(57)【要約】【課題】簡素な構成で排気系の触媒の劣化状態を的確に判定し得る排気系の触媒劣化判定方法及び装置を提供する。【解決手段】マフラ１２の中間部に装着される触媒２３の上流側に排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６を設けるエンジンの排気系において、触媒２３の上流側の排気温度、酸素濃度、エンジンのエンジン回転数及びエンジンが搭載される車両の走行距離累積値のいずれかを用いて、前記触媒の劣化状態を判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マフラの中間部に触媒が装着されるエンジンの排気系において、前記触媒の上流側のみに排気温度センサ及び酸素濃度センサを設け、
前記排気温度センサ及び前記酸素濃度センサの検出信号に基づき、前記触媒の劣化状態を判定することを特徴とする排気系の触媒劣化判定装置。
【請求項２】
マフラの中間部に装着される触媒の上流側に排気温度センサ及び酸素濃度センサを設けるエンジンの排気系において、
前記触媒の上流側の排気温度、酸素濃度、前記エンジンのエンジン回転数及び当該エンジンが搭載される車両の走行距離累積値のいずれかを用いて、前記触媒の劣化状態を判定することを特徴とする排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項３】
前記排気温度が、前記触媒に係る限界温度を超える場合に前記触媒の故障判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項４】
前記排気温度、前記酸素濃度、前記エンジン回転数及び前記走行距離累積値に基づき前記触媒の劣化予備判定を行い、いずれか複数の劣化予備判定がなされた場合に前記触媒の故障判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項５】
前記走行距離累積値が所定の値を超える場合に、前記触媒の劣化予備判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項６】
前記排気温度が所定の第１温度以上で一定時間連続走行した累積回数が、所定回数を超える場合に、前記触媒の劣化予備判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項７】
前記酸素濃度センサによるリッチ状態判定時にて一定時間連続走行した累積回数が、所定回数を超える場合に、前記触媒の劣化予備判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【請求項８】
前記エンジン回転数が所定の回転数以上で一定時間連続走行した累積回数が、所定回数を超える場合に、前記触媒の劣化予備判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の排気系の触媒劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車等の車両における排気系に装着された触媒の劣化状態を判定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等において従来、触媒の上流側及び下流側の双方に酸素濃度センサ（Ｏ2センサ）を装着して、排気ガス中の酸素濃度を測定することにより、触媒の劣化状態を判定する技術が知られている。
【０００３】
また、例えば特許文献１に開示されるように、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための触媒の劣化を判定可能な制御装置において、触媒の温度を検出する触媒温度センサと、触媒に流入する前の排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサと、触媒温度センサによって検出された触媒温度と排気ガス温度センサによって検出された排気ガス温度との偏差に基づいて触媒の劣化を判定する判定手段とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５-１６９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術において、Ｏ2センサはマフラの管状部に対して略直交するように取り付けられる。そのためＯ2センサがマフラの管状部の周囲に突出する状態になるため、マフラ及び周辺部品（例えばエンジンケース、フロアパネル、懸架部品等、自動二輪車の場合はスイングアーム、タイヤ等）の形状及び配置に制約を与え易い。
