(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットスタート時であるのかコールドスタート時であるのかを判定する手段と、
この判定結果よりコールドスタート時にはこの時に触媒に生じる凝縮水に応じた値を、またホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定する手段と、
定常時の触媒温度を運転条件に応じて演算する手段と、
この定常時の触媒温度と吸入空気量の検出値から触媒に与えた総熱量を演算する手段と、
この触媒に与えた総熱量と前記基準熱量との比較により、触媒に与えた総熱量が基準熱流量以下のときに外気温をそのまま触媒温度推定値として設定し、また触媒に与えた総熱量が基準熱量より大きいときに前記定常時の触媒温度の一次遅れで触媒温度推定値を演算する手段と
からなるエンジンの触媒温度推定装置であって、
前記判定手段は、イグニッションスイッチＯＦＦ時またはエンスト直前もしくは直後の冷却水温と前記触媒温度推定値とを記憶しておき、始動時に前記冷却水温の記憶値と触媒温度推定値の記憶値とが各所定値を超えておりかつ前記冷却水温の記憶値と始動時水温の差が所定値より小さい場合にホットスタート時であると、またそれ以外の場合にコールドスタート時であると判定することを特徴とするエンジンの触媒温度推定装置。
【請求項２】
ホットスタート時であるのかコールドスタート時であるのかを判定する手段と、
この判定結果よりコールドスタート時にはこの時に触媒に生じる凝縮水に応じた値を、またホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定する手段と、
定常時の触媒温度を運転条件に応じて演算する手段と、
この定常時の触媒温度と吸入空気量の検出値から触媒に与えた総熱量を演算する手段と、
この触媒に与えた総熱量と前記基準熱量との比較により、触媒に与えた総熱量が基準熱量以下のときに外気温をそのまま触媒温度推定値として設定し、また触媒に与えた総熱量が基準熱量より大きいときに前記定常時の触媒温度の一次遅れで触媒温度推定値を演算する手段と、
この触媒温度推定値に基づいて触媒か活性化したかどうかを判定する手段と、
この判定結果より触媒が活性化したとき触媒に劣化が生じているかどうかを判定する手段と
からなるエンジンの触媒温度推定装置であって、
前記判定手段は、イグニッションスイッチＯＦＦ時またはエンスト直前もしくは直後の冷却水温と前記触媒温度推定値とを記憶しておき、始動時に前記冷却水温の記憶値と触媒温度推定値の記憶値とが各所定値を超えておりかつ前記冷却水温の記憶値と始動時水温の差が所定値より小さい場合にホットスタート時であると、またそれ以外の場合にコールドスタート時であると判定することを特徴とするエンジンの触媒診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの触媒温度推定装置および触媒診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カリフォルニア州のＯＢＤ−ＩＩ規制では、触媒の機能をモニタすることを要求している。
【０００３】
この場合、触媒は正常なものでも、触媒の温度が低いときには働かないことから、触媒が劣化しているかどうかを見分けるためには、触媒が高温の状態（活性化した状態、約４００℃以上）で診断しなければならないので、触媒温度を推定するようにしたものがある（特開平６−３０７２３３号、特開平７−２６９４４号公報参照）。
、この触媒温度の推定ロジックの基本は、エンジン回転数とエンジン負荷に対して定常時の触媒温度を割り付けたマップをもち、触媒温度推定値はそのマップ検索値を吸入空気量に応じた時定数で追いかけるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒が冷えた状態で始動すると、排気中の水蒸気が触媒および排気管内で凝縮する。この凝縮水に熱を与えてすべてを蒸発させるまでは、大気温度、空燃比、ガソリンの組成によっても異なるが、触媒温度が５０℃程度以上には上昇しない。これを無視して始動後いきなり排気のもつ熱量と触媒の比熱、容積（重量）との関係で触媒温度の推定を行うと、実際には触媒温度は５０℃程度なのに触媒温度推定値はそれよりはるかに高くなり、触媒が活性化したと誤って判定してしまうことになる。
【０００５】
このため、始動から所定時間は触媒温度推定値を外気温（５０℃程度）に固定している。実際には回転数と基本噴射パルス幅Ｔｐに応じたマップから定常時の排気温度を求め、排気温度×吸入空気量を積算することで排気が触媒に与えた総熱量を計算し、この触媒に与えた総熱量が、触媒に対してあらかじめデータとして決めておいた基準熱量に達したときに凝縮水が蒸発したと判定している。
