KR100232380B1 - 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치 및 센서의 진단장치 - Google Patents

엔진 배기가스 정화장치의 진단장치 및 센서의 진단장치 Download PDF

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다까시 무까이히라
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유따까 다까꾸
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가나이 쓰도무
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Abstract

목적 : 엔진의 배기정화장치의 열화상태를 진단할 수 있는 진단장치.
이 장치는 촉매(2)의 상류측과 하류측에 있어서의 공연비를 검출하는 전 공연비 센서(3), 후 공연비 센서(4)와, 전 공연비 센서(3)의 출력신호의 자기 상관함수(øxx)를 산출하고, 소정의 기간마다 해당기간 내에 있어서의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 출력하는 자기 상관함수 산출수단(13)과, 전 공연비 센서(3)의 출력신호와 후 공연비 센서(4)의 출력신호와의 상호 상관함수(øxy)를 계산하고 , 소정의 기간마다 해당기간 내에 있어서의 최대치(øxy)max를 출력하는 상호 상관함수 산출수단(14)과, 소정의 기간별로 상기(øxy)max와 상기(øxx)max와의 비(순차 열화지표Φi)를 산출하고, 그 비의 값을 미리 설정된 기준치와 비교함으로써, 촉매(2)의 열화상태를 판단하는 수단(16)을 가진다.

Description

엔진 배기가스 정화장치의 진단장치 및 센서의 진단장치
제1도는 본 발명의 일실시예의 구성을 나타낸 블록도.
제2도는 본 실시예의 동작을 나타낸 설명도.
제3도는 본 실시예에 있어서의 특징파형 추출을 나타낸 설명도.
제4도는 특징파형 추출의 작용을 설명하기 위한 주파수별 파워 스펙트럼도.
제5도는 촉매 콘버터 열화판정의 작용을 설명하기 위한 특성도.
제6도는 촉매 콘버터 열화판정의 작용을 설명하기 위한 특성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진 2 : 촉매 콘버터
3 : 전 O₂센서 4 : 후 O₂센서
5 : 센서 6 : 센서
7 : 연료분사 제어수단 8 : 공연비 피이드백 계산수단
9 : 연료분사 계산수단 10 : 출력수단
이 발명은 촉매콘버터를 사용하는 엔진 배기가스 정화장치 및 여기에 사용되는 공연비 센서 혹은 산소농도센서(이하 대표하여 공연비 센서라 한다)의 진단장치에 관한 것이다.
엔진의 배기를 정화하는 장치는 주로 촉매 콘버터와 공연비 피이드백 제어장치로 이루어진다. 촉매 콘버터는 배기중에 함유된 HC, NOx, CO를 제거하기 위하여 배기관부에 설치하는 것이다.
촉매 콘버터의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는 공연비를 일정하게 유지할 필요가 있다. 공연비 피이드백 제어장치는 촉매 콘버터의 상류에 배치되고 산소센서를 설치하여 공연비의 연료공급량을 제어하기 위한 것이다.
상기 종래 기술과 같은 통상의 삼원(三元)촉매 시스템에서는 촉매 콘버터의 상류에 설치되는 산소센서에 성능열화를 발생시키면, 공연비가 이론 공연비를 중심으로 한 어느 좁은 범위에 유지할 수 없게 되어 유해 성분의 전환 효율이 떨어진다. 또, 촉매 콘버터 그 자체가 성능열화를 발생하면 공연비가 정확하게 관리 되었다고 하더라도 유해성분의 전환 효율이 떨어져 버린다는 문제가 있었다.
이 문제를 해결하기 위해서는, 촉매의 열화상태를 판정하는 것이 필요하다. 그러나, 이러한 성능열화를 운전중에 진단하여 신속한 대응을 가능하게 하는 진단장치는 아직 확립되어 있지 않았다.