【０００６】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で排気系の触媒の劣化状態を的確に判定し得る排気系の触媒劣化判定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の排気系の触媒劣化判定方法は、マフラの中間部に装着される触媒の上流側に排気温度センサ及び酸素濃度センサを設けるエンジンの排気系において、前記触媒の上流側の排気温度、酸素濃度、前記エンジンのエンジン回転数及び当該エンジンが搭載される車両の走行距離累積値のいずれかを用いて、前記触媒の劣化状態を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡素な構成で排気系における触媒の劣化状態を的確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る自動二輪車の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る触媒劣化判定装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る排気系まわりを左側方から見た斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係る排気系の具体的構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施例における触媒劣化判定方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づき、本発明による排気系の触媒劣化判定方法及び装置の好適な実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態に係る排気系の触媒劣化判定方法は、マフラの中間部に装着される触媒の上流側に排気温度センサ及び酸素濃度センサを設けるエンジンの排気系において、前記触媒の上流側の排気温度、酸素濃度、前記エンジンのエンジン回転数及び当該エンジンが搭載される車両の走行距離累積値のいずれかを用いて、前記触媒の劣化状態を判定する。
【００１１】
本発明に係る触媒劣化判定方法において、排気ガスの状態に係る複数のパラメータを用いて、触媒の高温状態を推定し、その劣化状態を正確に知ることができる。また、触媒の上流側のみに排気温度センサ及び酸素濃度センサを設けることで、触媒劣化判定装置をシンプルに構成することができる。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明に係る自動二輪車１００の全体構成を示した図である。先ず図１を用いて自動二輪車１００全体の概略構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図において必要に応じて、自動二輪車１００に乗車したライダーが車両前方を見る方向を前方とし、その逆方向を後方とする。また、ライダーの右側を右方、左側を左方とし、これらの方向をそれぞれ必要に応じて適宜、矢印により示す。
図１において、先ず自動二輪車１００としてスクータ型の車両であってよく、鋼製あるいはアルミニウム合金製の車体フレームの前部には、ステアリングヘッドパイプによって左右に回動可能に支持された２本のフロントフォーク１０１が設けられる。フロントフォーク１０１の上端にはハンドル１０２が固定され、ハンドル１０２の左右両端にグリップ１０３を有する。フロントフォーク１０１の下部には前輪１０４が回転可能に支持されると共に、前輪１０４の上部を覆うようにフロントフェンダ１０５が固定される。
【００１３】
車体フレームの後部には、スイングアーム１０６が揺動可能に設けられると共に、車体フレームとスイングアーム１０６の間にリヤショックアブソーバが装架される。このスイングアーム１０６は、ベルト式無段変速機又は複数のギヤ列で構成される動力伝達機構を内蔵している。スイングアーム１０６の後端部には後輪１０７が回転可能に支持され、後輪１０７は上述した動力伝達機構を介して、回転駆動されるようになっている。後輪１０７の上部を覆うようにリヤフェンダ１０８が固定される。
【００１４】
なお、詳細図示を省略するが、車体フレームに搭載されたエンジンユニット１には、エアクリーナ装置等を含む吸気系から混合気が供給されると共に、後述する排気系において燃焼後の排気ガスが排気管を通って排気される。更にエンジンユニットを始めとして、燃料タンクやラジエータ装置等を含む車両の主用構成部材は、後述する車体カバーによって覆われ、図１のように車両の外観は滑らかに連続する一体感のあるすっきりしたフォルムに構成される。また、車両の略中央から後方へ運転者用シート１０９及びタンデムシート１１０が連設される。
【００１５】
自動二輪車１００の車両前部における車体カバーについて、車体前頭部はフロントカウリング１１１によって前方から覆われ、フロントカウリング１１１の上方には可動型のウインドスクリーン１１２が配置される。また、フロントカウリング１１１の上方においてウインドスクリーン１１２の後方に位置するメータ１１３を有する。メータ１１３は、スピードメータ、タコメータあるいは各種インジケータ等を含む計器類がユニット化されてなるメータ本体部を内蔵し、メータ１１３の周囲及びその周辺は、ウインドスクリーン１１２の直後に位置するメータパネルによって前側から覆われる。
【００１６】
