(57)【要約】【課題】より精度良く触媒の劣化の有無を評価でき、さらに評価時における触媒状態の影響を受けにくい触媒の評価手法を提供すること。【解決手段】排気ガス浄化装置の下流側に設けられた排気ガスセンサのセンサ値に基づいて、排気通路内に設置された前記排気ガス浄化装置の劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、特定の周波数成分を有する検知用信号を発生し、該検知用信号を基本燃料噴射量に乗算して燃料噴射量を算出する検知用信号発生手段と、前記燃料噴射量に対する前記内燃機関の排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数応答を抽出し、該周波数応答に基づいて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する排気ガス浄化装置評価手段と、を備える。【選択図】図１
2005133639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス浄化装置の下流側に設けられた排気ガスセンサのセンサ値に基づいて、排気通路内に設置された前記排気ガス浄化装置の劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、
特定の周波数成分を有する検知用信号を発生し、該検知用信号を基本燃料噴射量に乗算して燃料噴射量を算出する検知用信号発生手段と、
前記燃料噴射量に対する前記内燃機関の排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数応答を抽出し、該周波数応答に基づいて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する排気ガス浄化装置評価手段と、
を備える排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【請求項２】
前記基本燃料噴射量に乗ずる前記検知用信号は、所定のオフセット値に単一の三角関数波、または少なくとも２つ以上の三角関数波からなる合成波を加算した信号である、請求項１記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【請求項３】
前記排気ガス浄化装置評価手段は、前記排気ガスセンサの状態の判定を、前記燃料噴射量の供給後から所定時間経過後に行う、請求項１記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【請求項４】
前記排気ガス浄化装置評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力を用いて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する、請求項１記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【請求項５】
前記排気ガス浄化装置評価手段は、排気ガスセンサからの出力をバンドパスフィルタに通し、該バンドパスフィルタに通した出力の絶対値を積分またはなまし計算した値が所定値を上回るときに前記排気ガス浄化装置の状態を故障と判定する、請求項１記載の排気ガス浄化装置の診断装置。
【請求項６】
排気通路の排気ガス浄化装置の上流側における第２の排気ガスセンサと、
少なくとも前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記内燃機関に供給する空燃比を所定値に制御する空燃比制御手段と、
をさらに備え、前記燃料噴射量が前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて決定されたフィードバック係数に基づいて補正される、請求項１に記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【請求項７】
前記空燃比制御手段は、前記燃料噴射量を前記内燃機関に供給するときに、前記空燃比の制御を停止、またはフィードバック係数の変化速度を遅くするように該空燃比制御手段における所定のパラメータを変更する、請求項６記載の排気ガス浄化装置の診断装置。
【請求項８】
排気ガス浄化装置の下流側に設けられた排気ガスセンサのセンサ値に基づいて、排気通路内に設置された前記排気ガス浄化装置の劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断方法であって、
特定の周波数成分を有する検知用信号を発生し、該検知用信号を基本燃料噴射量に乗算して燃料噴射量を算出するステップと、
前記燃料噴射量に対する前記内燃機関の排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数応答を抽出し、該周波数応答に基づいて前記排気ガス浄化装置の状態を判定するステップと、
を含む排気ガス浄化装置の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路内に設けられる排気ガス浄化装置の劣化の有無を判別する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関の排気通路には、内燃機関からの排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置（触媒）が設けられている。触媒は、内燃機関から排出される３つの主要な汚染物質である炭化水素ＨＣ、窒素酸化物ＮＯｘ、および一酸化炭素ＣＯを酸化または還元することにより浄化する。
【０００３】
