JPH08177468A - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒や排気センサの活性化状態を考慮に入れ
つつ、精度よく触媒の劣化診断を行う。 【構成】 触媒１の上流と下流に設置した排気センサ２
Ａ，２Ｂと、上流の排気センサ２Ａの出力に基づいて機
関に供給する燃料量をフィードバック制御する手段３
と、上流と下流の排気センサ出力の反転回数を判定基準
値と比較して触媒の劣化を判定する手段４と、排気温度
に応じて異なった判定基準値を設定する手段６と、少な
くとも排気温度が所定値未満のときは前記触媒劣化の判
定を禁止し、所定値を越えたときには排気温度に応じて
の判定基準値との比較により判定を行わせる制御手段７
を備える。

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出される
排気ガスを浄化する触媒の劣化状態を診断する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガスを清浄
化するために、排気通路に触媒を設置し、排気中の酸素
濃度を測定しながら機関に供給する燃料量を、触媒の転
換効率が最良となる空燃比にフィードバック制御してい
る。

【０００３】ところで触媒は長期間の使用に伴い次第に
劣化し、その性能が低下してくるために、触媒の劣化状
態を適切に把握する必要がある。

【０００４】このため触媒の劣化診断装置として、特開
平４−１４４９号公報に提案されたようなものがある。
これは、触媒の上流に配置する空燃比のフィードバック
制御のための酸素濃度を検出する排気センサと共に、触
媒の下流にも排気センサを設置し、これら酸素センサの
出力を比較することにより、触媒の劣化を判断してい
る。

【０００５】図５にもあるように、触媒の上流の排気セ
ンサの出力は、排気中の酸素濃度の変化に対応してリッ
チリーンに変化する。排気中の酸素濃度は、排気センサ
の出力に基づいて燃料供給量がフィードバック制御され
る関係から、周期的にリッチリーンに変動するからであ
る。

【０００６】この平均空燃比はほぼ理論空燃比となり、
触媒の働きにより排気中のＨＣ，ＣＯの酸化とＮＯｘの
還元が行われる。触媒の酸素のストレージ能力により、
触媒を通過した排気中には残存酸素が無くなり、このた
め下流の排気センサの出力は、上流側のようには周期的
に大きく変動することなく、変動幅が小さく、かつその
変動周期も長くなる。

【０００７】しかし、触媒が劣化してくると転換効率が
下がり、酸素のストレージ能力も低下してくる。このた
め、排気ガスはそのまま触媒を通過するようになり、上
流側と下流側とで排気中の酸素濃度がそれほど変わらな
くなり、下流側の排気センサの出力も上流側と同じよう
にリッチリーンに変化する。

【０００８】したがって、上流側と下流側の排気センサ
の出力を比較、つまり反転周波数ｆ１とｆ２を比較する
ことにより、触媒の劣化を判断することができ、そこ
で、この触媒劣化診断装置では、ｆ２／ｆ１が大きくな
るほど劣化が進んでいるもの判断し、所定値以上で警告
灯を点灯して運転者に報知している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この触媒劣化
診断装置にあっては、機関が始動直後の暖機が十分に進
んでいないときにも、触媒の劣化を判断しているため、
触媒や排気センサが十分に活性化していない状態で診断
されたときには、触媒の酸素ストレージ能力は低く、触
媒はあたかも劣化したの同じ状態にあり、警告灯を点灯
させるなど誤った診断をしてしまう。

【００１０】また、短時間のうちに機関の始動と停止を
繰り返すような運転条件のときにも、触媒や排気センサ
の活性状態が変動しやすく、診断装置の誤動作の原因と
もなっている。