フロントカウリング１１１の下方にて乗員の脚部前方に位置するように、レッグシールド１１４が配置される。フロントカウリング１１１、その後方に位置するメータパネルと共にレッグシールド１１４等が相互に結合して車体カバーを構成し、車体前部まわりを覆ってその一体的外観を形成する。上述の車体カバーやウインドスクリーン１１２は、乗員の少なくとも下半身の脚部及び上半身を含めたハンドル１０２まわりを車両進行方向の前方から覆うように配置構成される。
【００１７】
レッグシールド１１４の下部付近の左右両側には後方へかけて低床の左右足載せ部１１５が設けられ、乗員は足載せ部１１５に足を載せてシート１０９に着座することができる。なお、足載せ部１１５の後方にはタンデムシート１１０用の足載せ部が設けられる。左右の足載せ部１１５の相互間には上方に突出しながら前後に延設され、内側にフロアトンネル部が形成されるセンタカバー１１６が設けられる。車両側面において、その下部まわりが下部サイドカバー１１７により、またその後部まわりが後部サイドカバー１１８によりそれぞれ覆われる。下部サイドカバー１１７や後部サイドカバー１１８により車両後部まわりの車体カバーが構成されるが、前述した車両前部まわりの車体カバーを含めた各種車体カバー類は基本的には合成樹脂により成形され、車体フレームに直接的に又はブラケット等の支持部材を介して間接的に取付固定される。
【００１８】
更に、フロントカウリング１１１の正面中央には、例えば左右対をなす２灯式ヘッドランプ１１９が取り付けられ、各ヘッドランプ１１９よりも適度に後方で斜め上方には左右対をなすサイドミラー１２０が支持される。
【００１９】
車体フレームの所定部位に搭載されたエンジンユニット１（図１、点線部）には、燃料噴射装置から混合気が供給されると共に、エンジン内での燃焼後の排気ガスが排気管を通って排気される。本実施例において、エンジンは例えば４サイクル多気筒エンジンであってよい。ここで、本実施例に係る触媒劣化判定装置の構成例を示すブロック図である。エンジンユニット１のエンジン１Ａには図２に示されるように、車載のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；Engine Control Unit）２が付属し、ＥＣＵ２の制御により複数の機能系が補機類等と協働し、これによりエンジンユニット１全体として円滑作動が遂行される。
【００２０】
次に、図３は本実施に係る排気系１０まわりを左側方から見た斜視図であり、図４は排気系１０の具体的構成例を示す図である。排気系１０にはエンジン１Ａ（図１、点線部）のシリンダヘッドに接続される排気管１１と、この排気管１１の下流側に接続されるマフラ１２とを含んで構成される。なお、マフラ１２は実質的にサイレンサとして機能する。排気管１１の先端部はフランジ１３を介して、エンジン１Ａのシリンダヘッドのエクゾーストポートに接続される。
【００２１】
マフラ１２は互いに同心の外筒１４及び内筒１５からなる二重構造を有し、それらの間に吸音材１６が装填される。内筒１５にはパンチング孔１７が形成され、パンチング孔１７を介して、内筒１５と吸音材１６が連通する。マフラ１２内部はバッフル１８，１９により上下流間で本例では３つの空間に仕切られ、これらのバッフル１８，１９によりフロントパイプ２０、センターパイプ２１及びテールピース（パイプ）２２が保持される。フロントパイプ２０における排気ガス流の下流端には触媒２３が装着される。また、テールピース２２の下流端にはテールエンド２４が接続される。
【００２２】
排気系１０において、エンジン１Ａから排出される排気ガスは、排気管１１を通ってマフラ１２に導入され、最終的にはテールピース２２のテールエンド２４から外部へ排出される。具体的には図４の点線矢印で示したように排気管１１からマフラ１２に導入された排気ガスはフロントパイプ２０、センターパイプ２１及びテールピースを順次通過して、テールエンド２４から排出される。その際、排気ガスはマフラ１２内で、触媒２３中を流通することで浄化され、これにより排気ガスの清浄化を図ることができる。
【００２３】
上記のようにマフラ１２の中間部に触媒２３が装着されるエンジン１Ａの排気系１０において、触媒２３の上流側のみに排気温度センサ及び酸素濃度センサ（Ｏ2センサ）が設けられる。本実施例において、図３及び図４に示したように排気管１１の途中にそれぞれ１つの排気温度センサ２５（下流側）と酸素濃度センサ２６（上流側）が配設される。
排気温度センサ２５により検出した排気ガスの温度（単に排気温度という）と、酸素濃度センサ２６により検出した排気ガス中の酸素濃度に基づき、後述のように触媒２３の劣化状態を判定する。
【００２４】
図２を参照して、ＥＣＵ２には触媒２３の劣化状態を判定する触媒劣化判定部３が付帯している。排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６の検出信号はそれぞれ、触媒劣化判定部３に送出される。また、エンジン１Ａにはその回転数を検出するエンジン回転数センサ１Ｂが付帯している。エンジン回転数センサ１Ｂの検出信号は触媒劣化判定部３に送出される。触媒劣化判定部３は各センサ等の検出信号に基づき触媒２３の劣化状態を判定し、例えばメータ１１３（図１参照）にて触媒劣化状態報知部４により触媒２３の故障判定を報知するようになっている。