しかしながら、触媒は使用時間が増えるにしたがって触媒有効表面積が減少して劣化を生ずる。劣化の状態が進むと上述の汚染物質の浄化が進まず、大気中に放出する汚染物質の割合を増やしてしまい、環境に悪影響を及ぼすこととなる。
【０００４】
したがって、触媒の劣化状況を把握することは排気ガスの浄化において重要である。このような触媒の劣化状況を診断する手法として、いくつかの技術が開示されている。特許文献１には、空燃比を振動的に変化させ、酸素センサの出力信号を使用して触媒コンバータの効率を評価する手法が開示されている。特許文献２には、フューエルカットなどで燃料にステップ状の変化を与えたときの、触媒下流の排気ガスセンサの応答時間によって触媒の応答性を評価する手法が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献３では、触媒の下流側に設けられた空燃比センサの出力と、該出力のフィルタ値とを比較し、この比較結果に基づいて触媒の劣化を判定する手法が開示されている。また、特許文献４では、触媒の上流側のセンサ値と下流側のセンサ値の位相差に基づいて触媒の劣化を判定する手法が開示されている。
【特許文献１】特表２００１−５２２０１５号公報
【特許文献２】特開平７−２６９３３０号公報
【特許文献３】特許２，９３８，２８８号公報
【特許文献４】特許３，２１６，０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の手法は、センサ出力からフィルタリング後の出力を減算した残余信号における高周波成分の減衰に基づいて触媒の性能を判断している。しかしながら、この手法において、残余信号の正値信号のみに基づいて性能判断を行うこととしているため正確性に欠けるという問題があった。現在では、排気ガス規制の強化に対応するために、排気ガス浄化装置の劣化状態をより精度良く検知する必要性が高まっている。
【０００７】
また、特許文献２に記載の手法では、燃料をステップ状に変化させたときの応答時間に基づいて触媒の劣化状態を判定している。しかしながら、触媒がストレージしているＯ２量など、そのときの触媒の状態によって応答時間が変化してしまうことがある。さらに、過渡運転による空燃比スパイクなどの影響によっても応答時間が変化し、検知精度を悪化させるという問題を有していた。
【０００８】
従って、本発明は、より精度良く触媒の劣化の有無を評価でき、さらに評価時における触媒状態の影響を受けにくい触媒の評価手法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】
【０００９】
本発明の排気ガス浄化装置の劣化判別装置は、発明の一形態（請求項１）によると、排気ガス浄化装置の下流側に設けられた排気ガスセンサのセンサ値に基づいて、排気通路内に設置された前記排気ガス浄化装置の劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、特定の周波数成分を有する検知用信号を発生し、該検知用信号を基本燃料噴射量に乗算して燃料噴射量を算出する検知用信号発生手段と、前記燃料噴射量に対する前記内燃機関の排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数応答を抽出し、該周波数応答に基づいて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する排気ガス浄化装置評価手段と、を備える。この発明によると、特定の周波数の検知用信号を乗じた燃料供給を行うので、排気ガス中に含まれる特定の検知用周波数成分の割合を多く保つことができる。そしてこの状態で、排気ガスセンサの出力の前記周波数における周波数応答に基づいて排気ガス浄化装置の状態を診断することができるため、容易に排気ガス中に含まれるノイズ成分の割合を減少させることができ、排気ガス浄化装置の劣化判別精度を向上させることができる。
【００１０】
また、この発明のもう一つの形態（請求項２）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、前記基本燃料噴射量に乗ずる前記検知用信号は、所定のオフセット値に単一の三角関数波、または少なくとも２つ以上の三角関数波からなる合成波を加算した信号である。この発明によると、生成が容易な信号を用い、検知用の周波数成分の割合を十分に多く、さらに排気ガス中の検知用周波数成分の大きさを保ちつつ、特定周波数の応答を評価に用いることができるため、排気ガス浄化装置の劣化検知精度をより向上させることができる。そして、特に検知が困難な運転領域などでは、周波数が異なる２以上の三角関数波の合成波を与え、２つ以上の周波数の応答を排気ガス浄化装置の状態の判定に用いることができる。さらに、排気ガス浄化装置の状態を判定しやすい所望の特定波形になるように三角関数波を合成し、燃料噴射量に反映させることができるため、排気ガス浄化装置の劣化判別精度をより向上させることができる。
【００１１】
また、この発明のもう一つの形態（請求項３）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、前記排気ガス浄化装置評価手段は、前記排気ガス浄化装置の状態の判定を、前記燃料噴射量の供給後から所定時間経過後に行う。これにより、検知用信号が燃料に反映された直後である排気ガス空燃比の安定しない状態を回避して、排気ガス浄化装置の状態の判定を安定化できるので、排気ガス浄化装置の劣化検知精度をより向上させることができる。
【００１２】
