(57)【要約】      （修正有）【課題】気筒に流入する吸気の量が少ない低負荷運転が継続される状況において、触媒が劣化していると誤判定することを回避する。【解決手段】空燃比センサの出力信号と比較するべき第一の閾値ＴＡ及び第二の閾値ＴＢを予め定めておき、空燃比センサの出力信号が第一の閾値ＴＡから第二の閾値ＴＢまで変動するのに要した時間ｔ１、または、出力信号が第二の閾値ＴＢから第一の閾値ＴＡまで変動するのに要した時間ｔ２を計測し、その計測した時間ｔ１、ｔ２が判定値よりも短い場合に触媒が劣化していると判定するものとした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に装着される排気ガス浄化用の触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力を参照して触媒の状態を判定するものであって、
空燃比センサの出力と比較するべき第一の閾値及び第二の閾値を予め定めておき、
空燃比センサの出力が第一の閾値から第二の閾値まで変動するのに要した時間、または、空燃比センサの出力が第二の閾値から第一の閾値まで変動するのに要した時間を計測し、その計測した時間が判定値よりも短い場合に触媒が劣化しているとの判定を下す触媒劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化する触媒の状態を判定する触媒劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ及びＣＯを酸化し、ＮＯxを還元して無害化する三元触媒が装着されている。
【０００３】
触媒による排気ガスの浄化能力は、触媒内に吸着できる酸素量の影響を受ける。触媒の酸素吸蔵能力（Ｏ2  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）は、経年劣化により減退する。触媒の劣化が進行すると、浄化できずに排出される有害物質の量も増大する。一方で、触媒の劣化は、車両の走行性能自体には殆ど影響を及ぼさない。それ故、異常な排出ガス車が長期間、無意識に使用され続けるおそれがある。
【０００４】
このような事象に対処するべく、触媒の経年劣化を自己診断するダイアグノーシス機能を車両に実装することが通例となっている。典型的なダイアグノーシスでは、触媒に流れ込むガスの空燃比がリーンからリッチに（または、リッチからリーンに）切り替わってから、触媒の下流側にある空燃比センサによって検出されるガスの空燃比がリーンからリッチに（または、リッチからリーンに）切り替わるまでの時間差を計測し、その時間差が判定値よりも短い場合に、触媒が劣化しているものと判定する（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−０３３４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
運転者がアクセルペダルをあまり踏み込まず、気筒に流入する吸気の量が少ない低負荷運転が長時間継続される状況では、触媒の下流側の空燃比センサの出力信号が比較的小さな振幅かつ高い頻度で振動し、見かけ上空燃比のリッチ／リーンが頻繁に切り替わっているような様相を呈する。そのような出力信号を参照してダイアグノーシスが実施されると、未だ十分な酸素吸蔵能力を有している触媒であっても、劣化した触媒であると誤判定してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の点に初めて着目してなされたものであり、触媒の劣化判定の精度をより一層高めることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、内燃機関の排気通路に装着される排気ガス浄化用の触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力を参照して触媒の状態を判定するものであって、空燃比センサの出力と比較するべき第一の閾値及び第二の閾値を予め定めておき、空燃比センサの出力が第一の閾値から第二の閾値まで変動するのに要した時間、及び／または、空燃比センサの出力が第二の閾値から第一の閾値まで変動するのに要した時間を計測し、その計測した時間が判定値よりも短い場合に触媒が劣化しているとの判定を下す触媒劣化判定装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、触媒の劣化判定の精度をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関のハードウェア資源構成を示す図。
【図２】同実施形態の触媒劣化判定装置が下流側空燃比センサの出力信号を参照して行う劣化判定の手法を説明するタイミング図。
【図３】低負荷運転が継続される状況における下流側空燃比センサの出力信号を例示するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
さらに、排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流に、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置してある。触媒４１の上流側の空燃比センサ４３、触媒４１の下流側の空燃比センサ４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよいし、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、各空燃比センサ４３、４４について、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ2センサを想定している。Ｏ2センサ４３、４４の出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。
【００１５】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１６】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。
【００１７】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータ及びユーザの操作に対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
