(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断方法において、
エンジン稼動中に、時間的に変化する空燃比を前記触媒の出口側で測定する測定過程と、
前記測定過程で測定された空燃比変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算出過程と、
前記パワースペクトル算出過程で求められたパワースペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づいて、前記触媒の劣化を診断する劣化診断過程とを有することを特徴とする排出ガス対策装置の劣化診断方法。
【請求項２】
前記測定過程では、時間的に変化する空燃比を、前記触媒の出口側のほか該触媒の入口側でも測定し、
前記パワースペクトル算出過程では、前記測定過程で測定された、前記触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動のパワースペクトルを求め、
前記劣化診断過程では、前記パワースペクトル算出過程で求められた、前記触媒の入力側の空燃比変動のパワースペクトルに対する前記触媒の出力側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づいて、前記触媒の劣化を診断することを特徴とする請求項１記載の排出ガス対策装置の劣化診断方法。
【請求項３】
前記測定過程は、Ｏ２センサを用いて空燃比を測定するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の排出ガス対策装置の劣化診断方法。
【請求項４】
エンジンの排出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断装置において、
時間的に変化する空燃比を前記触媒の出口側で測定するセンサと、
前記センサで測定された空燃比変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算出部と、
前記パワースペクトル算出部で求められたパワースペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づいて、前記触媒の劣化を診断する劣化診断部とを備えたことを特徴とする排出ガス対策装置の劣化診断装置。
【請求項５】
前記センサのほかに、時間的に変化する空燃比を、前記触媒の入口側で測定するセンサを備え、
前記パワースペクトル算出部では、前記２つのセンサで測定された、前記触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動のパワースペクトルを求めるものであり、
前記劣化診断部は、前記パワースペクトル算出部で求められた、前記触媒の入力側の空燃比変動のパワースペクトルに対する前記触媒の出力側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づいて、前記触媒の劣化を診断するものであることを特徴とする請求項４記載の排出ガス対策装置の劣化診断装置。
【請求項６】
前記センサは、Ｏ２センサであることを特徴とする請求項４又は５記載の排出ガス対策装置の劣化診断装置。
【請求項７】
前記劣化診断部での診断結果を出力する診断結果出力部を備えたことを特徴とする請求項４又は５記載の排出ガス対策装置の劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリン車の排出ガス対策では、高精度な空燃比制御と浄化効率の高い触媒装置を組み合わせる三元触媒方式が一般的で、排気浄化を後処理技術に多く依存している。このため触媒が劣化して浄化機能が低下した場合には、排出ガスが大幅に悪化する一方、車の運転性にはほとんど影響しないことから、異常な排出ガス車が長期間、気づかずに使われ続けられる危険性がある。したがって触媒装置を車上で自己診断する装置（ＯＢＤ；Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）の役割は、大気環境保全の観点から今後非常に重要となる。
【０００３】
ただし、現状では触媒劣化を車上で直接検知できる技術がないため、実験室等に据え置いた状態で触媒前後に取り付けた２本の空燃比センサ（Ｏ2センサ）の出力波形などから劣化を診断する手法が、米国でのＯＢＤＩＩ規制に対応して使われることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その劣化診断手法として、Ｏ2センサ信号の周波数をカウントする方法や、空燃比に人為的な外乱を与えてＯ2センサ信号の変化を捉える方法などが使われているが、加速域など触媒劣化の影響が出やすい運転域で、かつガス量や空然比が不規則に変動する運転条件では正確な診断が難しいという問題がある。
