JPH08246853A - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents
内燃機関の触媒劣化診断装置Info
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- JPH08246853A JPH08246853A JP7049866A JP4986695A JPH08246853A JP H08246853 A JPH08246853 A JP H08246853A JP 7049866 A JP7049866 A JP 7049866A JP 4986695 A JP4986695 A JP 4986695A JP H08246853 A JPH08246853 A JP H08246853A
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Abstract
える。所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力
がリッチからリーンに反転してから、下流側空燃比セン
サの出力がリッチからリーンに反転するまでのリーン側
応答遅れ時間TLを計測する。また、上流側空燃比セン
サの出力がリーンからリッチに反転してから、下流側空
燃比センサの出力がリーンからリッチに反転するまでの
リッチ側応答遅れ時間TRを計測する。そして、TLと
TRとの差の分散、TLの分散、TRの分散、又は、T
LとTRとの商の分散を算出し(S31)、この分散BU
NSANが所定値CATNG以下の場合に触媒の劣化と
判定する(S32〜S34)。
Description
側と下流側とに配設された空燃比センサを利用して、触
媒の劣化状態を診断するようにした内燃機関の触媒劣化
診断装置に関する。
ンバータの上流側及び下流側にそれぞれ空燃比センサ
(一般的にはO2 センサ)を配設し、上流側空燃比セン
サの出力信号を主にして空燃比フィードバック制御を実
行すると共に、両センサの出力信号の比較から触媒の劣
化を診断するようにした装置が、例えば特開平2−30
915号、特開平5−106493号、特開平5−10
6494号に開示されている。
行中には、主に上流側空燃比センサの出力信号に基づい
て例えば疑似的な比例積分制御により燃料供給量が制御
されるので、上流側空燃比センサの出力は、図10の(a)
に示すように、周期的にリッチ・リーンを繰り返す。こ
れに対し、触媒コンバータの下流では、触媒のO2 スト
レージ能力により残存酸素濃度の変動が非常に緩やかな
ものとなるので、下流側空燃比センサの出力は、図10の
(b) に示すように、上流側空燃比センサの出力に比べて
変動幅が小さく、かつ周期が長くなる。
化してくると、O2 ストレージ能力の低下により、触媒
コンバータの上流側と下流側とで酸素濃度がそれほど変
わらなくなり、その結果、下流側空燃比センサの出力信
号は、図10の(c) に示すように、上流側空燃比センサの
出力に近似した周期で反転を繰り返すようになり、かつ
その変動幅も大きくなってくる。
側空燃比センサの出力がリッチからリーンに反転してか
ら、下流側空燃比センサの出力がリッチからリーンに反
転するまでのリーン側応答遅れ時間TL、及び、上流側
空燃比センサの出力がリーンからリッチに反転してか
ら、下流側空燃比センサの出力がリーンからリッチに反
転するまでのリッチ側応答遅れ時間TRを計測し、T
Lが所定値以下の場合、TRが所定値以下の場合、
TLとTRとの和が所定値以下の場合、TLとTRと
の平均値が所定値以下の場合に、触媒が劣化したものと
判定するようにしている。
うな従来の触媒劣化診断装置にあっては、触媒作用がわ
ずかではあるが残っている触媒(中劣化触媒)と、触媒
作用が無くなってしまった触媒(大劣化触媒)とを精度
よく判別して、前者を「正常」、後者を「劣化」と診断
することができないという問題点があった。
者らの実験により、中劣化触媒と大劣化触媒とについ
て、リーン側応答遅れ時間TLとリッチ側応答遅れ時間
TRとをサンプリングし、縦軸をTL、横軸をTRとし
て、プロットしたものである。図11によれば、大劣化触
媒の場合は、中心A/Fや周波数、振幅が微妙に変化し
ても触媒作用が無いために、そのプロット点の集団はほ
とんど変化しない。大劣化触媒の場合のばらつきを式で
表すと、TL=一定、TR=一定となる。
/Fや周波数、振幅の微妙な変化に対して触媒作用のた
めにプロット点がばらつくことになる。中劣化触媒の場
合のばらつきを式で表すと、TL+TR=一定(図11
(b) 参照)、若しくはTL×TR=一定(図11(c) 参
照)となる。従って、大劣化触媒の場合のプロット点の
集団と中劣化触媒の場合のプロット点の中心付近とが重
なる場合は、TLの平均値、TRの平均値、TLとTR
との和、TLとTRとの和の平均値等は全て同一とな
