(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒（１２）の機能状態の判定方法であって、
前記触媒は排ガス系統ラインにて内燃機関（１０）の後方で作動され、
第１酸素ゾンデ（１３.Ｖ）が触媒の前方に配置され、第２酸素ゾンデ（１３. ｈ）が触媒の後方に配置されており、
ａ）機関に対する二点式混合気制御を、実際の制御信号としての、触媒の前方に配置されたゾンデの信号により実施するステップと、
ｂ）場合により触媒の後方に配置されたゾンデにて検出可能な制御振動を判定するステップを有する形式の方法において、
ｃ）所定の条件を充足する、触媒の後方に配置されたゾンデの信号の制御振動が検出されると直ちに、機関に対する二点式混合気制御を、実際の制御信号としての、触媒の後方に配置されたゾンデの信号により実施するステップと、
ｄ）当該二点式混合気制御における制御周波数（ｆ）を求め、周波数限界値（ｆ＿ＳＷ）と比較するステップと、
ｅ）求められた制御周波数が前記周波数限界値より高い場合、触媒を交換さるべきものとして評価するステップを有することを特徴とする触媒の機能状態の判定方法。
【請求項２】
ステップｃ）では所定の機関作動条件が生起しているか否かを付加的に問い合せ、その条件が生起している場合にのみステップｄ）へ進むようにした請求項１記載の方法。
【請求項３】
ステップｃ）における所定の条件は前記の振幅に対する条件であって、制御振動が触媒の後方に配置されたゾンデの信号中で検出されるという条件であるようにした請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
ステップａ）及び／又はｃ）における二点式混合気制御を特別なチェックパラメータを用いて行う請求項１から３までのうちいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）以降のステップを所定の機関作動状態が生起している場合にのみ実施する請求項１から４までのうちいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記機関作動状態は無負荷作動状態であるようにした請求項２又は５記載の方法。
【請求項７】
触媒（１０）の機能状態の判定装置であって、前記触媒は内燃機関（１０）の排ガス系統中で作動され、第１酸素ゾンデ（１３. ｖ）が触媒の前方に配置され、第２酸素ゾンデ（１３.ｈ）が当該触媒の後方に配置されており、
当該触媒の前に配置されたゾンデの信号を実際の制御信号として用いて機関に対する二点式混合気制御を行うための制御装置（１４）を有しており、
スイッチング信号によって制御される切換装置（１５）を有し、該切換装置は前記触媒の前に配置されたゾンデの信号又は前記触媒の後ろに配置されたゾンデの信号を実際の制御信号として前記制御装置に供給するために用いられ、
スイッチング信号生成装置（１６）を有しており、
評価装置（１７）を有しており、該評価装置は次のように構成されており、即ち、
当該二点式混合気制御での制御周波数（ｆ）を求め、周波数限界値（ｆ＿ＳＷ）と比較し、
求められた制御周波数が当該周波数限界値より高い場合に触媒を交換すべきものとして評価するように構成されている形式のものにおいて、
前記スイッチング信号出力装置（１６）は判定装置として構成されており、
該判定装置は機関が実際の制御信号である触媒前方に配置されたゾンデの信号により二点式混合気制御で作動される際、場合により触媒の後方に配置されたゾンデにて検出可能な制御振動を判定し、また、当該判定された制御振動が所定の振幅条件を充足する場合にはスイッチング信号を出力し、
該スイッチング信号によって切換装置（１５）が切り換えられ、ここで触媒の後方に配置されたゾンデの信号が実際の制御信号として制御装置に出力される、ように構成されていることを特徴とする触媒の機能状態の判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車における触媒の機能状態の判定方法及び装置に関し、上記判定は何時上記触媒が取り替えられるべきかを識別するために行われる。そのような識別を行うべき理由は触媒の転換能力が著しく低下して許容されない程高い有害ガス噴出が懸念されるようになってしまうからである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒の機能正常性の判定のためには多数の方法が公知である。重要で代表的な手法は振幅評価による方法及び周波数評価による方法である。
【０００３】
周波数評価による方法は文献ＤＥ−Ｃ−３４４３６４９から公知である。この方法では、添付された請求項１の要件ｃ）にて規定されたような、機関に対する二点式混合気制御が実施される。即ち当該制御は触媒後方に配置されたゾンデの信号を実際の制御信号として用いて実施される。更に上記公知手法は添付された請求項１のステップｄ）及びｅ）を用い、これらのステップに従って当該混合気制御の制御周波数を求め、周波数限界値と比較し、求められた制御周波数が周波数限界値より高い場合に当該触媒は取り替えられるべきものとして評価される。当該方法の基礎を成す認識によれば、触媒の転換能力が良好な場合は、触媒の後方での濃厚又は稀薄の方への混合気調整が作用を発揮するまでに比較的長い時間がかかる。濃厚から稀薄への又はその逆の向きでの混合気の変化調整後の当該の長いむだ時間によってはわずかな制御周波数が生ぜしめられる。触媒の転換能力が悪くなればなる程、むだ時間は益々短くなり、制御周波数は益々高くなる。