また、この発明のもう一つの形態（請求項４）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、前記排気ガス浄化装置評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力を用いて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する。この発明によると、排気ガスに含まれる、検知用周波数以外の周波数成分、すなわち排気ガス浄化装置の状態を判定する際にノイズとなる成分を除去することができるので、排気ガス浄化装置の劣化判別精度をより向上させることができる。
【００１３】
また、この発明のもう一つの形態（請求項５）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、前記排気ガス浄化装置評価手段は、排気ガスセンサからの出力をバンドパスフィルタに通し、該バンドパスフィルタに通した出力の絶対値を積分またはなまし計算した値が所定値を上回るときに前記排気ガス浄化装置の状態を故障と判定する。この発明によると、排気ガスセンサからの出力の変動を平均化させることができるため、排気ガス浄化装置の劣化判別精度をより向上させることができる。
【００１４】
また、この発明のもう一つの形態（請求項６）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、排気通路の排気ガス浄化装置の上流側における第２の排気ガスセンサと、少なくとも前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記内燃機関に供給する空燃比を所定値に制御する空燃比制御手段と、をさらに備え、前記燃料噴射量が前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて決定されたフィードバック係数に基づいて補正される。この発明によると、燃料噴射量を補正して、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じる、リーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、本検知手法によって生じる触媒浄化率の低下を抑制しつつ触媒の劣化検知精度を保つことができる。
【００１５】
また、この発明のもう一つの形態（請求項７）による排気ガス浄化装置の劣化判別装置において、前記空燃比制御手段は、前記燃料噴射量を前記内燃機関に供給するときに、前記空燃比の制御を停止、またはフィードバック係数の変化速度を遅くするように該空燃比制御手段におけるパラメータを変更する。この発明によると、燃料噴射料を補正して、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じる、リーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、本劣化判別手法によって生じる触媒浄化率の低下を抑制し、排気ガス中の有害成分の排出量が増加するのを防止したまま判別精度を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
１．機能ブロックの説明
図１乃至図２を参照しつつ各機能ブロックについて説明する。図１は、この発明の概念を説明するための全体的な構成を示すブロック図である。
【００１７】
検知用信号発生部101は、オフセット値IDOFTに三角関数波FDSINなどを重ね合わせた所定の検知用信号KIDSINを発生する機能を有する。応答性評価部105は、触媒後排気ガスセンサ103からの出力を、バンドパスフィルタリングし、この値を絶対値へと変換し、さらに変換した値を所定の周期間にわたって積分し、触媒評価部へ送信する機能を有する。なお、触媒後排気ガスセンサ103の出力は、例えば、リニアAF（LAF）センサ出力である当量比KACTであってもよいし、酸素センサ出力の電圧SVO2、またはハイドロカーボンセンサや窒素酸化物センサなどでもよいが、ここでは酸素センサ出力電圧SVO2を用いて説明する。
【００１８】
触媒評価部は、これらの値に基づいて触媒の劣化を判定する機能を有する。これら触媒評価部、検知用信号発生部101、および応答性評価部105は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）において実現することができるため、これら各部の動作は後のＥＣＵの説明および触媒劣化診断プロセスにおいて詳述することとする。
【００１９】
内燃機関102は、燃料量計算部の演算値にもとづいてインジェクション・コントローラによって燃料噴射量が制御されることが可能な内燃機関である。
【００２０】
触媒前排気ガスセンサ109は、ここでは例としてLAFセンサ（広域空燃比センサ）であり、エンジン102から排出される排気ガスに対して、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比を検出し、当量比KACTを発生するセンサである。
【００２１】
フィードバック補償器104は、LAFセンサ109からの出力値に基づいて、空燃比を適正に保つようにフィードバック係数KAFを発生する機能を有する。
【００２２】
上述のこれら触媒評価部、検知用信号発生部101、および応答性評価部105の機能は、図２に示すＥＣＵによって統合的に実現することができる。図２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）200の全体的なブロック図である。ＥＣＵは、触媒劣化診断専用のＥＣＵを設けることとしてもよいが、本実施形態では、燃料量計算部206などを含むエンジン系統を制御する通常のＥＣＵに、触媒評価部203、検知用信号発生部202および応答性評価部204の機能を組み込んでいる。ＥＣＵ200は、演算を実行するプロセッサ、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。