【０００６】
しかしながら、ホットリスタート時には、触媒は初めから高温なので、凝縮水が発生しない。したがって、ホットスタート時にも、凝縮水があるとしたときのロジックにより触媒に与えた総熱量が、触媒に対してあらかじめデータとして決めておいた基準熱量に達したときに凝縮水が蒸発したと判定したのでは、無用に触媒温度を低く推定することになり、触媒が活性化したと判定するタイミングが実際よりかなり遅くなってしまう。自己診断では、触媒が活性化しているときだけ診断を行うが、活性化したと判定するタイミングが遅れると、診断頻度が減り、限られた走行パターンの中で判定にまで至らないという問題が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、ホットスタート時とコールドスタート時とを区別し、ホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定することにより、ホットスタート時の触媒温度推定値の精度を高めるとともに、ホットスタート時においても触媒が活性化したと判定するタイミングが実際より遅くならないようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図６に示すように、ホットスタート時であるのかコールドスタート時であるのかを判定する手段２１と、この判定結果よりコールドスタート時にはこの時に触媒に生じる凝縮水に応じた値を、またホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定する手段２２と、定常時の触媒温度を運転条件に応じて演算する手段２３と、この定常時の触媒温度と吸入空気量の検出値から触媒に与えた総熱量を演算する手段２４と、この触媒に与えた総熱量と前記基準熱量との比較により、触媒に与えた総熱量が基準熱流量以下のときに外気温をそのまま触媒温度推定値として設定し、また触媒に与えた総熱量が基準熱量より大きいときに前記定常時の触媒温度の一次遅れで触媒温度推定値を演算する手段２５とからなるエンジンの触媒温度推定装置であって、前記判定手段２１が、イグニッションスイッチＯＦＦ時またはエンスト直前もしくは直後の冷却水温と前記触媒温度推定値とを記憶しておき、始動時に前記冷却水温の記憶値と触媒温度推定値の記憶値とが各所定値（たとえば冷却水温について８０℃、触媒温度推定値について２００℃）を超えておりかつ前記冷却水温の記憶値と始動時水温の差が所定値より小さい場合にホットスタート時であると、またそれ以外の場合にコールドスタート時であると判定する。
【００１１】
第２の発明では、図７に示すように、ホットスタート時であるのかコールドスタート時であるのかを判定する手段２１と、この判定結果よりコールドスタート時にはこの時に触媒に生じる凝縮水に応じた値を、またホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定する手段２２と、定常時の触媒温度を運転条件に応じて演算する手段２３と、この定常時の触媒温度と吸入空気量の検出値から触媒に与えた総熱量を演算する手段２４と、この触媒に与えた総熱量と前記基準熱量との比較により、触媒に与えた総熱量が基準熱量以下のときに外気温をそのまま触媒温度推定値として設定し、また触媒に与えた総熱量が基準熱量より大きいときに前記定常時の触媒温度の一次遅れで触媒温度推定値を演算する手段２５と、この触媒温度推定値に基づいて触媒か活性化したかどうかを判定する手段２６と、この判定結果より触媒が活性化したとき触媒に劣化が生じているかどうかを判定する手段２７とからなるエンジンの触媒温度推定装置であって、前記判定手段２１が、イグニッションスイッチＯＦＦ時またはエンスト直前もしくは直後の冷却水温と前記触媒温度推定値とを記憶しておき、始動時に前記冷却水温の記憶値と触媒温度推定値の記憶値とが各所定値（たとえば冷却水温について８０℃、触媒温度推定値について２００℃）を超えておりかつ前記冷却水温の記憶値と始動時水温の差が所定値より小さい場合にホットスタート時であると、またそれ以外の場合にコールドスタート時であると判定する。
【００１４】
【作用】
第１の発明では、ホットスタート時とコールドスタート時とを区別し、ホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定するので、始動直後から排気熱が触媒温度の上昇に使われるホットスタート時にも触媒温度推定値の精度を高めることができる。
【００１５】
