劣化判定手段１５は、（φ_xx)_maxを劣化指標として空
燃比センサの劣化を判定する。すなわち、前Ｏ₂ センサ
３が劣化すると、空燃比センサの応答が遅れるため最大
値（φ_xx)_maxが小さくなってくるため、該値を監視し
て、予め決められた基準値と比較することにより、劣化
を検知する。なお、図４に空燃比センサが劣化していな
い状態と、劣化した状態とにおける、前Ｏ₂ センサ３の
出力の周波数毎のパワースペクトルを示した。劣化した
状態では、ピークが低周波数側にずれており、応答速度
が遅くなっていることがわかる。

【００４６】本実施例の診断装置をより具体的に説明す
る。

【００４７】該診断装置そのものは、Ａ／Ｄ変換器を内
臓するシングルチップマイクロコンピュータと、高周波
領域通過フィルタとにより主に構成されるものである。

【００４８】高周波領域通過フィルタは、上記特徴波形
抽出手段１２Ａ，Ｂに該当するものである。

【００４９】マイクロコンピュータは、内蔵されたソフ
トウエアに従って動作することにより、上記説明した各
手段、自己相関関数計算手段１３，触媒コンバータ劣化
判定手段１６等の機能をを実現するものである。

【００５０】但し、ハードウエア構成はこれに限定され
るものではない。

【００５１】該診断装置の動作を、図２を参照しつつ説
明する。なお、該図中、各ブロックには、該ブロックに
おいて行われる処理に該当する図１の各手段と同じ番号
を付している。

【００５２】まず、触媒コンバータ２の劣化判定動作を
説明する。

【００５３】前Ｏ₂ センサ３の出力信号（以下「前Ｏ₂
センサ信号」という）１１４と、後Ｏ₂ センサ４の出力
信号（以下、「後Ｏ₂ センサ信号」という）１０２と
を、同期してＡ／Ｄ変換器１８によりデジタルデータに
変換する。

【００５４】つぎに、高周波域通過フィルタでそれぞれ
の信号から診断に外乱となる直流成分を除去する（ブロ
ック１２Ａ，１２Ｂ）。ここで、両者のフィルタは同一
特性のものとする。図３に、特徴波形抽出の実例を示
す。Ｏ₂ センサの電圧信号に含まれる直流成分は除去さ
れているが、制御周期は保存されている。また、これら
の信号の周波数ごとのパワースペクトルを示したのが図
４である。いずれの信号も診断に外乱となる空燃比フィ
ードバック制御周波数よりも低周波数成分を除去してい
る。

【００５５】なお、本実施例においては、低周波成分の
みをカットしているが、上述したとおり帯域通過フィル
タを用いて空燃比フィードバック制御周波数帯よりも高
周波成分をもカットしてもよい。この場合、相関関数の
算出に用いる周波数帯は、空燃比フィードバック制御周
波数を含むある一定幅の周波数帯のみとなるため、より
正確な判定が可能となる。

【００５６】続いて、前Ｏ₂ センサ信号１１４から得ら
れた信号ｘ(t)１０５のｔ＝０時点での自己相関関数φ
_xx(０)を求める(ブロック１３)。なお、ここで、φ
_xx(０）を求めているのは、自己相関関数φ_xxは、ｔ＝
０において最大値（φ_xx）_maxをとるからである。

【００５７】また、前Ｏ₂ センサ信号１１４から得られ
た信号ｘ(ｔ)と、後Ｏ₂ センサ信号１０２とから得られ
た信号ｙ(ｔ)とから相互相関関数φ_xy(τ)を一定の積分
区間Ｔにおいて求める（ブロック１４）。ここで積分区
間Ｔは、その区間でエンジン回転数の変動が所定の範囲
を超えないように、あらかじめ設定しておく。

【００５８】そして、当該積分区間Ｔにおけるφ_xy(τ)
の最大値（φ_xy）_maxを探し、該（φ_xy）_maxを用いて、
逐次劣化指標Φ_i(＝（φ_xy）_max／φ_xx(０)、数５参
照）を計算する（ブロック１６Ａ、図５参照）。なお、
逐次劣化指標Φ_iの位相τ、言い替えれば、（φ_xy）／
φ_xx(０)が最大値をとる位相τは、運転条件や機差で変
動するため、Φ_iはデータを実際に探索することにより
得る。