り、従来の手法では大劣化触媒と中劣化触媒とを精度良
く判別しきれないのである。
み、大劣化触媒と中劣化触媒とを精度よく判別可能な内
燃機関の触媒劣化診断装置を提供することを目的とす
る。
る発明では、図1に示すように、排気通路に介装された
触媒コンバータの上流側に配設された上流側空燃比セン
サ11と、触媒コンバータの下流側に配設された下流側空
燃比センサ12と、少なくとも上流側空燃比センサからの
信号に基づいて機関への燃料供給量をフィードバック制
御する空燃比制御手段と、を備える内燃機関において、
下記A〜Dの手段を設けて、触媒劣化診断装置を構成す
る。
センサの出力がリッチからリーンに反転してから、下流
側空燃比センサの出力がリッチからリーンに反転するま
でのリーン側応答遅れ時間TLを計測するリーン側応答
遅れ時間計測手段 (B)所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力
がリーンからリッチに反転してから、下流側空燃比セン
サの出力がリーンからリッチに反転するまでのリッチ側
応答遅れ時間TRを計測するリッチ側応答遅れ時間計測
手段 (C)リーン側応答遅れ時間TLとリッチ側応答遅れ時
間TRとの差の分散を算出する分散算出手段 (D)前記分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と判定
する触媒劣化判定手段。
れ時間計測手段Aを用い、分散算出手段Cにて、リーン
側応答遅れ時間TLの分散を算出し、触媒劣化判定手段
Dにて、TLの分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と
判定する構成とする。請求項3に係る発明では、リッチ
側応答遅れ時間計測手段Bを用い、分散算出手段Cに
て、リッチ側応答遅れ時間TRの分散を算出し、触媒劣
化判定手段Dにて、TRの分散が所定値以下の場合に触
媒の劣化と判定する構成とする。
れ時間計測手段Aとリッチ側応答遅れ時間計測手段Bと
を用い、分散算出手段Cにて、リーン側応答遅れ時間T
Lとリッチ側応答遅れ時間TRとの商の分散を算出し、
触媒劣化判定手段Dにて、TLとTRとの商の分散が所
定値以下の場合に触媒の劣化と判定する構成とする。
化度がある程度大きくなった場合の現象に着目して、リ
ーン側応答遅れ時間TLとリッチ側応答遅れ時間TRと
を計測し、特に請求項1に係る発明では、TLとTRと
の差(TL−TRもしくはTR−TL)の分散、請求項
2に係る発明ではTLの分散、請求項3に係る発明では
TRの分散、請求項4に係る発明ではTLとTRとの商
(TL/TRもしくはTR/TL)の分散を算出し、こ
れらの分散を所定値と比較して判定する。すなわち、こ
れらの分散が所定値を超えているときは、正常(中劣化
触媒)と判定し、所定値以下になると劣化(大劣化触
媒)と診断する。これにより、これまでTL、TR、T
L+TRなどの平均値を所定値と比較するだけではでき
なかった中劣化触媒と大劣化触媒との判別が可能とな
る。
ステム図である。内燃機関1の吸気通路2には、スロッ
トル弁3が介装されると共に、その下流側に各気筒毎に
吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁4が設け
られている。排気通路5には、例えば三元触媒を用いた
触媒コンバータ6が介装されている。
ト7からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、通
電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、駆動
パルス信号のパルス幅によって燃料噴射量が制御され、
この燃料噴射量の制御により空燃比が制御される。この
燃料噴射量の制御のため、コントロールユニット7には
各種のセンサから信号が入力されている。
スロットル弁3上流に、吸入空気流量Qaを検出する例
えば熱線式のエアフローメータ8が設けられている。ま
た、基準クランク角信号と単位クランク角信号とを出力
するクランク角センサ9が設けられ、基準クランク角信
号の周期などから機関回転数Neを算出可能である。
温センサ10が設けられている。更に、排気通路5の触媒
コンバータ6上流に、上流側空燃比センサ11が設けられ
ると共に、触媒コンバータ6下流に、下流側空燃比セン
サ12が設けられている。これらの空燃比センサ11,12
は、具体的にはO2 センサであって、排気中の残存酸素
濃度に応じた起電力を発生し、特に理論空燃比を境に起
電力が急変して、理論空燃比よりリッチ側で高レベル
(約1V程度)、リーン側で低レベル(約 100mV程
度)となる。よって、リッチ・リーンを検出することが
できる。
内蔵のマイクロコンピュータは、前記各種のセンサから
の信号に基づいて燃料噴射弁4による燃料噴射量を制御
して空燃比制御を行う。また、触媒コンバータ6の劣化