【００２３】
入力インタフェース201は、ＥＣＵ200とエンジン系統の各部とのインタフェース部であり、エンジン系統の様々な箇所から送られてくる車両の運転状態を示す情報を受け取って信号処理を行い、アナログ情報はデジタル信号に変換し、これらを燃料量計算部206、触媒評価部203、および応答性評価部204に渡す。図２では、触媒後排気ガスセンサ103の出力電圧SVO2、LAFセンサ109から出力されるKACT値、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、およびエンジン負荷Ｗが示されているが、これに限定されるものではなく、その他種々の情報が入力される。
【００２４】
検知用信号発生部202は、触媒評価部203からの指令に基づいて、オフセット値IDOFTに三角関数波FDSINなどを加算した所定の検知用信号KIDSINを発生させる機能を有する。この、検知用信号KIDSINについては、触媒劣化診断プロセスにおいて詳述する。
【００２５】
触媒評価部203は、入力インタフェース201から渡されるデータに基づいて、後述の触媒劣化診断プロセスを実行すべく演算および条件判断を行い、さらに、検知用信号制御部202および応答性評価部204を制御する。
【００２６】
応答性評価部204は、触媒評価部203からの指令を受けて、触媒後排気ガスセンサ103からの出力SVO2を、バンドパスフィルタリングし、この値を絶対値へと変換し、さらに変換した値を所定の周期間にわたって積分する機能を有する。これらの機能については、触媒劣化診断プロセスにおいて詳述する。
【００２７】
燃料量計算部206は、検知用信号発生部202で演算した上記検知用信号KIDSINを受け取り、基本燃料噴射量に乗算を行って、出力インタフェース205に燃料噴射量INJを渡す機能を有する。
【００２８】
出力インタフェース205は内燃機関のインジェクションへ燃料噴射量INJを渡す機能を有する。また、出力インタフェース205は、触媒評価部203からの制御信号を受け取り、故障ランプへの出力を行う。しかしながらこれらに限定するものではなく出力インタフェース205には、他のコントローラ等を接続することもできる。
【００２９】
２．触媒劣化診断プロセスの説明
次に、触媒110の劣化故障を診断する触媒劣化診断プロセスについて説明する。
【００３０】
図３において、メインプログラムから、触媒劣化診断プロセスが呼び出されると、触媒評価部203は、触媒評価済みフラグを参照（S301）し、触媒が既に劣化の有無の評価済みであるか否かを判定する。ここでは、まだ触媒は評価されておらず、触媒評価済みフラグは0に設定されているため、触媒評価部203は、プロセスをS302へと進める。
【００３１】
次に触媒評価部203は、触媒後排気ガスセンサ103が活性済みであるか否かを判定する（S302）。ここで、エンジン始動から間もない場合には、触媒後排気ガスセンサ103は活性化していない。したがって、エンジン始動後所定の時間が経過していない場合では、触媒評価部203は、プロセスをS314へと進める。プロセスをS314へと進めると、触媒評価部203は、検知用信号発生部202に指令を送り、検知用信号発生部202にてIDOFTを定数1.0、FDSINを定数0に設定して、これらを加算した合成信号であるKIDSINを生成させる（この場合、KIDSINは1.0となる）。ここで、KIDSINとは、基本燃料噴射量に乗じて、実際のインジェクションに燃料噴射させる燃料噴射量を出力させるための係数である。よって、このようにKIDSINが1.0ときは、通常の運転時の基本燃料噴射量がインジェクションから噴射されることになる。
【００３２】
次に、触媒評価部203は、積分開始タイマーTM_SVO2FDに所定の時間をセットし、積分開始タイマーTM_SVO2FDのカウントダウンを開始する（S315）。ここで、積分開始タイマーTM_SVO2FDにセットされる所定の時間は、触媒評価を行う条件が成立して検知用信号が反映された燃料噴射が行われるようになってから、エンジンから検知用信号が反映された燃料噴射に対する応答が安定して出力されるまでの時間である。このように、所定時間経過後から後述する積分を開始するようにタイマーをセットすることで、検知用信号が燃料に反映された直後の安定しない出力状態を回避して応答を評価することができるため、評価精度を向上させることができる。
【００３３】
積分開始タイマーTM_SVO2FDにタイマー設定すると、触媒評価部203は、次に、積分期間タイマーTM_CATDETに所定の時間をセットし、カウントダウンを開始する（S316）。ここで、積分期間タイマーTM_CATDETに設定する時間は、触媒の劣化を判定するために、後に出力の絶対値を積分するための積分時間である。積分期間タイマーTM_CATDETに時間をセットすると、排気ガスセンサ評価部203は、触媒評価済みフラグを０にリセットして（S317）、本プロセスを終了する。
【００３４】
上述のプロセス終了後、メインプログラムにより再び触媒劣化診断プロセスが呼び出される。前述のプロセスにより触媒評価済みフラグがリセットされ、さらにエンジン始動後所定の時間が経過することによって触媒後排気ガスセンサ103が活性済みになると、触媒評価部203は、プロセスをS301からS303へと進め、評価条件が成立しているか否かを判定する。ここで、評価条件とは、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、およびエンジン負荷Ｗが所定範囲内にある状態をいう。よって、触媒評価部203は、入力インタフェース201を介して、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、およびエンジン負荷Ｗを取得し、これらのすべてが所定の範囲内にあるか否かを判定する。評価条件が満たされていない場合、触媒評価部203は、プロセスをS314へと進める。S314以降の動作は、上述したものと同様であるから説明を省略する。