또한 이와 같은 촉매 열화 판정을 위한 기술로서는 예를 들면 일본국 특허공개 평2-3091호에 개시되어 있는 「내연기관의 촉매열화 판정장치」가 있다. 이것은 촉매의 전과 후에 산소센서를 설치하고, 전측의 산소센서의 출력치가 반전되고난후, 후측의 센선의 출력치가 반전될때까지의 시간차를 측정하고 있다. 그리고, 그 시간차의 크기에 의거하여 촉매의 열화상태를 판정하는 것이다. 구체적으로는, 시간차가 적으면 촉매가 열화상태라고 판단하는 것이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 과제를 해결하고자 하여 이루어진 것으로서 공연비 센서, 산소센서나 촉매 콘버터의 열화상태를 운전 중에 진단할 수 있는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치 및 진단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태로서는 엔진 배기가스 중의 산소농도 혹은 공연비를 검출하여 배기가스 중의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 조정하는 공연비 제어장치를 가지는 엔진을 대상으로 한, 배기가스를 촉매에 의하여 정화하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단 장치로서, 상기 촉매에 의해 정화되기 전에 있어서의 배기가스의 산소 농도 혹은 공연비를 검출하는 전 공연비 센서와, 상기 촉매에 의하여 정화된 후에 있어서의 배기가스의 산소농도 혹은 공연비를 검출하는 후 공연비 센서와, 상기 전 공연비 센서와 상기 후 공연비 센서와의 출력신호로 부터, 상기 공연비 제어장치의 공연비 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시키는 특징파형 추출수단과, 상기 특징파형 추출수단을 통과한 상기 신호의 상관 함수를 산출하는 상관함수 산출수단과, 상기 상관함수의 값에 의거하여 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 촉매상태 판정수단을 가지며, 상기 촉매상태 판정수단에 의하여 판정된 촉매의 열화상태에 의하여 엔진 배기가스 정화장치의 진단을 행하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치가 제공된다.
상기 상관함수 산출수단은 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 신호중 상기 전 공연비 센서에 유래하는 신호의 자기 상관함수(øxx)를 계산하여 출력하는 자기 상관함수 산출수단과, 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 상기 전 공연비 센서에 유래하는 신호와, 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 상기 후 공연비 센서에 유래하는 신호와의 상호 상관함수(øxy)를 계산하여 출력하는 상호 상관함수 산출수단과, 상기 상호 상관함수(øxy)의 어느 값과, 상기 자기 상관 함수(øxx)의 어느 값과의 비를 순차 열화지표(øi)로서 출력하는 열화치료 산출수단을 가지고, 상기 촉매상태 판정수단은 미리 설정된 기준치를 가지고, 그 기준치와 상기 순차 열화지표(Φi)를 비교함으로써 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
상기 열화지표(øi) 산출수단은, 소정의 기간마다 해당 기간내의 상기 상호 상관함수(øxy)의 최대치(øxy)max와, 해당기간내의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max와의 비를 상기 순차 열화지표(øi)로서 출력하는 것이 바람직하다.
상기 열화지표(øi)산출수단은 과거에 있어서 상기 소정기간 별로 산출한 상기 순차열화지표(øi)의 소정회수분의 평균치를 산출하여 이것을 최종 열화지표로서 출력하는 기능을 가지며, 상기 촉매상태 판정수단은 상기 순차 열화지표(Φi)를 대신하여 그 최종 열화지표와, 상기 기준치를 비교함으로써 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 것이 바람직하다.
엔진의 회전수 및/또는 상기 촉매의 온도를 검출하는 운전상태 검출수단을 가지고, 상기 열화지표 산출수단은 상기 운전상태 검출수단의 검출결과를 계수로하여 상기 최종 열화지표를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 특징파형 추출수단은 하이 패스필터인 것이 바람직하다.
상기 특징파형 추출수단은 대역 통과필터인 것이 바람직하다.
엔진이 소정의 크랭크 각도에 있는 것을 검지하는 크랭크 각도 검지수단을 가지고, 상기 상관함수 산출수단은 상기 소정의 크랭크 각도에 있는 것을 상기 크랭크 각도 검지수단이 검지한 시점에서 상기 전 공연비 센서 및 상기 후 공연비 센서가 출력하고 있던 데이터를 사용하여 상기 상관함수를 산출하는 것이 바람직하다.
미리 설정된 제2의 기준치를 가지고, 상기 자기 상관함수(øxx)의 값과 그 제2의 기준치와를 비교함으로써 상기 전 공연비 센서의 열화상태를 판정하는 센서상태 판정수단을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태로는, 센서자신의 상태변화에 따라, 그 출력신호의 응답특성이 변화하는 센서의 진단장치에 있어서, 상기 센서의 출력신호의 자기
상관함수(øxx)를 계산하여 출력하는 자기 상관 함수 산출수단과, 미리 설정된 기준치를 가지고, 상기 자기 상관함수(øxx)의 값을 그 기준치와 비교함으로써 상기 센서의 상태를 판정하는 센서상태 판정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치가 제공된다.