【００５９】そして、Φ_iをメモリ（ＲＡＭ）に記憶し
ておき、次の積分区間Ｔにおいても同様の処理によりΦ
_i+1を求める。

【００６０】以上のような操作をｎ回繰り返して、Φ_i
の平均値を求める。そして、該平均値を、触媒コンバー
タ２の最終劣化指標Ｉとする。なお、この最終劣化指標
Ｉを算出する際には、各種運転条件による補正係数
ｋ₁，ｋ₂をも加味して行われる（ブロック１６Ｂ、１６
Ｃ，１６Ｄ，下記数６参照） Ｉ＝（Σｋ₁ｋ₂Φ_i）／ｎ …（数６） Ｉ ：最終劣化指標 ｋ₁：エンジン負荷による補正系数 ｋ₂：触媒温度による補正系数 Φ_i：逐次劣化指標 ｎ：測定回数 なお、ｋ₁ ，ｋ₂ は、あらかじめマップデータとしてメ
モリ（ＲＯＭ）に記憶しておく。

【００６１】続いて、この劣化指標Ｉを、あらかじめ定
めた劣化判定レベルＩ_D と比較して、劣化状態を判定す
る。劣化指標Ｉが劣化判定レベルＩ_D よりも大きい場合
には劣化と判断する（ブロック１６Ｅ）。

【００６２】ここで逐次劣化指標Φ_i をそのまま使用せ
ず、その平均値、すなわち最終劣化指標Ｉを用いるの
は、通常走行中、エンジン回転数や負荷が変動すると、
図６の如く、逐次劣化指標Φ_i も影響を受けて変動する
からである。つまり、一定時間、一定回転回数あるいは
一定負荷帯ごとの逐次劣化指標Φ_i を求めて累積し、そ
の平均値を最終劣化指標Ｉとすることにより、全運転域
での劣化判定を可能としている。但し、ある程度運転状
態が限定されるような場合には、逐次劣化指標Φ_i をそ
のまま用いて、判定を行っても構わない。

【００６３】次に、前Ｏ₂ センサ３の劣化判定動作を説
明する。

【００６４】該判定動作は、前Ｏ₂ センサ信号の自己相
関関数φ_xxのみを用いて行う。自己相関関数は、上述し
たとおり、ｔ＝０において、最大値（φ_xx)_maxをとる
が、該最大値（φ_xx)_maxは前Ｏ₂ センサ３が劣化すると
その値が小さくなってくる。

【００６５】したがって、該（φ_xx)_maxを検出し、予め
決められた基準値と比較することにより、前Ｏ₂センサ
３の劣化を検知することができる。

【００６６】なお、自己相関関数φ_xxを求める際に使用
するデータには、触媒コンバータ劣化判定の場合と同様
に、空燃比フィードバック制御周波数帯よりも低周波数
成分を除去する。図４に該低周波数成分を除去する前
と、除去後とのパワースペクトルを示した。

【００６７】ここでは最大値（φ_xx)_maxをそのまま使用
しているが、触媒コンバータ２の劣化判断の場合と同じ
ように、該最大値（φ_xx)_maxの平均値を用いて判断する
こととしてもよい。

【００６８】ここでは、劣化の可能性の高い前Ｏ₂ セン
サ３について述べたが、後Ｏ₂ センサ４にも同様に適用
可能である。また、Ｏ₂ センサの劣化判定動作に自己相
関関数φ_xxを求める例で説明したが、これに限らず例え
ば空燃比フィードバック制御周波数帯よりも低周波数成
分を除去した後一定区間積分した値、または空燃比フィ
ードバック制御周波数帯よりも低周波数成分を除去した
後二乗してそれらを一定区間積分した値を用いてもＯ₂
センサの劣化判定を行える。

【００６９】なお、前Ｏ₂ センサ３や後Ｏ₂ センサ４か
らのサンプリングは、ある一定時間ごとに行ってもよ
い。また、エンジンのクランク角を検知するセンサを設
けて、クランク角度に対応して行ってもよい。触媒コン
バータ２の劣化判定を行う場合には、該クランク角度に
対応してのサンプリングを行うことが、より好ましい。
これは、触媒コンバータ２の劣化判定を行う場合には、
上述したとおり空燃比フィードバック制御周波数よりも
低周波数の成分を、カットしているが、この空燃比フィ
ードバック制御周波数は、エンジンの回転数に応じて変
更されるものだからである。つまり、クランク角度に対
応してサンプリングを行う場合には、回転数の変更によ
る影響を受けないため、何等の修正も必要ないが、一定
時間毎にサンプリングを行う場合には、修正が必要とな
るからである。一方、前Ｏ₂ センサ３の劣化特性は、セ
ンサそのものの状態に依存するのみであって、エンジン
回転数による影響は受けないため、前Ｏ₂ センサ３の劣
化判定においてはいずれの方法でも同様である。