診断を行って、所定レベル以上の劣化と診断した場合に
は警告灯13を点灯させる。空燃比制御について、図3の
フローチャートにより説明する。本フローが空燃比制御
手段に相当する。
下同様)では、エアフローメータ8からの信号に基づい
て検出される吸入空気流量Qaと、クランク角センサ9
からの信号に基づいて算出される機関回転数Neとか
ら、機関に吸入される空気量に対応する理論空燃比相当
の基本燃料噴射量Tp=K×Qa/Ne(Kは定数)を
演算する。
11の出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数
αを演算する。すなわち、上流側空燃比センサ11の出力
を所定のスライスレベル(理論空燃比に対応する)と比
較し、かつそのリーン側及びリッチ側への反転に基づく
疑似的な比例積分制御によって空燃比フィードバック補
正係数αを求める。
噴射量Tpに対し空燃比フィードバック補正などを加え
て、最終的な燃料噴射量Tiを演算する。 Ti=Tp×α×COEF+Ts ここで、COEFは各種増量補正係数であり、例えば水
温Twに応じた水温増量補正、高速高負荷時の空燃比補
正などからなる。Tsは燃料噴射弁の無効噴射時間を補
償するようにバッテリ電圧に応じて付加される電圧補正
分である。
力用レジスタにセットされる。これにより、機関回転に
同期した所定のタイミングでこのTiのパルス幅をもつ
駆動パルス信号が燃料噴射弁4に出力されて、燃料噴射
が行われる。図4の(a) は上流側空燃比センサ11の出力
信号の一例を示し、(b) はこれに対応する空燃比フィー
ドバック補正係数αの変化を示している。
のように疑似的な比例積分制御により求められるもの
で、上流側空燃比センサ11の出力が所定のスライスレベ
ルSLを横切ってリッチ側からリーン側へ反転すると、
空燃比フィードバック補正係数αには一定の比例分PL
が加算され、その後は所定の積分定数IL による傾きで
積分分が徐々に加算されていく。この空燃比フィードバ
ック補正係数αは、前述のように基本燃料噴射量Tpに
乗じられるので、実際の空燃比は徐々にリッチ化する。
そして、次に上流側空燃比センサ11の出力が再びスライ
スレベルSLを横切ってリーン側からリッチ側へ反転す
ると、空燃比フィードバック補正係数αから一定の比例
分PR が減算され、その後は所定の積分定数IR による
傾きで積分分が徐々に減算されていく。これにより、実
際の空燃比は徐々にリーン化する。このような作用の繰
り返しによって、実際の空燃比は1〜2Hz程度の周期で
変化しつつ理論空燃比近傍に維持される。
・リーンの検出により、前記比例分PL ,PR を補正す
るためなどに用いられる。尚、なんらかの燃料増量を行
う必要がある低水温時や高速高負荷時、あるいは減速中
の燃料カット時などには、空燃比フィードバック補正係
数αが1にクランプされ、実質的にオープンループ制御
となる。
のフローチャートにより説明する。図5は応答遅れ時間
計測ルーチンのフローチャートである。ステップ11で
は、診断許可条件か否かを判定する。ここで、診断許可
条件とは、機関始動時の水温が所定値以上であるこ
と、機関暖機完了後所定時間経過していること、上
流側空燃比センサ11及び下流側空燃比センサ12が活性化
していること、上流側空燃比センサ11の出力の反転周
期と下流側空燃比センサ12の出力の反転周期との比が所
定値以下になったこととし、これらの条件を全て満たし
ている場合のみ、ステップ12へ進む。
センサ11の出力の反転周期と下流側空燃比センサ12の出
力の反転周期との比が所定値以下になったことを条件と
するのは、触媒がある程度劣化して、上流側空燃比セン
サ11の出力に対し下流側空燃比センサ12の出力がほぼ同
期していることを確認する必要があるからである。ステ
ップ12では、診断領域か否かを判定する。ここで、診断
領域とは、車速が所定範囲内、機関回転数が所定範
囲内、機関負荷(基本燃料噴射量)が所定範囲内、
車速、機関回転数及び機関負荷の変化速度が所定範囲内
であることとし、これらの条件を全て満たしている場合
のみ、ステップ13へ進む。
出力信号VO2 を読込み、これをスライスレベルSLと
比較して、VO2 ≧SL(リッチ)か否かを判定する。
VO2 ≧SL(リッチ)のときは、ステップ14へ進ん
で、前回もリッチか否かを判定する。ここで、前回がリ
ッチでない場合は、リーンからリッチへの反転時である
ので、ステップ15でタイマTRをリセットする。
プ16へ進んで、前回もリーンか否かを判定する。ここ
で、前回がリーンでない場合は、リッチからリーンへの
反転時であるので、ステップ17でタイマTLをリセット
する。尚、タイマTR,TLは所定時間(ΔT)毎に実
行される計時ルーチンにより、時間経過と共に増大され
るようになっている。この計時ルーチンを図6に示して
ある。
出力信号RVO2 を読込み、これをスライスレベルSL
と比較して、RVO2 ≧SL(リッチ)か否かを判定す