소정의 기간마다, 해당기간내에 있어서의 상기 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 산출하고, 과거 소정 회수분의 그 최대치(øxx)max의 평균치를 산출하여 센서상태 지표로서 출력하는 센서상태 지표산출수단을 가지며, 상기 센서상태 판정수단은 그 센서상태 지표와, 상기 기준치와를 비교함으로써 상기 센서의 상태를 판정하는 것이 바람직하다.
센서를 포함하여 구성되고, 그 센서의 검출결과에 따라 그 센서의 검출대상을 피이드백 제어하는 제어장치에 적용되는 센서의 진단장치에 있어서, 상기 센서의 출력신호로부터 상기 제어장치의 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시키는 특징파형 추출수단을 가지고, 상기 자기 상관함수 산출수단은 상기 특징파형 추출수단을 통과한 후의 신호를 기초로하여 자기 상관함수(øxx)를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 특징파형 추출수단은 하이패스 필터일 것이 바람직하다.
상기 특징파형 추출수단은 대역 통과필터일 것이 바람직하다.
상기 자기 상관함수 산출수단은 상기 센서에 의하여 얻어지는 데이터중 일정시간 마다의 데이터를 사용하여 상기 자기 상관함수(øxx)를 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태로서는, 배기가스를 촉매에 의하여 정화하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단 방법으로서, 소정의 기간마다, 촉매에 의하여 정화되기 전의 배기가스의 공연비의 측정 데이터의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max와, 촉매에 의하여 정화되기 전의 배기가스의 공연비의 측정 데이터와, 촉매에 의하여 정화된 후의 배기가스의 공연비와 측정 데이터와의 상호 상관함수(øxy)의 최대치(øxy)max와의 비를 산출하고, 그 비의 값을 미리 정해진 기준치와 비교함으로써, 촉매열화 상태를 판단하고, 그 판단결과를 가지고 엔진 배기가스 정화장치의 진단을 행하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태로서는 센서자신의 상태변화에 따라 그 응답 특성이 변화하는 센서의 진단방법에 있어서, 소정의 기간마다, 상기 센서의 출력신호의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 산출하고, 그 최대치(xx)max를 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 센서의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 센서의 진단방법이 제공된다.
전 공연비 센서와 후 공연비 센서는 배기가스에 대하여 촉매에 의한 처리전과 처리후와의 산소농도 혹은 공연비를 검출하여 출력한다.
특징파형 추출수단은 이 출력신호로 부터 상기 공연비 제어장치의 공연비 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시킨다.
자기 상관함수 산출수단은 상기 특징파형 추출수단을 통과한 신호의 자기 상관함수(øxx)를 계산하여 출력한다. 한편, 상호 상관함수 수단은 특징파형 추출수단을 통과한 전 공연비 센서의 출력신호와 후 공연비 센서의 출력신호와의 상호 상관함수(øxy)를 계산하여 출력한다.
열화지표 산출수단은, 소정의 기간마다 해당 기간내에 있어서의 상호 상관함수(øxy)의 최대치(øxy)max와, 해당기간내에 있어서의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max와의 비를 산출하여 순차 열화지표(øi)로 한다. 또, 과거 소정회수분의 상기 순차 열화지표(øi)의 평균치를 산출하여 이것을 최종 열화지표로서 출력한다. 또한, 이 경우, 열화지표 산출수단은 상기 운전상태 검출수단의 검출결과를 계수로 하여 상기 최종 열화지표를 산출해도 좋다.
촉매상태 판정수단은 순차 열화지표(øi)혹은 최종 열화지표와, 미리 설정된 기준치와를 비교하여 촉매의 열화상태를 판정한다.
다른 양태에 대하여 설명한다.
특징파형 추출수단은 센서의 출력신호로 부터 상기 제어장치의 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시킨다.
자기 상관함수 산출수단은 특징파형 추출수단을 통과한 후의 신호의 자기 상관함수(øxx)를 산출하고, 소정의 기간마다, 해당기간 내에 있어서의 그 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 출력한다.
센서 지표 출력수단은 과거 소정 회수분의 상기(øxx)max의 평균치를 산출하여 센서지표로서 출력한다.
센서 상태 판정수단은 소정의 기간마다, 상기(øxx)max혹은 센서 상태지표를 미리 설정된 기준치와 비교하여 센서의 상태를 판정한다.
본 발명의 일 실시예를 도면을 사용하여 설명한다.
먼저, 본 실시예의 개념을 제1도를 사용하여 설명한다.
또한, 본 실시예의 진단장치는 촉매콘버터(2)와, 그 전후에 배치된 공연비 센서인 전 O₂센서(3), 후 O₂센서(4)와, 그 O₂센서(3,4)의 출력에 의거하여 공연비 피이드백을 행하는 연료분사 제어수단(7) 등을 가지는 시스템을 대상으로 하는 것이다.
