(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気管に装着された触媒の排気上下流に空燃比のリッチ、リーンにより出力特性が反転するＯ2 センサを装着し、ラムダコントロール条件における両Ｏ2 センサの周波数比から前記触媒の劣化を診断する触媒の自己診断装置において、
機関の始動から暖機に至る間で、前記触媒がＨＣを吸着している期間において、前記触媒上流のＯ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリーン出力を継続して示し、前記触媒上流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間と前記下流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間との比が所定値より大きい場合で、
かつ、機関の始動から暖機に至る間で、前記触媒がＨＣを吸着している期間の後の、前記触媒がＨＣを脱離している期間において、前記触媒上流Ｏ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリッチ出力を継続して示し、前記触媒上流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間と下流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間との比が所定値より小さい場合は、
前記触媒の性能が良い事を診断することを特徴とする触媒の自己診断装置。
【請求項２】
前記触媒としてＨＣ吸着触媒又はリーンＮＯｘ触媒とする事を特徴とする請求項１記載の触媒の自己診断装置。
【請求項３】
前記触媒性能の診断を、機関の始動から冷却水温が定常値となるまでの暖機過程のみに行う事を特徴とする請求項１または請求項２記載の触媒の自己診断装置。
【請求項４】
前記触媒の診断する性能として、ＨＣ吸着触媒のＨＣ吸着性能、リーンＮＯｘ触媒のリーン条件におけるＮＯｘ転化性能とする事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の触媒の自己診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーンＮＯｘ触媒やＨＣ吸着触媒のように冷間時にＨＣを吸着する触媒のリーンＮＯｘ転換・ＨＣ吸着性能の診断法を特徴とした触媒の自己診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の触媒の自己診断装置としては、例えば特開平６−６６１３１号公報があり、これはＨＣ吸着触媒の自己診断法を示す。
【０００３】
また触媒材料としては、特開平３−１３５４３７号公報と特開平６−２０５９７５号公報等に示すものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の触媒の自己診断装置にあっては、暖機後の触媒上下流Ｏ２  センサの周波数比から診断を検出する方法（吸着材の三元触媒能力から吸着材の吸着能力を診断する）となっていたため、吸着性能と三元触媒性能の相関が低いと診断の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、ＨＣ吸着触媒やリーンＮＯｘ触媒の冷間時のＨＣ吸着能力と冷間時から暖機までの間のＨＣ脱離能力とを診断する触媒の自己診断装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、機関の排気管に装着された触媒の排気上下流に空燃比のリッチ、リーンにより出力特性が反転するＯ2 センサを装着し、ラムダコントロール条件における両Ｏ2 センサの周波数比から触媒の劣化を診断する装置において、機関の始動から暖機に至る間で、触媒がＨＣを吸着している期間において、触媒上流のＯ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリーン出力を継続して示し、触媒上流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間と下流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間との比が所定値より大きい場合で、かつ、機関の始動から暖機に至る間で、触媒がＨＣを吸着している期間の後の、触媒がＨＣを脱離している期間において、触媒上流Ｏ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリッチ出力を継続して示し、触媒上流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間と下流のＯ2 センサ出力が排気空燃比のリッチを検出している期間との比が所定値より小さい場合は、触媒の性能が良い事を診断する。