【０００５】
例えば特開平７−３０５０６２３号公報には、上流側センサと下流側センサによる空燃比の測定値の振幅比や反転周期から触媒の劣化を判定する方法において、判定精度を上げるために、入口側センサの振動特性が判定に適正な条件の時（エンジンの運転条件を判定する手段により安定した運転条件の時を選択する）にだけ、出口側センサと比較する方法が開示されている。このように、従来は、診断を行いやすい運転域を限定して判定処理を行う例が多く、実使用条件下での触媒診断には、必ずしも十分なものとなっていない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、加速運転域を含む広範な運転条件において適用できる、高精度かつ実用性の高い排出ガス対策装置の劣化診断方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法は、エンジンの排出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断方法において、
エンジン稼動中に、時間的に変化する空燃比を触媒の出口側で測定する測定過程と、
測定過程で測定された空燃比変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算出過程と、
パワースペクトル算出過程で求められたパワースペクトルに基づいて、触媒の劣化を診断する劣化診断過程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法は、測定された空燃比変動のパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルに基づいた触媒の劣化診断を行なうものであり、後述するように、本発明のパワースペクトルを求める方法によると、加速運転域を含む広範な運転域で安定的に高精度な劣化診断を行なうことができ、実用性に優れた劣化診断方法である。
【０００９】
ここで、上記測定過程では、時間的に変化する空燃比を、触媒の出口側のほかその触媒の入口側でも測定し、
パワースペクトル算出過程では、測定過程で測定された、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動のパワースペクトルを求め、
劣化診断過程では、パワースペクトル算出過程で求められた、触媒の入口側の空燃比変動のパワースペクトルに対する触媒の出口側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づいて、触媒の劣化を診断することができる。
【００１０】
従来の劣化診断方法は、入口側センサの測定値と出口側センサの測定値を時間軸上で比較するものであり、運転条件やセンサ出力の特性変化による影響を受け易いため、エンジンごとに処理を工夫する必要があるなど、汎用性の点で問題があった。これに対し本発明では、空燃比の時間軸上の瞬間的な変動を問題にするのではなく、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動を測定してそれぞれのパワースペクトルとその変化を求める方法であり、高精度の触媒劣化診断が可能となる。
【００１１】
ここでは、本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法において、劣化診断過程では、パワースペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づいて触媒の劣化を診断することが好ましい。
【００１２】
パワースペクトルを求めた後、そのパワースペクトルに基づいて触媒劣化診断を行なうにあたっては、具体的には例えば上記のようにパワースペクトルを一次式で近似しその近似した一次式の係数に基づいて触媒診断を行なうことができる。ただし必ずしも一次式で近似する方法を採用する必要はなく、一次式以外の適当な関数で近似してその関数の係数に基づいて触媒劣化診断を行なってもよく、あるいは、ある周波数領域内のパワースペクトルの平均値を求め、その平均値に基づいて触媒劣化診断を行ってもよく、本発明は、パワースペクトルを求めた後、そのパワースペクトルから触媒劣化診断に結びつく特徴量を抽出するアルゴリズムの如何を問うものではない。