【００７０】また、触媒コンバータやＯ₂ センサ等の診
断時に空燃比フィードバック制御の操作量を変更してや
ることにより、より正確な診断を行う。これはＯ₂ セン
サの出力を用いた診断において、機差等による空燃比の
リッチ側またはリーン側へのシフトがおよぼす診断結果
への影響を回避するためである。例えば一つのより具体
的な方法としては、通常の空燃比ＰＩフィードバック制
御から触媒コンバータやＯ₂ センサ等の診断を行うとき
に、Ｐゲインを大きくしてやる。これにより、所定の空
燃比を確実に横切るようにして、空燃比のリッチ側また
はリーン側へのシフトを防止して診断結果の精度を向上
する。

【００７１】更に、これら一連の診断時における劣化判
定結果の信頼性向上手段について説明する。前述した劣
化診断は、通常各種のエンジン状態を示すパラメータに
より診断領域を限定する。これは、Ｏ₂ センサ診断なら
エンジン種々運転領域の排気流量の違いによるＯ₂ セン
サ自身の応答への影響、及び空燃比ＰＩフィードバック
制御時における運転領域を区分して設定されるＰＩゲイ
ンの差によるＯ₂ センサ応答への影響があり、また触媒
コンバータ診断ならばエンジンの運転領域や運転状態の
変遷による触媒温度、Ｏ₂ ストレージ効果の違いからく
る触媒転換効率のバラツキの影響により、診断対象物自
体の特性が変化してしまうことによる、誤診断の可能性
を小さくするためである。診断結果の信頼性を大きく損
なう運転領域等の違いからくる触媒転換効率のバラツキ
を、診断領域を限定することで小さくし、劣化判定結果
の信頼性を向上できる。これら診断領域を限定するパラ
メータとして、車速，エンジン回転数，エンジン回転数
変化量，エンジン負荷，エンジン負荷変化量，エンジン
冷却水温，吸入空気量，吸入空気量変化量，スロットル
開度，スロットル開度変化量，フューエルカット情報，
空燃比エンリッチメント情報，空燃比フィードバック制
御情報，排気温度，触媒温度，空燃比センサ出力値，酸
素濃度センサ出力値，バッテリ電圧，吸気管圧力，吸気
管温度，ノッキング検出値等の少なくとも一つ以上を用
いる。

【００７２】次に、目標空燃比と現在の空燃比とのずれ
量を検知して診断結果の信頼性を向上する手段について
説明する。なにかしらの運転状態変化の影響による空燃
比の目標空燃比からのずれ量は、Ｏ₂ センサ出力信号の
制御周波数から推定できる。これは、Ｏ₂ センサ出力信
号の制御周波数が、前述したようにある運転領域におけ
るＯ₂ センサの応答が、排気流量と空燃比ＰＩフィード
バック制御ＰＩゲインでほぼ決定されるためである。こ
のため図７に示すように、前Ｏ₂ センサ出力信号のＡ／
Ｄ値を所定のスライスレベルと比較し、カウンタを用い
てその制御周波数を計測することで空燃比の目標空燃比
からのずれ量を検知できる。空燃比のずれ量を検知した
場合、そのずれ量が診断結果に影響を与える大きさであ
れば、診断を一時的に中断することで、診断領域を限定
するだけでは排除しにくい運転状態の変化を簡単確実に
捕らえ、診断の中断もしくは診断結果の補正を行うこと
で診断結果の信頼性を向上できる。また、空燃比フィー
ドバック制御周波数は、空燃比フィードバック制御係数
を用いても計測できる。ただしこの場合は、その応答遅
れを考慮する必要がある。また、同じ運転状態におい
て、Ｏ₂ センサの出力特性はリーン側からリッチ側への
移行とリッチ側からリーン側への移行では応答時間に差
がある場合があるとともに、ＰＩゲインが違う場合もあ
る。このような場合、それぞれの側に空燃比のずれ過ぎ
判定のためのスライスレベルを設定することにより、よ
り正確な空燃比のずれ過ぎ判定を行え、診断結果の信頼
性を向上できる。また、空燃比のずれ過ぎ判定のための
スライスレベルは運転状態に応じて設定することで、多
様な運転状態における診断結果の信頼性を向上できる。
運転状態に応じた空燃比のずれ過ぎ判定のためのスライ
スレベルは、例えばエンジン回転数とエンジン負荷を軸
とするマップで設定する。