본 실시예에 있어서는, 공연비 센서로서 지르코니아, 티타니아 등으로 이루어진 전 O₂센서(3), 후 O₂센서(4)를 사용하고 있다.
공연비 센서로서는 이외에 탄화수소 센서를 사용할 수도 있다.
또한, 탄화수소 센서에는 적외선의 흡수율을 보는 것 등이 있다.
먼저, 전제가 되는 시스템에 있어서의 제어를 설명한다.
연료분사 제어수단(7)은 연료분사 계산수단(9)과, 출력수단(10)과, 공연비 피이드백 계산수단(8)을 포함하여 구성된다. 연료분사량 계산수단(9)은 엔진(1)의 부하(예를 들면 흡입공기량(Qa))를 검출하는 센서(5)의 검출치와, 회전수(Ne)를 검출하는 센서(6)의 검출치에 의거하여 하기의 식1에 따라 기본의 분사량(Fo)을 구한다.
한편, 공연비 피이드백 계산수단(8)은 촉매 콘버터(2)의 상류에 설치된 공연비 센서(이하 「전 O₂센서」라함)(3)의 출력을 소정의 타이밍으로 샘플링하고, 그 검출치에 따라 보정신호(α)를 발생한다.
상기 연료분사량 계산수단(9)은, 기분의 분사량(Fo)에 보정신호(α)를 가미하여 분사량(F)를 구한다(식2 참조). 그리고, 이것을 출력수단(10)에서 전압 듀티 신호로 변화시켜 연료분사 밸브에 인가한다.
산소농도가 낮은 경우에는 α를 작게한다. 반대로 산소농도가 높은 경우에는 α를 크게한다.
이와 같은 제어에 의하여 촉매 콘버터(2)의 상류에서는 항상 공연비가 스토익 전후의 값으로 섭동하고 있다.
본 실시예의 진단장치는 이 공연비 피이드백 제어에 의한 공연비의 섭동을 촉매 콘버터 등의 열화진단의 테스트 신호에 이용하고 있다. 즉 촉매 콘버터(2)가 열화하고 있지 않으면 촉매의 산화·환원작용에 의하여 촉매 콘버터(2)의 후류에서는 공연비의 섭동이 적어진다. 한편, 촉매 콘버터(2)가 열화하면 HC, NOx등이 미처리된채 촉매 콘버터(2)를 통과하기 때문에 후류의 공연비 섭동이 상류의 것에 접근해 온다. 이와 같이 촉매 콘버터의 전후에 있어서의 공연비 섭동의 유사성에 착안하여 열화를 진단하고 있다.
그리고, 이 유사성의 평가를 상관함수를 이용하여 행하는 열화진단수단(11)을 설치한 점에 최대의 특징을 가지는 것이다.
열화진단수단(11)은, 먼저 전 O₂센서(3) 및 후 O₂센서(4)의 출력으로부터 직류성분 등의 촉매 콘버터(2)의 열화와는 직접 관계되지 않는 성분, 즉 상관함수를 이용한 연산을 행할때에 오차의 원인이 될 수 있는 성분을 특징파형 추출수단(12)에서 제거한다. 여기서 특징파형 추출수단(12)으로서는 미분필터, 고주파역 통과필터 혹은 대역 통과필터가 적합하다.
또한, 이 이후, 전 O₂센서(3)에 기인하는 신호는 부호 x로, 또, 후 O₂센서(4)에 기인하는 신호는 부호 y로 나타낸다.
다음에, 열화진단수단(11)의 자기 상관함수 계산수단(13)에 의하여, 식3에 따라서 전 O₂센서(3)의 출력신호(x)의 자기 상관함수(øxx)를 계산한다. 또, 상호 상관함수 계산수단(14)에 의하여 식4에 따라 전 O₂센서(3)의 출력신호(x)와 후 O₂센서(4)의 출력신호(y)와의 사이의 상호 상관함수(øxy)를 계산한다.
그리고, 다시 위상(τ)을 상관함수의 적분구분(O~T)으로 변화시켜 øxy의 최대치(øxy)max와, (øxx)의 최대치(øxx)max를 구한다.
그리고, 이들의 값을 이용하여 촉매 콘버터(2) 및 전 O₂센서(3)의 열화를 판정한다.