【００２５】
ここで、故障判定の基準となる触媒２３の劣化状態を判定するパラメータとして、排気温度、酸素濃度、エンジン回転数及び走行距離累積値が含まれる。先ず、一般に触媒は極度の高温状態においてその機能が著しく損なわれるが、本実施例ではこの状態となる排気温度を限界温度（例えば１０００℃）とし、排気温度が限界温度を１回でも超えた場合は故障判定を行う。
【００２６】
また、排気ガス耐久試験によって触媒の劣化による閾値が決定可能であるため、車両の走行距離が所定値に達した場合は故障判定する。本実施例では自動二輪車１００の走行距離データを触媒劣化判定部３に送出し、この走行距離データに基づき故障判定する。この場合、所定値として、例えば走行距離２００００ｋｍあるいは３５０００ｋｍ等とし、車両のカテゴリーに応じて設定することができる。
なお、限界温度以外の場合には、上記複数の判定パラメータのうちいずれか複数の劣化予備判定がなされた場合に故障判定が行われる。
【００２７】
また、触媒が９００℃を超えるとその活性が著しく低下する。高温下では触媒自体の劣化が進行するため、９００℃以下に保つ必要がある。本実施例では排気温度が所定温度（例えば８００℃）以上の高温下で一定時間連続走行（例えば１０秒以上）したら１カウント（１回）とし、このような走行状態の延べ回数として１００００回以上繰り返した場合は劣化予備判定を行う。
【００２８】
また、酸素濃度センサ２６の検出信号をＥＣＵ２に送出し、即ち酸素濃度センサ２６の検出信号のフィードバックにより、排気ガスにおける酸素濃度のリーン／リッチが判定される。リッチ状態では排気ガス中の未燃焼ガス量が多く、熱された触媒に燃料が付着すると触媒表面で未燃焼ガスが燃焼することで、温度が上昇する。リッチ状態が長い程、触媒に対する影響が強くなる。通常では酸素濃度信号のフィードバック制御により理論空燃比となるように制御するが、急加速時や高回転時にはリッチ状態化する。本実施例では酸素濃度センサ２６によるリッチ状態の判定時（排気ガス中の未燃焼ガス量が過剰である）にて、一定時間連続走行（例えば３分間以上）したら１カウント（１回）とし、このような走行状態の延べ回数として１００００回以上繰り返した場合は劣化予備判定を行う。
【００２９】
また、エンジン回転数が所定の回転数（例えば、最高回転数の８０％の値）以上で一定時間連続走行（例えば３分間以上）したら１カウント（１回）とし、このような走行状態の延べ回数として１０回以上繰り返した場合は劣化予備判定を行う。
【００３０】
本発明において排気温度、酸素濃度、エンジン回転数及び走行距離累積値に基づき触媒２３の劣化予備判定を行い、いずれか複数の劣化予備判定がなされた場合に触媒２３の故障判定を行う。
本実施例では排気温度が限界温度を１回でも超えた場合は直ちに故障判定を行う。
また、排気温度、酸素濃度、エンジン回転数及び走行距離累積値の劣化予備判定が３以上の場合に触媒２３の故障判定を行う。
【００３１】
次に、本発明に係る排気系の触媒劣化判定方法を具体的に説明する。
エンジン１Ａが始動すると、エンジン１Ａから排出される排気ガスは、排気管１１を通ってマフラ１２に導入され、テールエンド２４から外部へ排出される。この際、排気温度センサ２５、酸素濃度センサ２６及びエンジン回転数センサ１Ｂでそれぞれ検出された検出信号がＥＣＵ２に送出され、触媒劣化判定部３ではそれらの検出信号に基づき触媒２３の劣化状態を判定する。
【００３２】
図５は本実施例における触媒劣化判定方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、排気温度が１０００℃を超えるか否かを判断し、１０００℃を超えている場合、即ち限界温度を超えたときには故障判定を行う。
【００３３】
一方、排気温度が限界温度以下の場合、ステップＳ２において車両の走行距離が所定値（触媒の保証距離）に達するか否かを判断し、保証距離を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第１の劣化予備判定（１）となる。なお、図５のフローチャートにおいて、劣化予備判定の回数合計を併記する。
【００３４】
次に、ステップＳ３において排気温度が一定の温度を超えた時間が所定時間に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第２の劣化予備判定（２）となる。
次に、ステップＳ４において排気ガスのリッチ状態の時間的積算値が所定値に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第３の劣化予備判定（３）となる。
このようにステップＳ２〜ステップＳ４において劣化予備判定が３回以上行われた場合には、触媒２３の故障判定を行う。
【００３５】
ステップＳ２で走行距離が触媒の保証距離以内の場合、ステップＳ５において排気温度が一定の温度を超えた時間が所定時間に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第１の劣化予備判定（１）となる。