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、機関の始動から暖機に至る間で、触媒がＨＣを吸着している期間において、触媒上流のＯ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリーン出力を継続して示し、その後の、触媒がＨＣを脱離している期間において、前記触媒上流Ｏ2 センサ出力が変化しても、下流のＯ2 センサ出力がリッチ出力を継続して示す事により、前記触媒の性能が良い事を診断する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。尚、触媒材料は従来例特開平３−１３５４３７号公報および特開平６−２０５９７５号公報に示したものが適用可能である。
【００１１】
図１は本発明のクレーム対応図である。
【００１２】
図１において（Ａ）は上流側Ｏ２  センサ、（Ｂ）は下流側Ｏ２  センサである。両者の信号は（Ｄ）の信号比較回路に入力される。（Ｃ）は水温センサであり、このセンサ出力と（Ｄ）の出力とが、（Ｅ）の触媒劣化回路とに入力されて、劣化を判定する。（Ｆ）は警報回路であり、触媒劣化時に発光ダイオードを光らせる。
【００１３】
〔実施の形態１〕
図２は本発明の実施の形態１を示す図である。図２において１はエンジンであり、吸入空気はエアフロメータ２、スロットルバルブ３、吸気管４を経由して吸入される。５はインジェクタであり、燃料を供給する。６は点火プラグであり、点火する。７は排気マニホールドであり、その下流にはフロントチューブ８が連結されている。さらにフロントチューブの途中には触媒１０が装着され、その下流にはマフラ１１が連結されている。１３はエアフロメータであり、吸入空気流量を計測する。１４はクランク角センサであり、エンジンのクランク角度を検出する。１５は冷却水温センサであり、冷却水温を検出する。１６は上流側Ｏ２  センサ、１７は下流側Ｏ２  センサである。１８は発光ダイオードであり、故障時に点灯して警告する。１２はコントローラであり、上記各センサの信号を演算して、上記各アクチュエータを駆動する。
【００１４】
図３は触媒が正常な場合を示す。ｔ0 の時刻にエンジンが始動される。始動直後からλコントロールを開始するために、上流Ｏ2 センサ出力は図３に示すように反転をくり返す。触媒が正常であれば触媒温度が低い期間はＨＣを吸着し、触媒温度が高くなるとＨＣを脱離する。従って、ｔ0 〜ｔ1 間はＨＣを触媒が吸着している。ｔ1 〜ｔ2 間はＨＣを脱離する。この結果ｔ0 〜ｔ1 は上流Ｏ2 センサ信号が反転しているのに、下流Ｏ2 センサ出力は低い。ｔ1 〜ｔ2 は上流Ｏ2 センサ信号が反転しているのに、下流Ｏ2 センサ出力は高い。
【００１５】
一方、触媒が劣化している場合を、図４に示す。図４において触媒の劣化はＨＣ吸着能の劣化と相関を有するために、ＨＣ濃度は触媒上流と触媒下流とでは差はない。このためＯ２  センサ出力は触媒上下流ともに同一の周波数で反転する。
時刻ｔ３  以降は三元触媒性能が活性化して、Ｏ２  ストレージ機能が働くために、下流Ｏ２  センサ信号の反転数は小さくなる。ｔ３  以降は診断を行わない。
【００１６】
このようにｔ０  →ｔ３  間で上記触媒の診断を行う。
【００１７】
図５に本実施の形態のフローチャートを示す。
【００１８】
本フローはΔＴごと（例えば５０ｍｓ）に実行される。まずＳ１で始動終了かどうかを判定する。ここでＮＯならＳ２に移って、ＴmS,n（始動からのタイマであり、ｎは添字）は０のままとする。一方、Ｓ１でＹＥＳならＳ３に移って、ＴmS,nをΔＴだけ増加させる。次にＳ４で上流のＯ2 センサ出力（ＶF0）を測定し、さらにＳ５で下流のＯ2 センサ出力（ＶR0）を測定する。次にＳ６でＶF0を比較値（ＳＬ）と比較して、Ａ／Ｆが理論空燃比よりリッチかどうかを判定する。Ｙならリッチであるので、Ｓ７に移る。Ｓ７では上流Ｏ2 センサのリッチ累積時間（ＴmF,n，ｎは添字）をΔＴだけ増加させる。
【００１９】
次にＳ８ではＳ６と同様に下流Ｏ2 センサの出力（ＶR0）をＳＬと比較する。ＹならＳ９に移って、下流Ｏ2 センサのリッチ累積時間（ＴmR,n）をΔＴだけ増加させる。Ｓ６又はＳ８でＮの場合と、Ｓ９の次に、Ｓ１０でＴmS,nをＴ1 と比較する。このＴ1 は定数であり、図３に示すように、吸着されたＨＣが脱離して、触媒下流のＨＣ濃度が触媒上流のＨＣより高くなるまでの時間である。この値は触媒の種類や位置に応じて設定する。Ｓ１０でＹなら始動からまだ時間が経過していないので、フローは終了する。Ｓ１０でＮならＳ１１に移り、ＴmS,nをＴ1 かどうか判定する。