촉매 콘버터(2)의 열화판정은 촉매 콘버터 판정수단(16)에 의하여 이루어진다. 촉매 콘버터 열화판정수단(16)은 식5에 따라서 순차 열화지표(øi)를 계산하여 이것을 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 촉매 콘버터의 열화를 판정한다.
즉, 촉매가 열화하면 촉매 콘버터(2)의 전후에 있어서의 공연비 섭동의 유사도가 증가하기 때문에 순차 열화지표(øi)는 커진다(1에 가까워진다).
한편, 전 O₂센서(3)의 열화판정은, 공연비 센서 열화판정수단(15)에 의하여 이루어진다. 공연비 센서 열화판정수단(15)은, (øxx)max를 열화지표로 하여 전 O₂센서의 열화를 판정한다. 전 O₂센서(3)가 열화하면 그 응답이 늦어지게 되기 때문에 최대치(øxx)max가 작아진다. 따라서, 그 값을 감시하여 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 열화를 검지할 수가 있다. 또한, 제4도에 열화하고 있지 않은 상태와, 열화한 상태에 있어서의 전 O₂센서(3)의 출력의 주파수별의 파워 스펙트럼을 나타냈다. 열화한 상태에서는 피크가 저주파수측으로 편기되어 있어 응답속도가 늦어지고 있음을 알 수 있다.
본 실시예의 진단장치를 더욱 구체적으로 설명한다.
그 진단장치 그 자체는 A/D 변환기를 내장하는 싱글칩 마이크로 컴퓨터와, 고주파 영역 통과필터에 의하여 주로 구성되는 것이다.
고주파 영역 통과필터는 제1도의 특징파형 추출수단(12A,B)에 해당하는 것이다.
마이크로 컴퓨터는 내장된 소프트웨어에 따라 작동함으로써 상기 설명한 각 수단, 자기 상관함수 계산수단(13), 촉매 콘버터 열화판정수단(16) 등의 기능을 실현하는 것이다.
단, 한드웨어 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.
그 진단장치의 동작을 제2도를 참조하면서 설명한다. 또한, 이 도면중, 각 블록에는 그 블록에 있어서 행해지는 처리에 해당하는 제1도의 각 수단과 동일한 부호를 붙이고 있다.
먼저, 촉매콘버터(2)의 열화판정 동작을 설명한다.
전 O₂센서(3)의 출력신호(이하 「전 O₂센서신호」라함)(114)와, 후 O₂센서(4)의 출력신호(이하 「후 O₂센서신호」라함)(102)를 동기하여 A/D 변환기(18)에 의하여 디지탈 데이터로 변환한다.
다음에, 고주파역 통과필터에서 각각의 신호로 부터 진단에 외란이 되는 직류성분을 제거한다(블록 (12A,12B). 여기서 양자 (12A,12B)의 필터는 동일특성의 것으로 한다. 제3도에 특징파형 추출의 실예를 나타낸다. O₂센서의 전압신호에 포함되는 직류성분은 제거되어 있으나 제어주기는 보존되어 있다. 또, 이들신호의 주파수별의 파워 스펙트럼을 나타낸 것이 제4도이다. 어느 신호나 진단에 외란이 되는 공연비 피이드백 제어주파수보다도 저주파수 성분을 제거하고 있다.
본 실시예에 있어서는, 저주파 성분만을 커트하고 있으나, 상기한 바와 같이 대역 통과필터를 사용하여 공연비 피이드백 제어주파수역 보다도 고주파 성분을 커트해도 좋다. 이 경우, 상관함수의 산출에 사용하는 주파수역은 공연비 피이드백 제어주파수를 포함하는 어느 일정폭의 주파수역만이 되기 때문에 더욱 정확한 판정이 가능하게 된다. 또한, 공연비의 피이드백 제어는 통상 0.5~2초의 주기로 행해지는 경우가 많다. 계속해서, 전 O₂센서 신호(114)로부터 얻어진 신호x(t)(105)의 χ=0점에서의 자기 상관함수(øxx(0))를 구한다(블록 13). 또 여기서 øxx(0)를 구하고 있는 것은, 자기 상관함수(øxx)는 τ=0에 있어서 최대치(øxx)max를 취하기 때문이다.
또, 전 O₂센서 신호(14)로부터 얻어진 신호 x(t)와, 후 O₂센서신호(102)로부터 얻어진 신호 y(t)로부터 상호 상관함수 øxy(γ)를 일정한 적분구간(T)에서 구한다(블록 14). 여기서 적분구간(T)은, 그 구간에서 엔진 회전수의 변동이 소정의 범위를 초과하지 않도록 미리 설정해 둔다. 이것은, 급격한 가속·감속을 행하고 있을 때에는 정확한 진단이 되지 않기 때문이다.