次に、ステップＳ６において排気ガスのリッチ状態の時間的積算値が所定値に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第２の劣化予備判定（２）となる。
次に、ステップＳ７においてエンジン回転数が所定の回転数以上で駆動した積算値が所定値に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第３の劣化予備判定（３）となる。
このようにステップＳ５〜ステップＳ７において劣化予備判定が３回以上行われた場合には、触媒２３の故障判定を行う。
【００３６】
ステップＳ５で排気温度が一定の温度を超えた時間が所定時間以内の場合、ステップＳ８において排気ガスのリッチ状態の時間的積算値が所定値に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第１の劣化予備判定（１）となる。
次に、ステップＳ９においてエンジン回転数が所定の回転数以上で駆動した積算値が所定値に達するか否かを判断し、所定時間を超えている場合、劣化予備判定を行う。この場合、第２の劣化予備判定（２）となる。
このようにステップＳ８〜ステップＳ９において劣化予備判定が２回行われた場合には、触媒２３の故障判定は行なわれない。
【００３７】
ステップＳ４あるいはステップＳ７のように３回以上の劣化予備判定が行なわれた場合には、触媒劣化判定部３から故障判定に係る信号が触媒劣化状態報知部４に送出される。触媒劣化状態報知部４はメータ１１３（図１参照）において適宜のランプあるいはディスプレイにより触媒２３の劣化状態、即ち故障判定を報知し、自動二輪車１００のライダーは触媒２３の劣化状態を知ることができる。
【００３８】
本発明によれば、排気ガスの状態の種々のパラメータを用いて、触媒２３の高温状態を推定し、その履歴を継続的に取得してチェックすることで、触媒２３の劣化状態を正確に知ることができる。この場合、排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６を触媒２３の下流側に設けず、即ち触媒２３の上流側のみに排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６を設けることで、触媒劣化判定装置をシンプルに構成することができる。
【００３９】
排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６を触媒２３の下流側に設けられないため、それらがマフラ１２から突出することがなく、マフラ１２の周辺部品への迫出しがなくなり、部品レイアウト性が向上する。また、排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６がマフラ後端部まわり等に露出しないため、それらの配線類等も含めて外観に対する影響をなくし、外観の向上を図ることができる。
【００４０】
ここで、本発明の変形例において、上記実施例では劣化予備判定が３回以上行われた場合に触媒２３の故障判定を行うが、複数の劣化予備判定のうちのいずれか２回以上行われた場合に触媒２３の故障判定を行うようにしてもよい。例えば、前述したステップＳ２の第１の劣化予備判定とステップＳ３の第２の劣化予備判定の２回の劣化予備判定が行われた場合に触媒２３の故障判定を行うようにする。
この場合でも上記実施例と同様に、排気温度が限界温度（例えば１０００℃）を１回でも超えた場合は故障判定を行う。
【００４１】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施例における排気温度センサ２５及び酸素濃度センサ２６は上記とは逆の関係で排気ガスの上流側と下流側にそれぞれ配設してもよい。
また、上記実施例において排気ガスの排気温度、酸素濃度、及び車両の走行距離等の具体的数値等をあげて説明したが、これらの数値は車両の種類あるいはエンジン形式等に応じて適宜変更可能であり、本実施例に係る数値等に限定されるものではない。
また、自動二輪車１００に本発明を適用する例を説明したが、その他の車両を含み、種々のエンジン形式の内燃機関に対して本発明は有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジンユニット、１Ａ  エンジン、１Ｂ  エンジン回転数センサ、２  ＥＣＵ、３  触媒劣化判定部、４  触媒劣化状態報知部、１０  排気系、１１  排気管、１２  マフラ、１４  外筒、１５  内筒、２０  フロントパイプ、２１  センターパイプ、２２  テールピース、２３  触媒、２５  排気温度センサ、２６  酸素濃度センサ、１００  自動二輪車。
【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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