【００２０】
Ｓ１１でＹなら時間がＴ1 経過したので触媒の最初の診断を行う。Ｓ１２ではフローチャートに示すように、触媒の上下流でのリッチ時間の比を所定値ｋ1 と比較する。触媒が正常なら図３に示すように、上流Ｏ2 センサのリッチ割合は５０％位だし、下流Ｏ2 センサは排気中のＨＣを吸着するために、リッチ割合は小さい。従ってこの比は大きくなる。このｋ1 も触媒の種類や取付位置に応じて設定する。このＳ１２でＮならＳ１７に移って、触媒異常と判定する。Ｓ１２でＹならＳ１３に移って、タイマ（ＴmR,nとＴmF,n）を０にリセットして後半の診断に備える。
【００２１】
Ｓ１１でＮなら図３に示す時間Ｔ２  での脱離条件での診断に移る。Ｓ１４ではＴｍＳ，ｎをＴ２  と比較する。ＮならまだＴ２  だけ経過していないので、フローを終了する。Ｓ１４でＹなら時間がＴ２  経過したので、触媒上流と下流とのリッチ時間の比を所定値ｋ２  と比較する。触媒が正常なら図３に示すように、かなり小さくなる。Ｓ１５でＹならＳ１６に移って、触媒正常と判定する。Ｓ１５でＮならＳ１７に移って、触媒異常と判定する。
【００２２】
図４には触媒が劣化した条件における、各信号を示す。
【００２３】
触媒のＨＣ吸着能力がないために、触媒上下流のＯ２  センサ信号はほぼ同一である。
【００２４】
ｔ３  以降は触媒のＯ２  ストレージ機能が働くために、下流Ｏ２  センサの反転回数は減少する。
【００２５】
以上のように、本実施の形態においては、始動からＴ１  時間経過までには触媒のＨＣ吸着能力を診断し、Ｔ１  経過後、Ｔ２  時間には触媒のＨＣ脱離能力を診断することにより、高精度の診断を行う。
【００２６】
〔実施の形態２〕
図６に、本発明の実施の形態２のフローチャートを示す。
【００２７】
実施の形態２は、診断を行うタイミングを機関の冷却水温によって決定するものである。実施の形態１と異なるのは、Ｓ５Ｂで冷却水温センサの出力から冷却水温を検出するステップである。Ｓ６〜Ｓ９は実施の形態１と同一である。Ｓ１０ではＴｗ  を所定値ＴＷ１と比較する。Ｓ１０でＹなら冷却水温はまだ低すぎるので終了する。Ｓ１０でＮＯならＳ１１に移ってＴＷ  がＴＷ１に等しいかどうかを判定する。Ｓ１１でＹＥＳなら前半の診断を行うタイミングなので、Ｓ１２に移る。Ｓ１２〜Ｓ１３は実施の形態１と同じである。
【００２８】
Ｓ１１でＮならＳ１４に移る。Ｓ１４ではＴＷ  をＴＷ２と比較する。Ｓ１４でＮなら後半の診断を行うタイミングではないので終了する。Ｓ１４でＹならＳ１５に移る。Ｓ１５〜Ｓ１７は実施の形態１と同じである。
【００２９】
図７に各信号の変化を示す。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明においてＨＣ吸着触媒やリーンＮＯｘ触媒のように冷間時にＨＣを吸着し、暖機後にＨＣを脱離する触媒を上下流のＯ２  センサのリッチ時間の比から診断する方法としたため、吸着時と脱離時にそれぞれ診断出来るので、診断の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるクレーム対応図である。
【図２】本発明における実施の形態１を示した図である。
【図３】本発明における実施の形態１の触媒が正常な場合を示した図である。
【図４】本発明における実施の形態１の触媒が劣化している場合を示した図である。
【図５】本発明における実施の形態１のフローチャートを示した図である。
【図６】本発明における実施の形態２を示した図である。
【図７】本発明における実施の形態２の各信号の変化を示した図である。
【符号の説明】
Ａ    上流側Ｏ２  センサ
Ｂ    下流側Ｏ２  センサ
Ｃ    水温センサ
Ｄ    信号比較回路
Ｅ    触媒劣化回路
Ｆ    警報回路
１    エンジン
２    エアフロメータ
３    スロットルバルブ
４    吸気管
５    インジェクタ
６    点火プラグ
７    排気マニホールド
８    フロントチューブ
１０    触媒
１１    マフラ
１２    コントローラ
１３    エアフロメータ
１４    クランク角センサ
１５    冷却水温センサ
１６    上流側Ｏ２  センサ
１７    下流側Ｏ２  センサ
１８    発光ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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