【００１３】
さらに上記本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法において、上記測定過程は、Ｏ2センサを用いて空燃比の変動状態を測定するものであってもよい。
【００１４】
空燃比を直接に測定する空燃比センサはかなり大がかりで高価なセンサであり、空燃比を直接に測定することに代えてＯ2センサでＯ2の量（時間的変化）を測定することでも、後述するように十分な高精度で触媒劣化診断を実行することができ、小型化、安価なセンサで済むことになる。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明の排出ガス対策装置の劣化診断装置は、エンジンの排出ガスを触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の触媒の劣化を診断する劣化診断装置において、
時間的に変化する空燃比を触媒の出口側で測定するセンサと、
上記センサで測定された空燃比変動のパワースペクトルを求めるパワースペクトル算出部と、
パワースペクトル算出部で求められたパワースペクトルに基づいて、触媒の劣化を診断する劣化診断部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記本発明の排出ガス対策装置の劣化診断装置において、上記センサのほかに、時間的に変化する空燃比を、触媒の入口側で測定するセンサを備え、パワースペクトル算出部は、上記２つのセンサで測定された、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動のパワースペクトルを求めるものであり、
劣化診断部は、パワースペクトル算出部で求められた、触媒の入力側の空燃比変動のパワースペクトルに対する触媒の出力側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度に基づいて、触媒の劣化を診断するものであることが好ましい。
【００１７】
さらに、上記本発明の排出ガス対策装置の劣化診断装置において、上記劣化診断部では、パワースペクトルを一次式で近似し、近似した一次式の係数に基づいて触媒の劣化を診断するものであってもよく、また、センサは、Ｏ2センサであってもよい。
【００１８】
さらに、上記本発明の排出ガス対策装置の劣化診断装置において、劣化診断部での診断結果を出力する診断結果出力部を備えることが好ましい。
【００１９】
この診断結果出力部は、本発明の排出ガス対策装置の劣化診断装置を一般の車両に搭載した場合の運転パネル上の表示部であってもよく、触媒が劣化したことを音声あるいはブザー等で知られる発音部であってもよく、その出力形態を問うものではない。また、この診断結果出力部は、触媒の劣化の程度を出力するものであってもよく、あるいは触媒が劣化したことを通知するものであってもよい。また、触媒の劣化の程度を出力する場合であっても、触媒の劣化の程度を直接に出力することに代え、触媒の交換時期、今後触媒を変換せず走行することのできる走行距離、あるいは交換までの日数等の情報に置き換えて出力するものであってもよい。
【００２０】
このような診断結果出力部を備えることにより、例えば触媒が劣化したことに気づかずに運転しつづけるといった事態を改善することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の排出ガス対策装置の劣化診断方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００２３】
この図１に示す排出ガス対策装置の劣化診断方法は、ガソリンエンジンの排出ガスを三元触媒により浄化して外部に排出する排出ガス対策装置の、その三元触媒の劣化を診断する劣化診断方法であって、測定過程（ステップａ）と、パワースペクトル算出過程（ステップｂ）と、劣化診断過程（ステップｃ）とから構成されている。
【００２４】
三元触媒は、触媒層の表面が非常に細密な粒子構造を持っており、流入した排出ガス中の反応に関与する分子を多く吸着、保持する機能を有している。一方、三元触媒車のガソリンエンジンでは、触媒反応を有効に働かせるため空燃比を理論混合比を境に細かく変化させる制御を行うのが一般的である。したがって、触媒に吸着されていた排出ガス分子と後から触媒に流入した排出ガス分子とが触媒表面上で酸化と還元の両反応を同時に起こし、その結果としてエンジンで生成したＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが同時に浄化される。こうした作用の結果、触媒出口での空燃比変動の周波数成分は極端に少なくなっている。ここで、触媒の劣化とは、触媒表面における反応関与物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、Ｈ2、Ｏ2などの各分子）の吸着保持機能が低下することであり、触媒が劣化した場合は、反応が進まないまま触媒を通過するガスが多くなって、触媒出口ガスの空燃比変動が触媒前側の状態により近付くことになる。空燃比変動の例については後述する。