【００１１】本発明はこのような問題を解決するため、
触媒や排気センサの活性化状態を考慮に入れ、精度よく
触媒の劣化診断を行えるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図６に示
すように、排気通路に介装した触媒１と、この触媒１の
上流と下流に設置した排気センサ２Ａ，２Ｂと、上流の
排気センサ２Ａの出力に基づいて機関に供給する燃料量
をフィードバック制御する手段３と、上流と下流の排気
センサ出力の反転回数を判定基準値と比較して触媒の劣
化を判定する手段４とを備えた内燃機関の触媒劣化診断
装置において、排気温度を検出する手段５と、排気温度
に応じて異なった判定基準値を設定する手段６と、少な
くとも排気温度が所定値未満のときは前記触媒劣化の判
定を禁止し、所定値を越えたときには排気温度に応じて
の判定基準値との比較により判定を行わせる制御手段７
を備える。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、機関
の始動後の時間を計測する手段８Ａと、始動後の経過時
間が所定値を越えるまでの期間は前記触媒劣化の判定を
禁止する手段８Ｂを備える。

【００１４】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、機関冷却水温を検出する手段９Ａと、機関冷却水
温が所定値以下のときは前記触媒の劣化判定を禁止する
手段９Ｂを備える。

【００１５】第４の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記判定手段は、第１、第２排気センサ出力の反転
回数と判定基準値との比較により劣化を判定するにあた
り、判定基準値を所定回数だけ連続して上回ったときに
劣化を判断する。

【００１６】

【作用】第１の発明において、排気温度が所定値を越え
るまでは、触媒の劣化判定が禁止され、所定値をこえた
ときに初めて判定が開始される。このため、冷機始動直
後など触媒の非活性の状態では劣化の判定が行われず、
誤診断が防げる。

【００１７】そして、排気温度が触媒のほぼ活性化状態
に近づくと、劣化の判定が許可されるが、その判定基準
値はそのときの排気温度によって相違する。したがっ
て、触媒の活性化状態がもたらす誤作動の要因の大きい
ときは、それだけ判定基準値が高くなり、触媒が劣化し
ていないにもかかわらず、非活性のために誤って劣化と
判定される可能性は、それだけ少なくなる。

【００１８】これに対して触媒が十分に活性化し、正し
い判定が行える条件下では、判定基準値が通常の値にな
り、精度よく触媒の劣化が判断できる。

【００１９】第２の発明では、機関始動後は一定の時間
は、触媒の劣化判定が禁止されるので、始動直後など排
気温度や触媒状態が比較的不安定なときは、判定を止め
ることにより、誤った診断に陥ることを回避できる。

【００２０】第３の発明では、機関冷却水温が所定値以
下のときは、機関の暖機が不十分で、触媒が安定的に機
能していないので、やはり判定を止めることで、誤った
診断を回避できる。

【００２１】第４の発明では、劣化の判定を行う場合に
は、連続して何回か判定基準値を越えることを条件とし
ているので、偶発的に判定基準値を越えたときなど、い
わゆる誤作動の範囲のものは、劣化とは判定せずに、こ
れにより診断の信頼性を高められる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を説明する。

【００２３】図１において、１１は機関本体、１２は吸
気通路、１３は排気通路、１５は吸気通路１２の吸気量
を制御する絞弁、１４は燃料を供給する燃料噴射弁であ
る。排気通路１３には排気中のＨＣ，ＣＯを酸化すると
共にＮＯｘを還元する三元触媒１７が介装され、その上
流には排気中の酸素濃度を測定する第１の排気センサ１
８と、下流には同じく酸素濃度を測定する第２の排気セ
ンサ１９が設置される。また、三元触媒１７に流入する
排気温度を測定するために排気温センサ２０も設置され
る。

【００２４】これら各センサ１８、１９、２０の出力は
コンローラ２２に入力され、さらにコンローラ２２に
は、吸気量を測定するエアフローメータ１６、機関回転
数を測定する回転数センサ２１、機関冷却水温を測定す
る冷却水温センサ１０からの各出力も入力し、コンロー
ラ２２はこれらに基づいて前記燃料噴射弁１４から噴射
する燃料量を理論空燃比となるようにフィードバック制
御すると共に、三元触媒１７の劣化状態を判断する。