【００７３】以上説明した上記実施例においては、自動
車の通常走行中にエンジンの排気浄化制御機器である触
媒コンバータおよび空燃比センサ、酸素センサの劣化を
診断できる。また、信号の類似性判断において、相関関
数を使用しているため、周波数、振幅等を用いて判断す
る場合に較べてノイズに強い。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動車の
通常走行中にエンジンの排気浄化制御機器である触媒コ
ンバータおよび空燃比センサ、酸素センサの劣化を診断
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本実施例の動作を示す説明図である。

【図３】本実施例における特徴波形抽出を示す説明図で
ある。

【図４】特徴波形抽出の作用を説明するための周波数毎
のパワースペクトル図である。

【図５】触媒コンバータ劣化判定の作用を説明するため
の特性図である。

【図６】触媒コンバータ劣化判定の作用を説明するため
の特性図である。

【図７】酸素濃度センサ出力により診断の信頼性向上を
説明するための図である。

【符号の説明】

２…触媒コンバータ、３…前Ｏ₂ センサ、４…後Ｏ₂ セ
ンサ、１２…特徴波形抽出手段、１３…自己相関関数計
算手段、１４…相互相関関数計算手段、１５…Ｏ₂ セン
サ劣化判定手段、１６…触媒コンバータ劣化判定手段、
１７…判定結果出力手段、Φ_i…逐次劣化指標、Ｉ…最
終劣化指標、Ｉ_D…劣化判定レベル、ｘ…触媒コンバー
タの上流に設けられる空燃比センサ（前Ｏ₂ センサ）の
出力、ｙ…触媒コンバータの下流に設けられる空燃比セ
ンサ（後Ｏ₂ センサ）の出力、φ_xx…信号ｘの自己相関
関数、φ_xy…信号ｘと信号ｙとの相互相関関数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向平 高志 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 栗原 伸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン排気の空燃比あるいは酸素濃度を
   検出して、排気中の空燃比を所定値に保つよう燃料量を
   調節する空燃比制御と触媒により排気ガスを浄化するエ
   ンジンの排気ガス浄化装置の診断装置において、エンジ
   ン運転状態を示す情報により診断領域を規定する、また
   は診断許可、診断の中断を行う手段を有することを特徴
   とするエンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
2. 【請求項２】上記装置において、エンジン運転状態を示
   す情報として車速，エンジン回転数，エンジン回転数変
   化量，エンジン負荷，エンジン負荷変化量，エンジン冷
   却水温，吸入空気量，吸入空気量変化量，スロットル開
   度，スロットル開度変化量，フューエルカット情報，空
   燃比エンリッチメント情報，空燃比フィードバック制御
   情報，排気温度，触媒温度，空燃比センサ出力値，酸素
   濃度センサ出力値，バッテリ電圧，吸気管圧力，吸気管
   温度，ノッキング検出値、を少なくとも１つ以上用いる
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジン排気ガス浄化
   装置の診断装置。
3. 【請求項３】空燃比センサあるいは酸素濃度センサ出力
   により診断の許可もしくは診断の中断もしくは診断結果
   の補正を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のエ
   ンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
4. 【請求項４】空燃比センサ出力値あるいは酸素濃度セン
   サ出力値から、目標空燃比と現在の空燃比とのずれ量を
   検知して、診断の許可もしくは診断の中断もしくは診断
   結果の補正を行うことを特徴とする請求項３記載のエン
   ジン排気ガス浄化装置の診断装置。
5. 【請求項５】目標空燃比と現在の空燃比とのずれ量を検
   知する手段として、酸素濃度センサ出力の反転回数また
   は反転周期を用いることを特徴とする請求項４記載のエ
   ンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
6. 【請求項６】目標空燃比と現在の空燃比とのずれ量を検
   知する手段として、酸素濃度センサによる空燃比フィー
   ドバック制御補正量を用いることを特徴とする請求項４
   記載のエンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
7. 【請求項７】請求項３，４又は６記載の空燃比センサあ
   るいは酸素濃度センサは機関の空燃比制御を行うための
   センサであることを特徴とするエンジン排気ガス浄化装
   置の診断装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の空燃比センサあるいは酸素
   濃度センサは触媒コンバータの上流、エンジン側排気管
   に設定されていることを特徴とするエンジン排気ガス浄
   化装置の診断装置。
9. 【請求項９】上記装置において、空燃比フィードバック
   制御時と診断時において空燃比フィードバック制御の操
   作量を変更することを特徴とする請求項１ないし８のい
   ずれか１項に記載のエンジン排気ガス浄化装置の診断装
   置。