【００３５】
一方、上述の評価条件がすべて満たされた場合、触媒評価部203は、検知用信号発生部202に対して三角関数波等を含んだ検知用信号KIDSINの算出要求を送信する。検知用信号KIDSINの算出要求が送信されると、検知用信号発生部は、まず周波数fid（ここでは３Ｈｚを使用する）、振幅aid（ここでは0.03とする）の正弦波FDSINを発生させる。そして、発生させた正弦波FDSINにオフセット量IDOFT（ここでは1.0とする）を加算したKIDSIN（ここでは、1.0+0.03*sin 6πt）を作成する（S304）。そして、この正弦波を含んだ検知用信号KIDSINを継続的に燃料量計算部206に送信する。検知用信号KIDSINが送信されると、燃料量計算部206は、検知用信号KIDSINに基本燃料噴射量を乗じ、燃料噴射量INJを算出する。そして、この燃料噴射量INJは、出力インタフェース205を介してエンジン102のインジェクションに入力される。エンジンが燃料噴射量INJで運転すると、入力である燃料噴射量INJに応じた出力である排気ガスがエンジンの排気系から排出される。そして、触媒後排気ガスセンサ103は、触媒後の排気ガスを検知し、そのセンサ出力SVO2を入力インタフェース201を介して、応答性評価部204に入力する。センサ出力SVO2が入力されると、応答性評価部204は、下の式にKACTを代入してバンドパスフィルタリング済みの出力SVO2_Fを算出する（S305）。
【００３６】
SVO2_F(k)=a1 SVO2_F(k-1)+a2 SVO2_F(k-2)+a3 SVO2_F(k-3)
+b0 SVO2(k)+b1 SVO2(k-1)+b2 SVO2(k-2)+b3 SVO2(k-3)
a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3：フィルタ係数
ここで、バンドパスフィルタ周波数特性は、図４に示すような検知用信号周波数と同じ３Ｈｚを通過させるフィルタである。
【００３７】
そして、フィルタリング済出力SVO2_F値を算出すると（図５）、応答性評価部204は、フィルタリング済出力SVO2_Fから絶対値に変換した絶対値出力SVO2_FAを算出（S306）する。触媒評価部203は、絶対値出力SVO2_FA算出終了の通知を応答性評価部204から受け取ると、積分開始タイマーTM_SVO2FDが０であるか否かを判定する（S307）。ここで、タイマーTM_SVO2FDが０ではない場合、触媒評価部203は、プロセスをS316へと進める。S316以降のプロセスは前述の動作と同様であるため説明を省略する。一方、積分開始タイマーTM_SVO2FDが０の場合、排気ガスセンサ評価部203は、応答性評価部204にタイマー条件がクリアされていることを通知し、応答性評価部204では、それを受けてSVO2_FAの積分値CAT_DLYPの逐次算出を開始する（S308）。すなわち、本プロセスが呼び出されプロセスS308を実行するたび、絶対値SVO2_FAに微小時間Δｔを乗じた値を前回までに積分した値に加算することで積分が行われることとなる。横軸を連続的な時間に取った積分値CAT_DLYPの計算例を図６に示す。
【００３８】
次に、触媒評価部203は、応答性評価部204で積分値CAT_DLYPの計算を行うと、積分期間タイマーTM_CATDETが０であるか否かを判定する（S309）。ここで、積分期間タイマーTM_CATDETが０ではない場合は、プロセスをS317へと進める。S317以降のプロセスは前述と同様であるため説明を省略する。一方、積分期間タイマーTM_CATDETが０である場合、算出した積分値CAT_DLYPのその時点の値を触媒評価部203に送信し、プロセスをS310へと進める。そしてS310において、触媒評価部203は、積分値CAT_DLYPが所定値CAT_DLYP_OK以下であるか否かを判定する。ここで、判定値CAT_DLYP_OKは、積分値CAT_DLYPに基づいて触媒が劣化しているか否かを判定するためのしきい値である。
【００３９】
積分値CAT_DLYPが判定値CAT_DLYP_OK値以下である場合、触媒評価部203は、触媒は劣化を生じていないと判定して、触媒評価済みフラグを１にセットして（S311）本プロセスを終了する。
【００４０】
一方、積分値CAT_DLYPが判定値CAT_DLYP_OK値以下ではない場合、触媒評価部203は、触媒が劣化を生じていると判定して、出力インタフェース205を介して触媒異常記録故障ランプを点灯させる（S312）。そして、触媒評価済みフラグを１にセットして（S313）、本プロセスを終了する。
【００４１】
代替の劣化状態の判定方法として、S308において算出した積分値CAT_DLYP値に基づいて触媒の劣化状態を判定せずに、図７に示すように積分値出力SVO2_FA値の平滑平均値を算出するようになまし計算を行い、なまし計算値LAF_AVEに基づいて触媒の劣化故障を判定することもできる。たとえば、なまし計算値CAT_AVEを計算する式は以下のようになる。
【００４２】
CAT_AVE=(1-c1)・SVO2_FAi-1+C1・SVO2_FAi
ここで、c1は、なまし係数
この場合、S310において、触媒評価部203は、なまし計算値に対する判定値CAT_AVE_OK以下であるか否かを判定し、CAT_AVE_OK値以下ではない場合、触媒が劣化を生じていると判定する。一方、なまし計算値CAT_AVE値がCAT_AVE_OK以下である場合、触媒が劣化を生じていないと判定する。