【０００４】
振幅評価を用いる判定方法は米国特許第４，６２２，８０９号明細書（ＵＳ−Ａ−４，６２２，８０９）から公知である。当該方法は添付された請求項１の構成要件ａ）及びｂ）を具備する。ここでは、触媒の前に配置されたゾンデの信号を実際の制御信号として用いる、機関に対する二点式混合気制御が通常の手法で実施される。触媒の後方に配置されたゾンデによっては触媒の入力側における酸素含有量の、当該触媒入力側に生起する制御振動がそれの出力側においても検知されるか否かがしらべられる。触媒が良好な転換能力を有する限り、触媒の出力側では制御振動は検知され得ない。しかし所定の老化状態以降は触媒後方のゾンデでも排ガスの酸素含有量の振動が生じる。そのような振動は次のようにしても所期のように生ぜしめられ得る。即ち、機関が可変の制御パラメータ（これによって触媒入力側における比較的大きな振動振幅が生ぜしめられる）で作動されることによって生ぜしめられる。またチェックは所定の機関作動状態においてのみ、例えば無負荷作動状態においてのみ実施され得る。振幅評価のためには多数の精細手法が公知である。
【０００５】
上述の評価方法のうちでは周波数評価は振幅評価より応答感度が良好であるが、存在する実現手法は振幅評価におけるよりは著しく少ない。それというのは、周波数評価方法による触媒判定手段は機関の安定性及び有害ガス噴出に対して不都合な悪影響を及ぼすからである。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的ないし課題とするところは応答感度が良好であって、而も被検触媒が作動される機関の作動安定性及び有害ガス噴出に不都合な影響を及ぼさない、触媒の機能状態の判定方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【発明の構成】
上記課題は請求項１の方法の構成要件及び請求項７の装置の構成要件により解決される。
【０００８】
本発明は比較的不正確であるが機関作動に適した振幅評価方法を応答感度のよい周波数評価方法と組合せるものである。本発明では振幅評価は触媒の老化状態がなお比較的良好である間（従って触媒が交換されるべきか否かが、高感度で可及的に的確に判定される必要のない間）実施される。但し、所定の条件を充足する触媒出力側での制御振幅が検出されると直ちに、更なる判定のための周波数評価へ切換られる。上記の所定の条件とはおよそ或１つの振幅が検出されるというものである。
【０００９】
上記方法は、触媒が可成り老化している場合には周波数評価方法は機関作動にもはや悪影響を及ぼさないという認識に基づいている。即ち、その際触媒は、ガス流通むだ時間（これは燃料の噴射時点から、内燃機関でのプロセス後に触媒の前に配置されたラムダゾンデに到達する時点までの混合気の流通時間に相当する）に、触媒の転換能力により定まる比較的短いむだ時間を追加するだけである。当該ガス流通むだ時間が例えば０．５ｓｅｃであり、もって触媒の前方に配置されたゾンデの信号を実際の制御信号として用いて制御する際に制御周波数が１Ｈｚである場合、総合むだ時間（変化された噴射量の時点から、後方酸素ゾンデにおける混合気変化の時点まで）は新しい触媒の場合は約１０ｓｅｃである。これに対し、通常の制御作動にて制御振動が触媒の出力側にて検知される程度に老化した触媒の場合は、約３〜２ｓｅｃでしかない。直ぐ前に述べたようなむだ時間の延長は、二点式混合気制御によりなされる混合気変化調整を引き起こす。このような混合気変化調整はなお機関作動状態及び有害ガスに悪影響を及ぼさずに受け入れられる。
【００１０】
従来の触媒の機能状態の判定方法は判定感度の向上のため、または走行不安定性の回避のために、所定の作動状態、殊に無負荷作動にて判定を実施することに頼らざるを得なかったが、本発明の方法ではそのような制限は存在しない。チェック方法に関して非常にクリティカルに機関が作動さるべき例外的場合においてのみ、当該判定を特別な機関作動状態、殊に無負荷作動状態にて実施することが推奨される。
【００１１】
【実施例】
図１中に破線の右側に示す評価装置は機関１０にて作動され、機関の吸気ライン中には噴射弁装置１１が設けられている。機関の排ガスライン中には触媒１２が設けられており、その前には酸素ゾンデ１３. ｖが、又その後方には酸素ゾンデ１３. ｈが配置されている。上記判定装置は制御装置１４と、切換スイッチ１５の形の切換装置と、スイッチング信号出力装置１６と周波数決定及び評価装置とを有する。上記周波数決定及び評価装置は評価信号ＢＷＳを出力し、該評価信号は信号が高い場合、触媒１２が交換されるべきことを指示する。制御装置１４は噴射時間−予制御特性領域部１８と、制御器１９と、設定値発生器２０と、制御量減算器２１と、補正乗算器２２とを有する。