第２の発明では、始動直後から排気熱が触媒温度の上昇に使われるホットスタート時に触媒温度推定値の精度を高めることができるので、ホットスタート時においても触媒が活性化したと判定するタイミングが実際より遅くなることがなく、これによって限られた走行パターンの中でも触媒に劣化が生じたかどうかの判定を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。
【００１７】
コントロールユニット２にはクランク角センサ４からのＲｅｆ信号（基準位置信号）とＰｏｓ信号（１°信号）、エアフローメータ６からの吸入空気量信号、水温センサからのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいてそのときの回転数と吸入空気量に応じた基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するとともに、排気通路９に設けた三元触媒１０を通過する排気の空燃比が、理論空燃比を中心に所定幅をもって周期的に振れるように、三元触媒１０の上流側に設置したＯ２センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号に基づいて空燃比のフィードバック制御を行う。
【００１８】
一方、触媒１０の下流側にもＯ２センサ１３が設けられ、コントロールユニット２では上記の空燃比のフィードバック制御中に、この下流側Ｏ２センサ１３の出力と上流側Ｏ２センサ３の出力とを比較することで触媒１０に劣化が生じたかどうかの判定を行う。
【００１９】
図２のフローチャートは、触媒温度推定値ＴＣＡＴを演算するためのもので、一定時間（たとえば１秒）毎に実行する。
【００２０】
Ｓ１ではイグニッションキー（図ではＩＧＮ  ＫＥＹで略記）をみて、イグニッションキーがＯＮでなければ、Ｓ１９に進みＣＰＵを停止して今回の演算を終了する。飛ばしたＳ１７、Ｓ１８は後述する。
【００２１】
イグニッションキーがＯＮであれば、Ｓ２に進み、エンジンの始動時であるかどうかをみる。始動時であればＳ８に進んで、基準熱量Ｑ１に所定値を入れる。低温始動時には排気中の水蒸気が触媒および排気管内に凝縮する。Ｑ１はこの水分を気化させるのに必要となる熱量のことで、一定値である。この熱量は触媒の量や、排気マニホールドの大きさにより異なるので、マッチングによりＱ１に入れる所定値を定める。飛ばしたＳ２〜Ｓ７は後述する。
【００２２】
Ｓ９ではエンジン回転中であるかどうかみて、回転中であれば、Ｓ１０に進み、エンジン回転数と基本噴射パルス幅Ｔｐから所定のマップを検索して定常時の触媒温度を求め、これをＴＭＡＰに入れる。このＴＭＡＰの値と吸入空気量とからＳ１１において、
Ｑ２←Ｑ２＋吸入空気量×（ＴＭＡＰ−７０℃）
の式により触媒に与えた総熱量Ｑ２を計算する。７０℃は気化熱定数の下限値である。（ＴＭＡＰ−７０℃）が負のときは０を加算する。
【００２３】
Ｓ１２では触媒に与えた総熱量Ｑ２を基準熱量Ｑ１と比較する。
【００２４】
ここで、Ｑ２がＱ１に達するまでは排気熱が凝縮水の気化に使われるだけで、触媒温度は上昇しないのであるから、このとき（Ｑ２≦Ｑ１のとき）には、Ｓ１３に進んで、触媒温度推定値ＴＣＡＴに外気温としての５０℃を入れる。また、Ｑ２がＱ１を超えたときには、凝縮水がすべて気化し、排気熱が今度は触媒温度の上昇に使われると判断し、Ｓ１４、Ｓ１５に進む。Ｓ１４、Ｓ１５では吸入空気量から図３を内容とするテーブルを検索して加重平均係数τを求め、
ＴＣＡＴ←ＴＭＡＰ×τ＋ＴＣＡＴ×（１−τ）
の式により触媒温度推定値ＴＣＡＴをＴＭＡＰの一次遅れで計算する。
【００２５】
一方、エンジンの回転中でないときにはＳ９からＳ１６に進んでＱ２に０を入れて今回の演算を終了する。
【００２６】
このようにして演算される触媒温度推定値ＴＣＡＴの変化を具体的なテストモードでみてみると、図４に示したようになる。図示の北米テストモード（ＬＡ４）は低温始動時から始まるため、凝縮水のすべての気化が完了するまで一定値であり、気化の完了タイミングから実際の触媒温度を良く追いかけていることがわかる。
【００２７】
次に、図５のフローチャートは触媒の劣化診断を行うためのもので、所定の周期で実行する。
【００２８】
Ｓ２１では触媒温度推定値ＴＣＡＴと４００℃を比較し、ＴＣＡＴが４００℃以上になったら、Ｓ２において両Ｏ２センサ出力を比較することで触媒の劣化診断を行う。
【００２９】