【００４３】
本発明によれば、触媒を評価するための正弦波変動などの検知用信号を乗じた燃料噴射量をエンジンに与え、その後の排気ガスセンサ出力に基づいて触媒の劣化の有無を評価する。よって、過渡運転による空燃比変動や、触媒の酸素吸着状態の影響をより受けにくくなる。よって、検知精度を向上させることができるとともに、検知領域を広げることができる。
【００４４】
また、ここでは正弦波を検知用信号として使用したが、単一周波数の三角関数波、矩形波、または三角波のいずれか、もしくは、これら複数の波形を含む合成波としても、同様の効果を有する。いずれの場合も、検知用信号振幅に制限がある場合、所望の単一周波数もしくは複数の所望の周波数のスペクトル成分を大きくすることができ、ノイズに対する検知精度を高めることができる。
【００４５】
さらに、バンドパスフィルタリングを施した出力を用いることにより、上記の検知周波数を一定に保てる効果に加え、検知周波数以外の周波数成分を取り除けることにより、計測の際のノイズ成分を除去できる。特に過渡運転時に生じる空燃比変動などによって生じる他の周波数成分の影響を取り除けることにより、検知精度をより向上することができる。
【００４６】
また、バンドパスフィルタリングを施した出力波形の絶対値の所定期間におけるなまし計算値などの平均値、または積分値に基づいて、触媒の劣化故障判定を行うため、エンジン運転負荷の変動等によって生ずる他の周波数成分単発的な空燃比スパイクなどの影響を触媒劣化検知の評価から排除することができ、劣化故障判定の精度をより向上させることができる。
【００４７】
また必須ではないが、図１および図８に示したように、KACTをフィードバック補償器に入力し、エンジンに供給する空燃比を所定値に制御するようにフィードバック係数KAFを算出し、このKAF値を基本燃料噴射量に対するKIDSIN値の乗算値にさらに乗ずるようにフィードバックをかけることもできる。この場合、ＥＣＵを用いた実施形態では、さらにフィードバック補償部（不図示）を設け、燃料量計算部206に接続する構成をとる。
【００４８】
本発明によれば、燃料噴射量が、触媒前排気ガスセンサ出力もしくは触媒後排気ガスセンサ、または両者の出力に基づいて決定されたフィードバック係数に基づいて補正されることにより、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生ずるリーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、検知精度を保ったまま、触媒の劣化故障診断中において生ずる触媒浄化率の低下を抑制して、排気ガス中の有害成分の排出量増加を防止することができる。
【００４９】
ところで、上述において通常のLAFフィードバックとの組み合わせについて記載したが、フィードバック系の目標値や補正係数に検知用信号と同じ周波数fid近傍の成分を含む場合において、出力される応答の検知精度が劣り、劣化評価が正確に行われないことがある。これに対する対策として、図９のフィードバック停止判断プロセスに示すように、触媒劣化診断プロセス実行中は、排気ガスセンサの出力に基づいて決定される空燃比フィードバック演算や空燃比フィードバック目標値演算を停止、またはフィードバックの応答を遅くして、フィードバック系がfid近傍の周波数を含まないようにすることにより、この問題を解決することができる。
【００５０】
このフィードバック停止判断プロセスについて説明する。フィードバック停止判断プロセスがメインプログラムから呼び出されると、最初に触媒評価要求があるか否かを触媒評価要求フラグを参照して判定する（S901）。評価要求がない場合には、触媒評価部203は、プロセスをS906へと進め、フィードバック停止タイマーにタイマー時間を設定して、カウントダウンを開始させる。そして、本プロセスを終了する。
【００５１】
次に、再びフィードバック停止判断が呼び出されると、触媒評価部203は、再度触媒評価要求があるか否かを判定する（S901）。ここで、触媒評価要求フラグが１にセットされており評価要求がある場合は、触媒評価部203は、フィードバック補償部に対してフィードバックを停止させる（S902）。そしてS903において、触媒評価部203は、フィードバック停止タイマーが０であるか否かを判定する。ここで、触媒評価要求が出されてから所定の時間を経過しておらず、フィードバック停止タイマーは０ではないため、触媒評価部203はプロセスを終了させる。一方、フィードバック停止タイマーが０の場合、触媒評価部203は、触媒劣化診断プロセスを呼び出す（S904）。そして、呼び出した触媒劣化診断プロセスが終了すると、触媒評価部203は、プロセスをS905へと進め、触媒劣化診断プロセスにおいてセットまたはリセットされた触媒評価済みフラグを参照して、触媒劣化判定が終了したか否かを判定する。ここで触媒劣化判定が終了していない場合には、プロセスを終了する。一方、触媒劣化判定が完了している場合には、触媒評価部203は、プロセスをS907へと進め、フィードバック補償部に対してフィードバックの停止を解除し、再びフィードバックが燃料噴射量INJを補正するようにする。そしてプロセスを終了する。
【００５２】
また、触媒の前後に排気ガスセンサを有するとき、図８のように触媒後空燃比制御アルゴリズムを有するフィードバック目標値演算器、および出力されたフィードバック目標値KCMDと当量比KACTからフィードバック係数KAFを求める適応型触媒前空燃比制御を行うフィードバック補償器を備えることもできる。これらフィードバック目標値演算および適応型触媒前空燃比制御については、既に出願された特開２００３−１９５９０７号などに記載されているので説明を省略する。