그리고, 해당 적분구간(T)에 있어서의 øxy(γ)의 최대치(øxy)max를 찾아 그 최대치 (øxy)max를 이용하여 순차 열화지표(Φi)(=(øxy)max/øxx(0), 식 5 참조)를 계산한다(블록 16A, 제5도 참조). 또한 순차 열화지표(Φi)의 위상(γ), 바꾸어 말하면, (øxy)øxx(0)가 최대치를 취하는 위상(γ)은 운전조건이 운전조건이 변동하기 때문에 øi는 데이터를 실제로 탐색함으로써 얻는다.
그리고, øi를 메모리(RAM)에 기억시켜 두고, 다음의 적분구간(T)에 있어서도 동일한 처리에 의하여 øi+ 1를 구한다.
이상과 같은 조작을 n회 반복하여 øi의 평균치를 구한다. 그리고 그 평균치를 촉매 콘버터(2)의 최종 열화지표(I)로 한다. 또한, 이 최종 열화지표(I)를 산출할 때에는 각종 운전조건에 의한 보정계수(k₁, k₂)도 가미하여 행해진다(블록 16B, 16C, 16D, 하기식6 참조).
엔진의 부화가 커지면 순차 열화지표(øi)의 값은 커지기 일쑤이다. 따라서 이것을 보정하기 위하여 부하가 커지면 k₁을 크게한다.
촉매온도가 높아지면 순차 열화지표는 작아지기 일쑤이다. 따라서 이것을 보정하기 위하여 온도가 높아지면 k₂를 작게한다.
또한, k₁, k₂는 미리 맵 데이터로서 메모리(ROM)에 기억시켜 둔다. 또 촉매의 온도는 온도센서(61)에 의하여 검출한다. 부하는 센서(5,6) 등의 검출치에 의하여 구할 수 있다.
이어서, 이 최종 열화지표(I)를 미리 정한 열화 판정레벨(ID)과 비교하여 열화상태를 판정한다. 최종 열화지표(I)가 열화 판정레벨(ID)보다도 큰 경우에는 열화로 판단한다(블록 16E).
여기서 순차 열화지표(øi)를 그대로 사용하지 않고 그 평군치, 즉 최종 열화지표(I)를 사용하는 것은 주행중, 엔진 회전수나 부하가 변동하면, 제6도와 같이 순차 열화지표(øi)도 영향을 받아 변동하기 때문이다. 즉, 일정 시간, 일정 회전수 혹은 일정 부하대 마다의 순차 열화치표(øi)를 구해 누적하고, 그 평균치를 최종 열화지표(I)로 함으로써, 전 운전역에서의 열화 판정을 가능하게 하고 있다. 단, 어느 정도 운전상태가 한정되는 경우(예를 들면, 정상적인 운전을 행하는 경우)에는 순차 열화지표(øi)를 그대로 사용하여 판정을 행해도 상관은 없다.
다음에, 전 O2센서(3)의 열화 판정동작을 설명한다. 그 판정동작은 O2센서 신호의 자기 상관함수(øxx)만을 사용하여 행한다. 자기 상관함수는 상기한 바와 같이 ø=0에 있어서 최대치((øxx)max)를 취하나, 그 최대치 ((øxx)max)는 전 O₂센서(3)가 열화하면 그 값이 작아진다.
이것은, 본 실시예에서 채용하고 있는 O₂센서는 열화의 진행에 수반하여 응답특성이 나빠지는 데에 기인하는 것이다.
따라서 그 최대치((øxx)max)를 검출하여 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 전 O₂센서(3)의 열화를 검지할 수가 있다.
또, 자기 상관함수(øxx)를 구할때에 사용하는 데이터는 촉매 콘버터 열화판정의 경우와 마찬가지로 공연비 피이드백 제어 주파수대 보다도 저주파수 성분을 제거하면 오차를 작게할 수 있다. 제4도에 그 저주파수 성분을 제거하기 전과 제거 후와의 파워 스펙트럼을 나타냈다.
여기서는 최대치((øxx)max)를 그대로 사용하고 있으나, 촉매 콘버터(2)의 열화판단의 경우에 최종 열화지표(I)를 사용하고 있는 것과 마찬가지로, 그 최대치((øxx)max)의 평균치를 이용하여 판단하는 것으로 해도 좋다.
여기서는 열화의 가능성이 높은 전 O₂센서(3)에 대하여 기술하였으나, 후 O₂센서(4)에도 마찬가지로 적용 가능하다.