【００２５】
図１のステップａの測定過程では、エンジン稼動中に、Ｏ2センサを用いて、時間的に変化する空燃比が触媒の出口側で測定される。本実施形態における測定過程では、さらに、Ｏ2センサを用いて、時間的に変化する空燃比が、触媒の入口側でも測定される。
【００２６】
また、ステップｂのパワースペクトル算出過程では、測定過程で測定された、触媒の入口側と出口側との双方の空燃比変動のパワースペクトルが求められる。
【００２７】
ここで、本実施形態における劣化診断過程では、パワースペクトルが一次式で近似され、近似された一次式の係数に基づいて触媒の劣化が診断される。また、本実施形態では、測定過程（ステップａ）で触媒の入口側と出口側との双方で空燃比が測定され、パワースペクトル算出過程（ステップｂ）では、測定過程で測定された触媒の入口側の空燃比変動と出口側の空燃比変動との双方のパワースペクトルが求められるため、ステップｃの劣化診断過程では、パワースペクトル算出過程で求められた、触媒の入力側の空燃比変動のパワースペクトルに対する触媒の出力側の空燃比変動のパワースペクトルの変化の程度、例えば触媒の入口側の空燃比変動のパワースペクトルを近似した一次式の係数（ここではｙ切片）に対する、触媒の出口側の空燃比変動のパワースペクトルを近似した一次式の係数（ｙ切片）の変化率あるいは変化幅等に基づいて三元触媒の劣化が診断される。
【００２８】
図２は、自動車に搭載された本発明の一実施形態としての排出ガス対策装置の劣化診断装置を示す模式図である。
【００２９】
この自動車１００にはガソリンエンジン１１０が搭載されており、そのガソリンエンジン１１０の排気ガスは、その排気ガスを三元触媒により浄化する排出ガス対策装置１２０により浄化され、さらにマフラ１３０により消音されて車外に排出される。
【００３０】
ここで、排出ガス対策装置１２０の三元触媒の入口側（ガソリンエンジン１１０側）およびその三元触媒の出口側（マフラ１３０側）には、それぞれＯ2センサ１１ａ，１１ｂが備えられており、ガソリンエンジン１１０が稼動しているときの、その排出ガス中の酸素濃度の時間変化が測定される。この酸素濃度は極めて高い相関を持って空燃比をあらわしているものであり、ここでは以下、Ｏ2センサ１１ａ，１１ｂで空燃比が測定されるという表現で説明する。
【００３１】
２つのＯ2センサ１１ａ，１１ｂでの測定により得られる空燃比の時間変化信号は、パワースペクトル算出部１２に入力され、各空燃比変動のパワースペクトルが求められる。このパワースペクトル算出部１２は、図１に示す劣化診断方法におけるステップｂのパワースペクトル算出過程に対応する。パワースペクトルの具体例は後述する。
【００３２】
また、図２の劣化診断部１３では、図１に示す排出ガス対策装置の劣化診断方法におけるステップｃの劣化診断過程に相当する処理が行なわれ、これにより、パワースペクトル算出部１２で求められたパワースペクトルに基づいて排出ガス対策装置１２０の三元触媒の劣化診断が行なわれる。
【００３３】
また、表示部１４では、劣化診断部１３で求められた三元触媒の劣化診断結果が表示される。本実施形態では、自動車１００の表示パネル上に赤ランプが点灯することにより、三元触媒が劣化した旨表示される。
【００３４】
【実施例】
以下、実験データに基づいて、上述の実施形態の方法あるいは装置で三元触媒の劣化を高精度診断することができることを示す。
【００３５】
ここでの実験では、電子制御燃料噴射・空燃比（Ａ／Ｆ）ストイキ制御方式のガソリンエンジンを使用し、自動変速機を取り付けた状態でベンチに設置して自動運転装置によりモード運転等を行わせた。供試エンジンの主要諸元を表１に示す。触媒診断の実験に使用したＯ2センサは、ジルコニア固体電解質の標準タイプであり、内部に暖機促進用のヒータが組み込まれている。
【００３６】
供試触媒は、表２に示すように新品触媒１種類、及びその同等品に５万ｋｍ走行相当および８万ｋｍ走行相当の迅速劣化処理を与えた２種類の劣化触媒を用いた。各触媒の共通仕様を表３に示す。なお，これらの触媒の担体、担持金属、担持方法などの仕様については、実験エンジンが装備している触媒装置と同タイプである。