【００２５】ここで、コンローラ２２において実行され
る三元触媒１７の劣化判断を、図２のフローチャートに
したがって詳しく説明する。

【００２６】まず、ステップ１では機関の始動を検出
し、始動後の経過時間Ｔを設定値Ｔｓと比較し、経過時
間が設定値以下の間は、触媒の劣化判定は行わない。な
お、この設定値Ｔｓは例えば２０〜３０秒とする。同じ
ように、ステップ２で冷却水温Ｔｗを設定値Ｔｗ１と比
較し、設定値以下の間も触媒の診断は行わない。なお、
この設定値Ｔｗは例えば３５〜４０℃とする。

【００２７】さらに、ステップ３で触媒入口の排気温度
Ｔｃを設定値Ｔｃ２と比較し、設定値以下のときは、や
はり触媒の診断は行わない。この設定値Ｔｃ２は例えば
３５０℃とするが、この温度は触媒の転換効率がほぼ５
０％となる温度である。

【００２８】いずれの場合も三元触媒１７の活性化が不
十分と判断し、誤診断を防ぐために触媒劣化の判定を禁
止するのである。

【００２９】これらの条件をすべて満たしたときはステ
ップ４に進み、排気温度Ｔｃを触媒が十分に活性化した
ときの温度、例えば４５０℃に相当する設定値Ｔｃ０と
比較し、もしそれ以上のときは、ステップ６に進んで、
触媒劣化診断の判定基準値ＨｃをＨｃ＝Ｈ０とする。Ｈ
０は正常時の値で、０．７〜０．８とする。

【００３０】この判定基準値Ｈｃは、後述するステップ
９で求める、第１と第２の排気センサ１８と１９の各々
出力の反転周波数ｆ１とｆ２の比率、つまりｆ２／ｆ１
の結果を比較判断する基準値であって、この判定基準値
Ｈｃよりも大きいときに触媒が劣化したものと判定され
る。

【００３１】これに対して、排気温度Ｔｃが設定値Ｔｃ
０以下のときは、ステップ５でさらに設定値Ｔｃ１と比
較する。このＴｃ１は、例えば４００℃に相当するが、
もしこの設定値以上ならば、ステップ８に進んでＨｃ＝
Ｈ１とし、また設定値以下ならばステップ７に進んでＨ
ｃ＝Ｈ２とする。

【００３２】この実施例ではＨ１は０．８５、Ｈ２は
０．９に設定してあり、したがって排気温度Ｔｃが、触
媒活性化温度に相当するＴｃ０以下のときは、劣化判断
のための判定基準値はそれぞれ温度に対応した大きな値
に切換えられる。

【００３３】次ぎにステップ９で前記したように、第
１、第２排気センサの出力反転周波数ｆ１とｆ２から、
その比率ＨＺＲＡＴＥ（ヘルツレート）＝ｆ２／ｆ１を
算出する。

【００３４】ステップ１０でこのＨＺＲＡＴＥを前述の
ように求めた判定基準値Ｈｃと比較し、ＨＺＲＡＴＥが
判定基準値Ｈｃよりも大きいときは、ステップ１１以下
に進むが、そうでないときは、ステップ１４に移行して
正常であると判定し、警告灯を消灯し、ステップ１５で
異常カウンタＣＣＡＴＮＧを０にクリアする。

【００３５】前述したように、ｆ２／ｆ１は、触媒の劣
化に伴って大きくなり、最も劣化したときには、ｆ２／
ｆ１＝１になる（図５参照）。

【００３６】これに対して、ＨＺＲＡＴＥが判定基準値
Ｈｃよりも大きいときは、まずステップ１１で異常カウ
ンタＣＣＡＴＮＧを１だけ加算し、ステップ１２でカウ
ンタ値を設定値ＣＣＡＴＩと比較する。このＣＣＡＴＩ
は例えば１０に設定し、カウンタＣＣＡＴＮＧが設定以
下のときは、そのまま判定を行わずに最初のルーチンに
戻る。