しかして、本実施形態の触媒劣化診断装置たるＥＣＵ０は、プログラムに従い、触媒４１の下流側の空燃比センサ４４の出力ｇを参照して、触媒４１が劣化しているか否かを判定するダイアグノーシスを行う。
【００２０】
具体的には、図２に示すように、空燃比センサ４４の出力信号ｇと比較するべき第一の閾値ＴＡ及び第二の閾値ＴＢを予め定めておき、出力信号ｇが第一の閾値ＴＡから第二の閾値ＴＢまで変動するのに要した時間ｔ１、出力信号ｇが第二の閾値ＴＢから第一の閾値ＴＡまで変動するのに要した時間ｔ２をそれぞれ計測する。
【００２１】
そして、その計測した時間ｔ１、ｔ２を所定の判定値と比較する。計測時間ｔ１、ｔ２が判定値以上であるならば、触媒４１は劣化していないと判定する。翻って、計測時間ｔ１が判定値未満である、及び／または、計測時間ｔ２が判定値未満であるならば、触媒が劣化していると判定する。
【００２２】
劣化していない触媒４１は、高い酸素吸蔵能力を有している。当該触媒４１に流入するガスの空燃比がリッチからリーンに転じたときには、触媒４１が過剰な酸素を吸蔵することで、触媒４１の下流に流出するガスの空燃比のリーン化は遅れ、また緩やかに進行する。同様に、当該触媒４１に流入するガスの空燃比がリーンからリッチに転じたときには、触媒４１が吸蔵していた酸素を放出することで、触媒４１の下流に流出するガスの空燃比のリッチ化は遅れ、また緩やかに進行する。故に、計測される時間ｔ１、ｔ２が長くなる。
【００２３】
これに対し、劣化した触媒４１は、酸素吸蔵能力が低下している。従って、当該触媒４１に流入するガスの空燃比がリッチからリーンに転じたときには、触媒４１の下流に流出するガスの空燃比は急速にリーン化し、当該触媒４１に流入するガスの空燃比がリーンからリッチに転じたときにも、触媒４１の下流に流出するガスの空燃比は急速にリッチ化することとなる。故に、計測される時間ｔ１、ｔ２が短くなる。これに基づいて、触媒４１の劣化を知得することが可能である。
【００２４】
第一の閾値は、理論空燃比またはその近傍の空燃比のガスに触れた空燃比センサ４４が出力する値Ｓよりも高位（リッチ側）の値とする。第二の閾値は、理論空燃比またはその近傍の空燃比のガスに触れた空燃比センサ４４が出力する値Ｓよりも低位（リーン側）の値とする。
【００２５】
運転者がアクセルペダルをあまり踏み込まず、気筒１に流入する吸気の量が少ない低負荷運転が継続される状況では、図３に示すように、空燃比センサ４４の出力信号ｇが比較的小さな振幅で、理論空燃比近傍に対応する値Ｓの付近にて振動する。つまり、見かけ上は、触媒４１の下流側の空燃比のリッチ／リーンが頻繁に切り替わっているように見える。この事象は、触媒４１が劣化しておらず、未だ十分な酸素吸蔵能力を有していたとしても発生する。
【００２６】
劣化していない触媒４１を劣化した触媒４１であると誤判定することを回避するためには、低負荷運転が継続される状況において空燃比センサ４４から出力される信号ｇの振幅が第一の閾値ＴＡから第二の閾値ＴＢまでの範囲内に収まっているように、両閾値ＴＡ、ＴＢを実験的に（適合試験等を通じて）求めておくか、または運転中の学習により設定する。さすれば、ダイアグノーシスの際に計測される時間ｔ１、ｔ２が不当に短くなって誤判定を招くことが防止される。
【００２７】
触媒４１が劣化しているとの判定を下した場合、ＥＣＵ０は、その旨を示す情報をＥＣＵ０のメモリに記憶して保持するとともに、その旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知し、触媒４１の交換を促す。例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
【００２８】
ダイアグノーシスは、原則として、エンジン回転数または車速の単位時間あたりの変化量が所定以下であるような、加減速の少ない定常走行中に実施する。加減速が頻繁に繰り返されると、空燃比センサ４４の出力信号ｇが激しく変動し、この出力信号ｇを参照した劣化判定が困難となるからである。
【００２９】
本実施形態では、内燃機関の排気通路４に装着される排気ガス浄化用の触媒４１の下流に設けられた空燃比センサ４４の出力ｇを参照して触媒４１の状態を判定するものであって、空燃比センサ４４の出力ｇと比較するべき第一の閾値ＴＡ及び第二の閾値ＴＢを予め定めておき、空燃比センサ４４の出力ｇが第一の閾値ＴＡから第二の閾値ＴＢまで変動するのに要した時間ｔ１、及び／または、空燃比センサ４４の出力ｇが第二の閾値ＴＢから第一の閾値ＴＡまで変動するのに要した時間ｔ２を計測し、その計測した時間ｔ１、ｔ２が判定値よりも短い場合に触媒４１が劣化しているとの判定を下す触媒劣化判定装置０を構成した。
【００３０】
本実施形態によれば、気筒１に流入する吸気の量が少ない低負荷運転が長時間継続されるような状況下でダイアグノーシスが実施された場合に、劣化していない触媒４１を劣化しているものと誤判定してしまうおそれを低減できる。ひいては、触媒４１の劣化判定の精度をより一層高めることができる。
【００３１】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限られない。上記実施形態では、出力信号ｇが第一の閾値ＴＡから第二の閾値ＴＢまで変動するのに要した時間ｔ１、及び出力信号ｇが第二の閾値ＴＢから第一の閾値ＴＡまで変動するのに要した時間ｔ２を、個別に判定値と比較していたが、双方の合算値（ｔ１＋ｔ２）を判定値と比較し、（ｔ１＋ｔ２）が判定値以上である場合に触媒４１が正常であり、（ｔ１＋ｔ２）が判定値未満である場合に触媒４１が劣化していると判定するようにしてもよい。
【００３２】
時間ｔ１のみを計測し、その計測時間ｔ１のみを用いて劣化判定を行ってもよい。あるいは、時間ｔ２のみを計測し、その計測時間ｔ２のみを用いて劣化判定を行ってもよい。
【００３３】
時間ｔ１を複数回計測してそれらの平均値を求め、当該平均値を判定値と比較してもよいし、時間ｔ２を複数回計測してそれらの平均値を求め、当該平均値を判定値と比較してもよい。複数回の計測によって得た複数の合算値（ｔ１＋ｔ２）の平均値を求め、当該平均値を判定値と比較してもよい。
【００３４】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に付随する排気ガス浄化用の触媒の劣化診断に適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
０…触媒劣化判定装置（ＥＣＵ）
４…排気通路
４１…触媒
４３、４４…空燃比センサ（Ｏ2センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014152750.tif 000005