【００３７】
【表１】
0004049300.tif 000002
【００３８】
【表２】
0004049300.tif 000003
【００３９】
【表３】
0004049300.tif 000004
【００４０】
図３は、実験装置の概略構成を示す図である。
【００４１】
各供試触媒を専用の試験容器に収納し、図３に示す三元触媒２３の位置に取り付けた。触媒前後の排出ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各濃度は、２台のガス分析計（ＣＶＳ２４とガスアナライザ２５）を用いて同時測定した。各成分の瞬時排出量は、ＣＶＳ希釈濃度の連続分析法により測定した。触媒の反応状態を把握するため、触媒前後からサンプルした排出ガスを２台のＡ／Ｆ計２１ａ，２１ｂに導入して各点のＡ／Ｆの変動状態を連続測定した。Ｏ2センサ２２ａ，２２ｂのＡ／Ｆに対する出力電圧特性を調べる実験では、エンジンのＡ／Ｆ制御をオーブンループ状態とし、一定車速状態のもとでＡ／Ｆを徐々に変化させる制御指令を与え、Ｏ2センサ２２ａ，２２ｂの出力レベルを記録した。触媒劣化時におけるＯ2センサ出力を調べる実験では、Ｏ2センサを図３に示す三元触媒２３の入口側と出口側に取り付けて、１０・１５モード運転及び１１モード運転を行い、センサ出力信号を連続記録した。なお、触媒前後の２本のＯ2センサについては、それぞれ空燃比に対する出力特性が一致することを予め実験で確認した。以下に、これらの実験・解析の結果を示す。
【００４２】
迅速劣化試験で処理した５万ｋｍ走行相当（劣化触媒Ａ）と８万ｋｍ走行相当（劣化触媒Ｂ）の２種類の劣化触媒を用いて、Ｏ2センサによる劣化検知の妥当性を検討した。そのため、最初に触媒劣化状態を定量的に把握することを目的として、新品触媒および２種類の劣化触媒を交互にエンジン排気系に装着して、１１モード及び１０・１５モード試験を行い、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各排出量を測定した。その結果を、図４，図５に示す。劣化触媒Ａ及びＢでは、１１モード及び１０・１５モード試験のいずれもＮＯｘ排出量が５３年度規制の許容限度値をオーバーした。また触媒Ｂでは、１０・１５モード試験においてＮＯｘ及びＣＯの排出量も規制値をオーバーし、ＨＣも規制値近傍まで排出量が増加した。以上の結果から、供試触媒においては、劣化によりＮＯｘ排出量が顕著に増加し、また５万ｋｍ走行相当の劣化触媒Ａよりも、８万ｋｍ走行相当の劣化触媒Ｂの方がさらに浄化性能が低下していることがわかった。
【００４３】
次に、モード試験時のどの運転域で触媒劣化の影響が出やすいかを探るため、１１モード試験時のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの各排出量の累積変化を調べた。各触媒の比較を図６に示す。
【００４４】
図６より、劣化触媒では、コールドスタート直後の加速時の排出量に大きな差が出ていること、また触媒暖機後においても加速域での浄化性能に違いが現れやすいことが明らかになった。この加速領域での浄化性能の低下は、劣化触媒Ａよりも、劣化がさらに進行した劣化触媒Ｂの方が顕著であった。加速域は排出ガス流量が多いため空間速度が増加し、結果的に触媒劣化の影響を受けやすいものと見られる。すなわち適正な触媒劣化診断を行う運転域としては、加速域を含むことが重要である。
【００４５】
（Ｏ2センサの出力特性）
米国ＯＢＤＩＩの触媒劣化検知規定に対応する方式として、Ｏ2センサの信号を用いた間接診断法が使われることが多い。特に、触媒装置の前後に取り付けた２本のＯ2センサの出力の振幅特性を比較する方法では、Ａ／Ｆに対する信号出力特性が２本のセンサで基本的に同一特性を示すことが重要であり、Ｏ2センサの性能要件を定めておく必要がある。即ち、Ｏ2センサの出力特性としては、取り付け位置や走行条件に影響されることなくＡ／Ｆに対して出力が一意に定まることが望ましい。しかしながら、Ｏ2センサの出力特性は、Ａ／Ｆが同一であっても排出ガス組成が異なる場合には、異なる特性を示す場合のあることが知られている。Ｏ2センサ出力の振幅特性比較法では、２本のセンサを触媒装置の前後に装着するため、取り付け位置において排出ガス組成が大きく異なり、結果として両センサの出力特性に違いが生じることが考えられる。この違いが触媒の劣化検知に微妙な影響を与える可能性があるため、それを実験的に調査した。
【００４６】