또, 열화 혹은 다른 어떠한 원인에 의하여 응답특성에 변화가 생기는 각종 센서에 대하여 그 상태를 검출하는데 폭 넓게 적용가능하다.
또한, 전 O₂센서(3)나 후 O₂센서(4)로부터의 데이터의 샘플링은 어느 일정시간 마다 행해도 좋다. 또, 엔진의 크랭크 각을 검지하는 센서를 설치하고 소정의 크랭크 각도에 대응하여 행해도 좋다. 촉매 콘버터(2)의 열화판정을 행하는 경우에는 그 소정의 크랭크 각도의 시점에서 센서(3,4)가 출력하고 있는 데이터를 사용하여 상관함수의 계산 등을 행하는 것이 더욱 바람직하다.
이것은 촉매 콘버터(2)의 열화판정을 행하는 경우에는 상기한, 바와 같이 공연비 피이드백 제어주파수 보다도 저 주파수의 성분을 커트하고 있으나, 이 공연비 피이드백 제어 주파수는, 엔진의 회전수에 따라 변경되는 것이기 때문이다. 즉, 크랭크 각도에 대응하여 샘플링을 행하는 경우에는, 회전수의 변경에 의한 영향을 받지 않기 때문에 하 등의 수정도 필요치 않으나, 일정시간 마다 출력되는 데이터를 사용하는 경우에는 수정이 필요하게 되기 때문이다. 한편, 전 O₂센서(3)의 열화특성은 센서 그 자체의 상태에 의존할 뿐이고, 엔진 회전수에 의한 영향은 받지 않는다.
또, 데이터 처리에 있어서 시간을 그대로 사용하기 때문에 전 O₂센서(3)의 열화판정에 있어서는 일정시간 마다의 데이터를 사용하여 자기 상관함수를 산출하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 실시예에 있어서는, 자동차의 통상 주행중에 엔진의 배기 정화제어기기인 촉매 콘버터 및 공연비 센서(본 실시예에 있어서는 산소센서)의 열화를 진단할 수 있다. 또, 신호의 유사성 판단에 있어서, 상관함수를 사용하고 있기 때문에 주파수, 진폭 등을 사용하여 판단하는 경우에 비해 노이즈에 강하다. 또, 필터 등에 의하여 외란성분을 제거함으로써 더욱 그 정밀도를 높은 것으로 하고 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 자동차의 통상 주행중에 엔진의 배기정화제어기기인 촉매 콘버터 및 센서의 열화를 진단할 수 있다.

Claims (17)

  1. 엔진 배기가스중의 산소농도 혹은 공연비를 검출하여, 배기가스 중의 공연비를 소정치로 유지하도록 연료분사량을 조정하는 공연비 제어장치를 가지는 엔진을 대상으로 한, 배기가스를 촉매에 의하여 정화하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단 장치로서, 상기 촉매에 의하여 정화되기 전에 있어서의 배기가스의 산소 농도 혹은 공연비를 검출하는 전 공연비 센서와, 상기 촉매에 의하여 정화된 후에 있어서의 배기가스의 산소농도 혹은 공연비를 검출하는 후 공연비 센서와, 상기 전 공연비 공연비 센서와 상기 후 공연비 센서와의 출력신호로 부터, 상기 공연비 제어장치의 공연비 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시키는 특징파형 추출수단과, 상기 특징파형 추출수단을 통과한 상기 신호의 상관 함수를 산출하는 상관함수 산출수단과, 상기 상관함수의 값에 의거하여 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 촉매상태 판정수단을 가지며, 상기 촉매상태 판정수단에 의하여 판정된 촉매의 열화상태에 의하여 엔진 배기가스 정화장치의 진단을 행하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상관함수 산출수단은 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 신호중, 상기 전 공연비 센서에 유래하는 신호의 자기 상관함수(øxx)를 계산하여 출력하는 자기 상관함수 산출수단과, 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 상기 전 공연비 센서에 유래하는 신호와, 상기 특징파형 추출수단으로부터 출력되는 상기 후 공연비 센서에 유래하는 신호와의 상호 상관함수(øxy)를 계산하여 출력하는 상호 상관함수 산출수단과, 상기 상호 상관함수(øxy)의 어느 값과, 상기 자기 상관 함수(øxx)의 어느 값과의 비를 순차 열화지표(øi)로서 출력하는 열화지표 산출수단을 가지고, 상기 촉매 상태 판정수단은 미리 설정된 기준치를 가지고, 그 기준치와 상기 순차열화 지표(øi)를 비교함으로써 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열화지표 산출수단은, 소정의 기간마다 해당 기간내의 상기 상호 상관함수(øxy)의 최대치(øxy)max와, 해당기간내의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max와의 비를 상기 순차 열화지표(øi)로서 출력하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열화지표 산출수단은 과거에 있어서 상기 소정기간 별로 산출한 상기 순차열화지표(øi)의 소정회수분의 평균치를 산출하고 이것을 최종 열화지표로서 출력하는 기능을 가지며, 상기 촉매상태 판정수단은 상기 순차 열화지표(øi)를 대신하여 그 최종 열화지표와, 상기 기준치를 비교함으로써 상기 촉매의 열화상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  5. 