【００５３】
このような制御が行われるときも、フィードバック系の目標値などに検知用信号と同じ周波数fid近傍の成分を含む場合に出力される応答の検知精度が劣ることがある。このときは、次のように下記（１）から（６）の手法をS902の代替として行うことができる。
【００５４】
（１）触媒前排気ガスセンサフィードバックを停止させる。これにより、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防止し、検知精度の悪化を防ぐことができる。
【００５５】
（２）触媒後排気ガスセンサフィードバック目標値演算を停止することにより、フィードバック目標値に検知用周波数と同じ周波数成分が含まれることを防ぐことができる。したがって、触媒前排気ガスセンサを用るフィードバック係数がその目標値に追従しようとして検知用周波数を生成してしまうことを防止できると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックによって、空燃比のドリフトを防ぎ、排気ガス成分の増加を防止できる。
【００５６】
（３）上記（１）および（２）両演算停止によって、（１）と同様の効果が得られると共に、触媒前フィードバックが停止している一方で、その目標値を演算しているというＥＣＵ演算パワーのリソースの無駄な消費を回避することもできる。
【００５７】
（４）触媒前排気ガスセンサフィードバック制御速度を決定するパラメータをフィードバックが遅くなるように変更することによって、フィードバック係数の変化速度を遅くすることができる。したがって、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防ぐことができるため、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックが動作することにより、フィードバックが停止しているときに比較して空燃比のドリフトを防止でき、排気ガス成分の増加を低減できる。
【００５８】
（５）触媒後排気ガスセンサフィードバック目標値演算制御速度を決定するパラメータを、目標値変化速度が遅くなるように変更することによって、検知用周波数と同じ周波数成分が目標値に含まれることを防止することが可能となる。したがって、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバック係数がその目標値に追従しようとして検知用周波数を生成してしまうことを防止し、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックによって、排気ガス成分の増加を低減できる。
【００５９】
（６）上記（４）および（５）両制御速度を決定するパラメータを制御速度が遅くなるように変更することにより、上記（４）、（５）の効果を併せ持つ。すなわち、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防止することが可能となるため、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックが動作することにより、フィードバックが停止しているときに比較して空燃比のドリフトを防止でき、排気ガス成分の増加を低減できる。
【００６０】
これらの手法などにより、上述と同様に検知精度悪化の問題を解決することができる。
【００６１】
本発明によれば、触媒の劣化故障判断における応答性評価中に上述の方法を採用することによって、フィードバック係数変化に含まれる検知用信号と同じ周波数fid近傍の成分の影響を除去することができるため、空燃比フィードバックと組み合わせることによる検知精度の悪化を防止し、触媒劣化故障の検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の一つの実施形態である触媒劣化判別装置のブロック図。
【図２】この発明の一つの実施形態である触媒劣化判別装置で使用するＥＣＵの一例を示す図。
【図３】本発明の実施形態を表すフローチャート。
【図４】本発明で使用するバンドパスフィルタ周波数特性例。
【図５】酸素センサ出力SVO2_Fの波形例。
【図６】触媒劣化パラメータCAT_DLYPの例。
【図７】触媒劣化パラメータCAT_AVEの例。
【図８】他のフィードバック係数算出手法を用いた場合の排気ガスセンサ故障診断装置のブロック図。
【図９】フィードバック等を停止させるなどの本実施形態を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００６３】
２０１  入力インタフェース
２０２  検知用信号発生部
２０３  触媒評価部
２０４  応答性評価部
２０５  出力インタフェース
２０６  燃料量計算部
【図１】
2005133639.tif 000003
【図２】
2005133639.tif 000004
【図３】
2005133639.tif 000005
【図４】
2005133639.tif 000006
【図５】
2005133639.tif 000007
【図６】
2005133639.tif 000008
【図７】
2005133639.tif 000009
【図８】
2005133639.tif 000010
【図９】
2005133639.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
排気ガス浄化装置の下流側に設けられた排気ガスセンサのセンサ値に基づいて、内燃機関の排気通路内に設置された前記排気ガス浄化装置の劣化状態を診断する排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、