【００３７】しかし、カウンタＣＣＡＴＮＧがＣＣＡＴ
Ｉを越えたときは、ステップ１３に進み、触媒の劣化と
判定し、警告灯を点灯する。つまり、ステップ１２で連
続して１０回だけＨＺＲＡＴＥが判定基準値Ｈｃよりも
大きいと判断したときに、初めて触媒劣化であるとする
判定を下すのである。

【００３８】このように触媒の劣化の判定時は、連続し
て規定回数以上にわたり劣化が判定されたときのみ警告
をするので、誤動作の防止が図れる。

【００３９】以上のように構成され、次ぎに図３、図４
を参照しながら作用を説明する。

【００４０】まず、図３は冷機状態から始動したときに
おける排気温度Ｔｃ、冷却水温Ｔｗ、車速ＶＳＰが時間
の経過に伴って変化するようすを示してある。

【００４１】まず、始動後の時間が設定値Ｔｓ以下の範
囲は、無条件で判定が禁止される。そして、冷却水温Ｔ
ｗが設定値Ｔｗ１を越えたとき、つまり始動後の経過時
間がＴ１に達し、かつそのときの排気温度ＴｃがＴｃ２
を越えていれば、ＨＺＲＡＴＥ（ヘルツレート）判定基
準値Ｈｃの設定が行われる。

【００４２】この場合、経過時間Ｔ１からＴ２までの期
間は、排気温度ＴｃがＴｃ２とＴｃ１の間にあり、この
間は触媒温度も転換効率が５０％にいくかどうかという
程度であり、劣化診断は慎重に行う必要があるため、劣
化判定が最も行いにくい重みづけをし、ＨｃとしてＨ２
＝０．９とする。

【００４３】これよりもさらに時間が経過し、排気温度
がＴｃ２とＴｃ０の間にくる時間Ｔ２とＴ３の期間は、
触媒の温度もこれに伴って上昇し、活性化もいくらか進
むので、判定基準値ＨｃはＨ１＝０．８５とする。この
状態では触媒診断の信頼性も高まり、その分だけ判定基
準値Ｈｃを正常値に近づけることにより、精度のよい診
断が行える。

【００４４】これに対して、時間Ｔ３とＴ４の間は、排
気温度Ｔｃが触媒の活性化温度であるＴｃ０に達し、安
定した条件で劣化の判定を行うことが可能となるため、
判定基準値ＨｃはＨ０＝０．７〜０．８と、最も低い正
常値になる。

【００４５】なお、その後、運転条件の変化に伴い排気
温度ＴｃがＴｃ０よりも低下すれば、温度に応じて判定
基準値Ｈｃが切換わる。

【００４６】このようにして判定基準値が触媒の活性化
状態に応じて変化し、誤って劣化と判定しやすい状態に
あっては、判定基準値を高めることにより、誤作動を確
実に防止することができる。

【００４７】次ぎに図４は機関の暖機後に、いったん機
関を停止し、再度始動したときのようすを表している。

【００４８】この場合、再始動後、一定の時間Ｔｓが経
過するまでは無条件で診断が中止されるが、この時間を
経過した時点で、冷却水温Ｔｗは既に設定値以上である
ため、排気温度Ｔｃが設定値Ｔｃ２を越えた時点（時間
Ｔ１）で直ちに診断が開始される。

【００４９】以後は、判定基準値Ｈｃが排気温度Ｔｃと
の関係によって決められることは、図３の場合と全く同
じで、このようにして、冷機始動時、暖機後再始動時で
あっても、触媒劣化の判定を常に正確に行うことが可能
となるのである。

【００５０】つまり、少なくとも、機関の始動直後な
ど、触媒の温度が十分上がらないときに非活性のまま診
断が行われることがなく、また、再始動時など触媒の温
度変動が大きく、触媒の活性状態が診断に大きな影響を
及ぼすときにも、判定基準値に温度に応じた重みづけを
行うことにより、適確な診断を行うことができる。