제4항에 있어서, 엔진의 회전수 및/또는 촉매의 온도를 검출하는 운전상태 검출수단을 가지고, 상기 열화지표 산출수단은 상기 운전상태 검출수단의 검출결과를 계수로하여 상기 최종 열화지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 특징파형 추출수단은 하이패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 특징파형 추출수단은 대역 통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  8. 제1항에 있어서, 엔진이 소정의 크랭크 각도에 있는 것을 검지하는 크랭크 각도 검지수단을 가지고, 상기 상관함수 산출수단은 상기 소정의 크랭크 각도에 있음을 상기. 크랭크 각도 검지수단이 검지한 시점에서 상기 전 공연비 센서 및 상기 후 공연비 센서가 출력하고 있던 데이터를 이용하여 상기 상관함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  9. 제2항에 있어서, 미리 설정된 제2의 기준치를 가지고, 상기 자기 상관함수(øxx)의 값과 그 제2의 기준치와를 비교함으로써 상기 전 공연비 센서의 열화상태를 판정하는 센서상태 판정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단장치.
  10. 센서자신의 상태변화에 따라 그 출력신호의 응답특성이 변화하는 센서의 진단장치에 있어서, 상기 센서의 출력신호의 자기 상관함수(øxx)를 계산하여 출력하는 자기 상관 함수 산출수단과, 미리 설정된 기준치를 가지고, 상기 자기 상관함수(øxx)의 값을 그 기준치와 비교함으로써 상기 센서의 상태를 판정하는 센서상태 판정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  11. 제10항에 있어서, 소정의 기간마다, 해당기간내에 있어서의 상기 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 산출하고, 과거 소정 회수분의 그 최대치(øxx)max의 평균치를 산출하여 센서상태 지표로서 출력하는 센서상태 지표산출수단을 가지고, 상기 센서상태 판정수단은 그 센서상태 지표와, 상기 기준치를 비교함으로써 상기 센서의 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  12. 제10항에 있어서, 센서를 포함하여 구성되고, 그 센서의 검출결과에 따라 그 센서의 검출대상을 피이드백 제어하는 제어장치에 적용되는 센서의 진단장치에 있어서, 상기 센서의 출력신호로부터 상기 제어장치의 제어주파수대 보다도 저주파수대의 신호를 감쇠시키는 특징파형 추출수단을 가지고, 상기 자기 상관함수 산출수단은 상기 특징파형 추출수단을 통과한 후의 신호를 기초로하여 자기 상관함수(øxx)를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 특징파형 추출수단은 하이패스 필터인 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 특징파형 추출수단은 대역 통과필터인 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 자기 상관함수 산출수단은 상기 센서에 의하여 얻어지는 데이터중 일정시간별의 데이터를 사용하여 상기 자기 상관함수(øxx)를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서의 진단장치.
  16. 배기가스를 촉매에 의하여 정화하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단 방법으로서, 촉매에 의하여 정화되기 전의 배개가스의 공연비의 측정 데이터의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max와, 촉매에 의하여 정화되기 전의 배기가스의 공연비의 측정 데이터와, 촉매에 의하여 정화된 후의 배기가스의 공연비의 측정 데이터와의 상호 상관함수(øxy)의 최대치(øxy)max와의 비를 산출하고, 그 비의 값을 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 촉매열화 상태를 판단하고, 그 판단결과를 가지고 엔진 배기가스 정화장치의 진단을 행하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 정화장치의 진단방법.
  17. 센서자신의 상태변화에 따라 그 응답 특성이 변화하는 센서의 진단방법에 있어서, 소정의 기간마다, 상기 센서의 출력신호의 자기 상관함수(øxx)의 최대치(øxx)max를 산출하고, 그 최대치(øxx)max를 미리 정해진 기준치와 비교함으로써 센서의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 센서의 진단방법.
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