特定の周波数成分を有する検知用信号を発生し、該検知用信号を基本燃料噴射量に乗算して燃料噴射量を算出する検知用信号発生手段と、
前記燃料噴射量に対する前記内燃機関の排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数応答を抽出し、該周波数応答に基づいて前記排気ガス浄化装置の状態を判定する排気ガス浄化装置評価手段と、
を備える排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記排気ガス浄化装置評価手段は、前記排気ガス浄化装置の状態の判定を、前記燃料噴射量の供給後から所定時間経過後に行う、請求項１記載の排気ガス浄化装置の劣化診断装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
積分開始タイマーTM_SVO2FDにタイマー設定すると、触媒評価部203は、次に、積分期間タイマーTM_CATDETに所定の時間をセットし、カウントダウンを開始する（S316）。ここで、積分期間タイマーTM_CATDETに設定する時間は、触媒の劣化を判定するために、後に出力の絶対値を積分するための積分時間である。積分期間タイマーTM_CATDETに時間をセットすると、触媒評価部203は、触媒評価済みフラグを０にリセットして（S317）、本プロセスを終了する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
一方、上述の評価条件がすべて満たされた場合、触媒評価部203は、検知用信号発生部202に対して三角関数波等を含んだ検知用信号KIDSINの算出要求を送信する。検知用信号KIDSINの算出要求が送信されると、検知用信号発生部は、まず周波数fid（ここでは３Ｈｚを使用する）、振幅aid（ここでは0.03とする）の正弦波FDSINを発生させる。そして、発生させた正弦波FDSINにオフセット量IDOFT（ここでは1.0とする）を加算したKIDSIN（ここでは、1.0+0.03*sin 6πt）を作成する（S304）。そして、この正弦波を含んだ検知用信号KIDSINを継続的に燃料量計算部206に送信する。検知用信号KIDSINが送信されると、燃料量計算部206は、検知用信号KIDSINに基本燃料噴射量を乗じ、燃料噴射量INJを算出する。そして、この燃料噴射量INJは、出力インタフェース205を介してエンジン102のインジェクションに入力される。エンジンが燃料噴射量INJで運転すると、入力である燃料噴射量INJに応じた出力である排気ガスがエンジンの排気系から排出される。そして、触媒後排気ガスセンサ103は、触媒後の排気ガスを検知し、そのセンサ出力SVO2を入力インタフェース201を介して、応答性評価部204に入力する。センサ出力SVO2が入力されると、応答性評価部204は、下の式にSVO2を代入してバンドパスフィルタリング済みの出力SVO2_Fを算出する（S305）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
そして、フィルタリング済出力SVO2_F値を算出すると（図５）、応答性評価部204は、フィルタリング済出力SVO2_Fから絶対値に変換した絶対値出力SVO2_FAを算出（S306）する。触媒評価部203は、絶対値出力SVO2_FA算出終了の通知を応答性評価部204から受け取ると、積分開始タイマーTM_SVO2FDが０であるか否かを判定する（S307）。ここで、タイマーTM_SVO2FDが０ではない場合、触媒評価部203は、プロセスをS316へと進める。S316以降のプロセスは前述の動作と同様であるため説明を省略する。一方、積分開始タイマーTM_SVO2FDが０の場合、触媒評価部203は、応答性評価部204にタイマー条件がクリアされていることを通知し、応答性評価部204では、それを受けてSVO2_FAの積分値CAT_DLYPの逐次算出を開始する（S308）。すなわち、本プロセスが呼び出されプロセスS308を実行するたび、絶対値SVO2_FAに微小時間Δｔを乗じた値を前回までに積分した値に加算することで積分が行われることとなる。横軸を連続的な時間に取った積分値CAT_DLYPの計算例を図６に示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
代替の劣化状態の判定方法として、S308において算出した積分値CAT_DLYP値に基づいて触媒の劣化状態を判定せずに、図７に示すように積分値出力SVO2_FA値の平滑平均値を算出するようになまし計算を行い、なまし計算値CAT_AVEに基づいて触媒の劣化故障を判定することもできる。たとえば、なまし計算値CAT_AVEを計算する式は以下のようになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
【図１】この発明の一つの実施形態である触媒劣化判別装置のブロック図。
【図２】この発明の一つの実施形態である触媒劣化判別装置で使用するＥＣＵの一例を示す図。
【図３】本発明の実施形態を表すフローチャート。
【図４】本発明で使用するバンドパスフィルタ周波数特性例。
【図５】酸素センサ出力SVO2_Fの波形例。
【図６】触媒劣化パラメータCAT_DLYPの例。
【図７】触媒劣化パラメータCAT_AVEの例。
【図８】他のフィードバック係数算出手法を用いた場合の触媒劣化判別装置のブロック図。
【図９】フィードバック等を停止させるなどの本実施形態を表すフローチャート。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2005133639.tif 000012