【００５１】なお、本実施例に用いた設定値は、あくま
でも一例であって、機関の特性等に応じて実験等により
最適な数値が設定されることは言うまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、排気
温度が所定値を越えるまでは、触媒の劣化判定が禁止さ
れ、所定値をこえたときに初めて判定が開始されるの
で、冷機始動直後など触媒の非活性の状態では劣化の判
定が行われず、誤診断が防げる一方、排気温度が高ま
り、劣化の判定が許可されたときは、そのときの排気温
度によって判定基準値が設定されるため、劣化判定に占
める触媒活性化の要因の大きいときは、それだけ判定基
準値が高くなり、触媒が劣化していないにもかかわら
ず、非活性のために誤って劣化と判定されるおそれは少
なくなる。また、触媒が十分に活性化し、正しい判定が
行える条件下では、判定基準値が通常の値になり、精度
よく触媒の劣化が判断できる。

【００５３】第２の発明によれば、機関始動後は一定の
時間は、触媒の劣化判定が禁止されるので、始動直後な
ど排気温度や触媒状態が比較的不安定なときは、判定を
止めることにより、誤った診断に陥ることを回避でき
る。

【００５４】第３の発明によれば、機関冷却水温が所定
値以下のときは、機関の暖機が不十分で、触媒が安定的
に機能していないので、やはり判定を止めることで、誤
った診断を回避できる。

【００５５】第４の発明によれば、劣化の判定を行う場
合には、連続して何回か判定基準値を越えることを条件
としているので、偶発的に判定基準値を越えたときな
ど、いわゆる誤作動の範囲のものは、劣化とは判定せず
に、これにより診断の信頼性を高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を概略構成図である。

【図２】同じくその制御動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】冷機始動後の作動状態を示す説明図である。

【図４】暖機再始動後の作動状態を示す説明図である。

【図５】第１、第２の排気センサの出力関係を示す説明
図である。

【図６】本発明の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 触媒 ２Ａ 排気センサ ２Ｂ 排気センサ ３ フィードバック制御手段 ４ 触媒劣化判定手段 ５ 排気温度検出手段 ６ 判定基準値設定手段 ７ 制御手段 ８Ａ 始動後経過時間検出手段 ８Ｂ 判定禁止手段 ９Ａ 冷却水温検出手段 ９Ｂ 判定禁止手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に介装した触媒と、 この触媒の上流と下流に設置した排気センサと、 上流の排気センサの出力に基づいて機関に供給する燃料
   量をフィードバック制御する手段と、 上流と下流の排気センサ出力の反転回数を判定基準値と
   比較して触媒の劣化を判定する手段とを備えた内燃機関
   の触媒劣化診断装置において、 排気温度を検出する手段と、 排気温度に応じて異なった判定基準値を設定する手段
   と、 少なくとも排気温度が所定値未満のときは前記触媒劣化
   の判定を禁止し、所定値を越えたときには排気温度に応
   じての判定基準値との比較により判定を行わせる制御手
   段を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装
   置。
2. 【請求項２】機関の始動後の時間を計測する手段と、 始動後の経過時間が所定値を越えるまでの期間は前記触
   媒劣化の判定を禁止する手段を備える請求項１に記載の
   内燃機関の触媒劣化診断装置。
3. 【請求項３】機関冷却水温を検出する手段と、 機関冷却水温が所定値以下のときは前記触媒の劣化判定
   を禁止する手段を備える請求項１または２に記載の内燃
   機関の触媒劣化診断装置。
4. 【請求項４】前記判定手段は、第１、第２排気センサ出
   力の反転回数と判定基準値との比較により劣化を判定す
   るにあたり、判定基準値を所定回数だけ連続して上回っ
   たときに劣化を判断する請求項１〜３のいずれか一つに
   記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。