さて、触媒が冷えた状態で始動すると、排気中の水蒸気が触媒および排気管内で凝縮するのに対して、ホットリスタート時には、触媒は初めから高温なので、凝縮水が発生しない。したがって、、ホットスタート時にも凝縮水があるとしたときのロジックにより触媒に与えた総熱量が基準熱量に達したときに凝縮水が蒸発したと判定したのでは、無用に触媒温度を低く推定することになり、触媒が活性化したと判定するタイミングが実際よりかなり遅くなってしまう。
【００３０】
これに対処するため本発明では、ホットスタート時とコールドスタート時とを区別し、ホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定する。
【００３１】
詳細には、図２において、Ｓ３〜Ｓ７、Ｓ１７、Ｓ１８を新たに追加している。このうちまず、Ｓ３〜Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８はホットスタート時であるのかコールドスタート時であるのかを判定する部分で、いずれであるかの判定は、次のステップ
Ｓ３：ＴＷ１（イグニッションキーＯＦＦ時の冷却水温）が８０℃を超えていること、
Ｓ４：ＴＣ１（イグニッションキーＯＦＦ時の触媒推定温度）が２００℃を超えていること、
Ｓ６：Ｔｗ１と始動時冷却水温Ｔｗ２との差が５℃未満であること、
の内容を一つずつチェックすることにより行い、各項目のすべてが満たされたときにホットスタート時であると判断し、一つでも反するときはコールドスタート時と判断する。
【００３２】
このようにしてホットスタート時を判断したときには、Ｓ７に進んで基準熱量Ｑ１に０を入れる。ホットスタート時には凝縮水はないからである。したがって、このときにはＳ１２における判断がＱ２＞Ｑ１となり、始動直後からすぐに一次遅れの式で触媒温度推定値ＴＣＡＴが演算される。
【００３３】
なお、イグニッションキーＯＦＦ時の冷却水温と触媒推定温度とは、イグニッションキーＯＦＦ時にＳ１７、Ｓ１８で冷却水温をＴＷ１に、触媒温度推定値ＴＣＡＴをＴＣ１に移し、ＴＷ１、ＴＣ１の値をバックアップしておくことによって得ることができる。
【００３４】
このようにして本発明では、ホットスタート時とコールドスタート時とを区別し、ホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量Ｑ１として設定することにより、始動直後から排気熱が触媒温度の上昇に使われるホットスタート時の触媒温度推定値の精度を高めることができる。
【００３５】
また、ホットスタート時においても触媒が活性化したと判定するタイミングが実際より遅くならないので、限られた走行パターンの中でも触媒に劣化が生じたかどうかの判定を行うことができる。
【００４０】
第１実施形態ではイグニッションスイッチＯＦＦ時の冷却水温と触媒温度推定値とをそれぞれＴＷ１、ＴＣ１として保存するようにしているが、エンスト直前または直後の冷却水温と触媒温度推定値とをそれぞれＴＷ１、ＴＣ１として保存するようにしてもかまわない。
【００４１】
【発明の効果】
第１の発明では、ホットスタート時とコールドスタート時とを区別し、ホットスタート時には凝縮水のない状態に対する値を基準熱量として設定するので、始動直後から排気熱が触媒温度の上昇に使われるホットスタート時にも触媒温度推定値の精度を高めることができる。
【００４２】
第２の発明では、始動直後から排気熱が触媒温度の上昇に使われるホットスタート時に触媒温度推定値の精度を高めることができるので、ホットスタート時においても触媒が活性化したと判定するタイミングが実際より遅くなることがなく、これによって限られた走行パターンの中でも触媒に劣化が生じたかどうかの判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図である。
【図２】触媒温度推定値ＴＣＡＴの演算を説明するためのフローチャートである。
【図３】加重平均係数τのテーブル特性図である。
【図４】所定のテストモードにおける触媒温度推定値の変化波形図である。
【図５】触媒の劣化診断を説明するためのフローチャートである。
【図６】第１の発明のクレーム対応図である。
【図７】第２の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
２  コントロールユニット
４  クランク角センサ
６  エアフローメータ
７  燃料噴射弁
１１  水温センサ
【図１】
0003603422.tif 000002
【図２】
0003603422.tif 000003
【図３】
0003603422.tif 000004
【図４】
0003603422.tif 000005
【図５】
0003603422.tif 000006
【図６】
0003603422.tif 000007
【図７】
0003603422.tif 000008