る。RVO2 ≧SL(リッチ)のときは、ステップ19へ
進んで、前回もリッチか否かを判定する。ここで、前回
がリッチでない場合は、リーンからリッチへの反転時で
ある。従って、このときのタイマTRの値は、上流側空
燃比センサ11の出力がリーンからリッチに反転してから
(ステップ15)、下流側空燃比センサ12の出力がリーン
からリッチに反転するまでのリッチ側応答遅れ時間を示
している。よって、ステップ20でタイマTRの値をメモ
リにストアした後、ステップ21でタイマTRをリセット
する。
ップ22へ進んで、前回もリーンか否かを判定する。ここ
で、前回がリーンでない場合は、リッチからリーンへの
反転時である。従って、このときのタイマTLの値は、
上流側空燃比センサ11の出力がリッチからリーンに反転
してから(ステップ17)、下流側空燃比センサ12の出力
がリッチからリーンに反転するまでのリーン側応答遅れ
時間を示している。よって、ステップ23でタイマTLの
値をメモリにストアした後、ステップ24でタイマTLを
リセットする。
センサ11の出力がリッチからリーンに反転してから、下
流側空燃比センサの出力がリッチからリーンに反転する
までのリーン側応答遅れ時間TLと、上流側空燃比セン
サ11の出力がリーンからリッチに反転してから、下流側
空燃比センサ12の出力がリーンからリッチに反転するま
でのリッチ側応答遅れ時間TRとが、メモリにストアさ
れる。これらTL,TRはそれぞれ最新のデータが常に
所定の個数ストアされるようにする。
空燃比センサ11の出力と下流側空燃比センサ12の出力と
が1周期以上ずれる場合には計測できないが、上流側空
燃比センサ11の出力と下流側空燃比センサ12の出力とが
ほぼ同期している状況において、1周期以上ずれること
はないので、問題はない。尚、ステップ13,16,17,1
8,22,23の部分がリーン側応答遅れ時間計測手段に相
当し、ステップ13,14,15,18,19,20の部分がリッチ
側応答遅れ時間計測手段に相当する。
ートである。ステップ31では、リーン側応答遅れ時間T
Lとリッチ側応答遅れ時間TRとの差TL−TR(もし
くはTR−TL)の分散を求める。すなわち、X=TL
−TR(もしくはX=TR−TL)として、次式によ
り、Xの分散BUNSANを求める。
応答遅れ時間TLの分散を求めるようにしてもよい。こ
の場合は、X=TLとして、上記の式により、分散BU
NSANを求める。また、リッチ側応答遅れ時間TRの
分散を求めるようにしてもよい。この場合は、X=TR
として、上記の式により、分散BUNSANを求める。
側応答遅れ時間TRとの商TL/TR(もしくはTR/
TL)の分散を求めるようにしてもよい。この場合は、
X=TL/TR(もしくはX=TR/TL)として、上
記の式により、分散BUNSANを求める。ステップ32
では、算出された分散BUNSANを所定値CATNG
と比較し、BUNSAN≦CATNGか否かを判定す
る。
ップ33へ進み、「正常」(中劣化触媒)と判定して、警
告灯13を消灯させる。これに対し、BUNSAN≦CA
TNGの場合は、ステップ34へ進み、「劣化」(大劣化
触媒)と判定して、警告灯13を点灯させる。分散と触媒
劣化度との間には、図9に示すような関係があるため、
分散が所定値以下となったときは、触媒劣化度大、すな
わち大劣化触媒と診断するのである。
当し、ステップ32〜34の部分が触媒劣化判定手段に相当
する。
に係る発明によれば、リーン側応答遅れ時間TLとリッ
チ側応答遅れ時間TRとを計測して、TLとTRとの差
の分散、TLの分散、TRの分散、又は、TLとTRと
の商の分散を算出し、これらの分散に基づいて判定を行
うことで、触媒劣化度の判別、すなわち中劣化触媒と大
劣化触媒との判別を精度よく行うことが可能となるとい
う効果が得られる。
て示す図
示す図
Claims (4)
- 【請求項1】排気通路に介装された触媒コンバータの上
流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバー
タの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少なく
とも上流側空燃比センサからの信号に基づいて機関への
燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段
と、を備える内燃機関において、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリッ
チからリーンに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリッチからリーンに反転するまでのリーン側応答遅
れ時間TLを計測するリーン側応答遅れ時間計測手段
と、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリー
ンからリッチに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリーンからリッチに反転するまでのリッチ側応答遅
れ時間TRを計測するリッチ側応答遅れ時間計測手段
と、 リーン側応答遅れ時間TLとリッチ側応答遅れ時間TR
との差の分散を算出する分散算出手段と、 前記分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と判定する触
媒劣化判定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装
置。 - 【請求項2】排気通路に介装された触媒コンバータの上
流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバー
タの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少なく
とも上流側空燃比センサからの信号に基づいて機関への
燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段
と、を備える内燃機関において、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリッ
チからリーンに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリッチからリーンに反転するまでのリーン側応答遅
れ時間TLを計測するリーン側応答遅れ時間計測手段
と、 リーン側応答遅れ時間TLの分散を算出する分散算出手
段と、 前記分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と判定する触
媒劣化判定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装
置。 - 【請求項3】排気通路に介装された触媒コンバータの上
流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバー
タの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少なく
とも上流側空燃比センサからの信号に基づいて機関への
燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段
と、を備える内燃機関において、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリー
ンからリッチに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリーンからリッチに反転するまでのリッチ側応答遅
れ時間TRを計測するリッチ側応答遅れ時間計測手段
と、 リッチ側応答遅れ時間TRの分散を算出する分散算出手
段と、 前記分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と判定する触
媒劣化判定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装
置。 - 【請求項4】排気通路に介装された触媒コンバータの上
流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバー
タの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少なく
とも上流側空燃比センサからの信号に基づいて機関への
燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段
と、を備える内燃機関において、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリッ
チからリーンに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリッチからリーンに反転するまでのリーン側応答遅
れ時間TLを計測するリーン側応答遅れ時間計測手段
と、 所定の診断条件にて、上流側空燃比センサの出力がリー
ンからリッチに反転してから、下流側空燃比センサの出
力がリーンからリッチに反転するまでのリッチ側応答遅
れ時間TRを計測するリッチ側応答遅れ時間計測手段
と、 リーン側応答遅れ時間TLとリッチ側応答遅れ時間TR
との商の分散を算出する分散算出手段と、 前記分散が所定値以下の場合に触媒の劣化と判定する触
媒劣化判定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装
置。
Priority Applications (2)
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