【００１２】
これまでに説明した構成は文献ＤＥ−Ｃ−３４４３６４９における動作機能についての記載事項中に開示されているが、相違するところは、上述の文献ではスイッチング信号出力装置１６が、所定の機関作動条件の存在の際又は手動での投入の際に、触媒１２の機能状態が周波数評価方法（周波数決定及び評価装置１７にて実施されるような周波数評価方法）により求められるチェック位置に切り換わる装置に過ぎないのに対して、本発明の装置ではスイッチング信号出力装置１６自体が触媒１２の機能状態の判定のためのチェックプロセス、即ち振幅評価プロセスを実施するというところである。以下これについて詳述する。
【００１３】
周波数評価方法による判定が行われない間、スイッチ１５は図１に示す位置におかれる、換言すれば触媒の前方に配置されたゾンデ１３. ｖの出力信号を実際の制御量として制御量減算器２１へ供給する。この減算器２１は当該の制御量の実際値を設定値発生器２０から出力される設定値から減算する。減算器２１にて形成された差から制御器１９は任意の制御アルゴリズム、通常は二点式制御のためのＰＩ−アルゴリズムに従って制御ファクタＦＲを生成し、この制御ファクタは補正乗算器２２にて予制御噴射時間との乗算を施される。上記予制御噴射時間は噴射時間予制御特性領域部１８から機関作動パラメータの実際値に依存して読出されるものであり、当該のパラメータは例えば回転数ｎ及び負荷Ｌ（例えば絞り弁位置、吸気管圧力、空気流量）である。当該の二点式制御では所定の制御周波数が生じ、上記制御周波数は回転数に依存し、典型的には１Ｈｚを中心とした領域である。
【００１４】
図１から明らかなように触媒の後方に配置されたゾンデ１３. ｈの出力信号は継続的にスイッチング信号出力装置１６に加わる（要するに、スイッチ１５が触媒の前方に配置されたゾンデ１３. ｖの信号の方にスイッチングされる場合でも）。スイッチング信号出力装置１６は触媒１２の機能状態の判定のための任意の振幅評価プロセスを実施する。本実施例では上記装置は、触媒の後方に配置されたゾンデ１３. ｈから、触媒の出力側における酸素含有量の振動を示す信号が出力され、所定時間間隔に亘り形成されたその平均値が所定の限界値を越えると直ちにスイッチ信号を生成する。当該スイッチ信号によってスイッチ１５は切換られ、ここで触媒の後方に配置されたゾンデ１３. ｈの信号が実際の制御量として制御量減算器２１へ供給される。従って、制御は触媒の後方に配置されたゾンデ１３. ｈからの制御量の実際値に基づいて実施される。それと同時に周波数決定及び評価装置１７はスイッチ信号により作動され、そこで該装置１７は自身に供給される制御ファクタＦＲの信号の周波数を決定し、所定の周波数と比較をする。求められた周波数が周波数限界値を越えると直ちに、評価信号は高いレベルにセットされ、それにより、触媒１２が取り替えられるべきものであることが指示される。
【００１５】
図１に沿って説明した方法を図２によっても説明する。図２に示すように当該方法のスタート後、機関１０は触媒１２の前のゾンデ１３. ｖの信号により二点式制御で制御作動される（ステップ１）。ついで触媒の後方に配置されたゾンデにて制御振動が検知されるか否かが調べられる（ステップ２）。否定の場合はステップ１へ戻る。肯定の場合は機関は触媒の後方に配置されたゾンデの信号により二点式制御で制御作動される（ステップ３）。ここで制御周波数ｆが測定され、これは図２のフローチャートには別個の測定プロセスステップ４で示されている。測定された制御周波数ｆが周波数限界値ｆ＿ＳＷより大きい場合（ステップ５におけるチェック）触媒は取り換えるべきものと評価される。このような結果が指示され、これは計器板におけるランプの作動により及び／又は誤りメモリ内への書込により行われ、上記メモリは工場診断過程にて読出される。ステップ６にて当該の終結的過程の後又は制御周波数が周波数限界値以下になることがステップ５にて明らかになったとき、再びステップ１に戻る。上記ルーチンは機関が停止されるまで繰り返される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば応答感度が良好であって、而も被検触媒が用いられる機関の作動安定性及び有害ガス噴出に不都合な影響を及ぼさない、触媒の機能状態の判定方法及び装置を実現したという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  触媒の機能状態判定装置のブロック機能図である。
【図２】  図１の装置により実施される方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０  機関
１１  噴射弁装置
１２  触媒
１３  酸素ゾンデ
１４  制御装置
１５  スイッチ
１６  スイッチング信号出力装置
１７  周波数決定及び評価装置
１８  噴射時間予制御特性領域部
１９  制御器
【図１】
0003638319.tif 000002
【図２】
0003638319.tif 000003