図７は、Ａ／Ｆに対する触媒入口側Ｏ2センサの電圧出力の変化を、車速３０〜５０ｋｍ／ｈの定速運転条件で調べた結果である。センサ出力の急変点は、理論空燃比とされるＡ／Ｆ１４．７近傍にあり、どの車速でもほぼ一定である。しかし５０ｋｍ／ｈでは、Ａ／Ｆがリッチ側からリーン側に変化する領域でのセンサ出力の変化が、低速時に比べて緩やかである。この出力特性は、エンジンのＡ／Ｆ制御用Ｏ2センサでも同様に見られたことから、車速の上昇によって、Ａ／Ｆのリッチ／リーンの判定基準値（０．４５Ｖ）相当のＯ2センサ電圧発生条件がリッチ側にシフトすると予想される。即ち、Ａ／Ｆの制御中心もややリッチ側にシフトし、これに伴って触媒入口側及ぴ出口側のＯ2センサの出力変動の中心もリッチ側にシフトするものと予想される。同様に、触媒出口側Ｏ2センサ（劣化触媒Ａ）のＡ／Ｆに対する出力変化を調べた結果を図８に示す。図中の車速範囲では、Ａ／Ｆ１４．６近傍にある出力急変点、及びリッチからリーンヘの急激な変動域におけるセンサ出力の特性がほぼ一致している。
【００４７】
一方、触媒が劣化した場合は触媒出口ガスの組成も新品時より変化するので、出口側Ｏ2センサの出力特性が影響される可能性がある。そこで、新品触媒及び２種類の劣化触媒をそれぞれエンジン排気系に装着して４０ｋｍ／ｈ定常運転を行い、触媒出口側Ｏ2センサのＡ／Ｆに対する出力特性を調べた。その結果を図９に示す。劣化触媒ＡとＢの出力は、図中のＡ／Ｆ範囲でほぼ一致している。一方、新品触媒の出力は、リッチＡ／Ｆ域において、劣化触媒の時よりも０．１Ｖ程度高いが、その他のＡ／Ｆ域ではほぼ同様である。
【００４８】
以上から、供試Ｏ2センサを用いた場合、車速の上昇に伴って触媒前後でのＯ2センサ出力変動の中心はリッチ側にシフトするものの、触媒出口側Ｏ2センサのＡ／Ｆに対する出力特性が、車速範囲や触媒の劣化状態にはそれほど影響されていないので、Ｏ2センサ出力の振幅特性の比較による触媒の劣化診断には問題がないと考えられる。
【００４９】
（Ｏ2センサ出力変動の波形）
次に、触媒の劣化状態が触媒装置前後のＯ2センサ出力波形にどのような違いをもたらすか調べた。図１０〜図１３は、劣化の影響が現れやすい加速域から定常域にかけての触媒前後のＯ2センサ出力波形を各種供試触媒ごとに比較したものである。図１１の新品触媒の場合は、触媒入口側のＯ2センサ出力（図１０）が０．１〜０．９Ｖの範囲で大きく変動しているのに対して、出口側のセンサ出力は加速域に入った直後にわずかに変動する以外は、ほぼ安定している。さらに出口側のセンサ出力レベルが約０．８Ｖ付近にあることから、この運転領域では触媒通過ガスのＡ／Ｆがリッチ雰囲気に偏っていると推測される。この現象は、触媒のＯ2ストレイジ効果で説明できる。即ち触媒流入ガス中に含まれるＯ2が触媒層に吸蔵され、結果として触媒通過ガス中の残存Ｏ2がほとんど無くなるため、出口側Ｏ2センサは排気リッチを示す電圧を発生したものである。一方、図１２、図１３の結果は、触媒劣化の進行に伴って、出口側Ｏ2センサの出力変動が拡大することを示している。これは、触媒劣化のために触媒のＯ2ストレイジ効果が低下したことに起因すると考えられる。
【００５０】
次に、こうした触媒劣化の進行に伴うＯ2センサ出力特性の変化を数値化する手法について検討した。その方法は、触媒入口側及び出口側Ｏ2センサの出力信号に対してＦＦＴ処理を加えてパワースペクトルを求め、周波数に対する傾向を一次式で近似するものである。
【００５１】
図１４は、図１０〜図１３の加速域のＯ2センサの出力のパワースペクトル、図１５，図１６は、図１０〜図１３の加速域と定常域の各運転域のＯ2センサ信号に上記のような一次式近似処理を施して、各触媒の違いを比較した結果である。一次式で近似すると触媒の劣化状態が明瞭にあらわれることがわかる。図１５，図１６より、加速域、定常域ともに触媒出口側Ｏ2センサの出力波形の減衰率が、新品触媒、劣化触媒Ａ、劣化触媒Ｂの順に減少していることが明確となった。同じ解析手法を加速域、定常域を含むその他の運転条件にも適用して調べた結果、触媒劣化によるパワースペクトル減衰率の変化は、同様な傾向を示すことが確認できた。このことから、触媒前後のＯ2センサ信号にＦＦＴ解析を加えたパワースペクトル一次式近似法は、触媒劣化の影響が現れやすい加速域を含む運転条件に対しても適用可能な触媒診断法であることが分かった。
【００５２】
ここでは、一例として、この一次式の係数の１つであるｙ切片（縦軸との交点）を求め、診断触媒からのｙ切片の変化により触媒の劣化診断を行なう。こうすることにより、触媒の劣化が簡易かつ高精度に診断できる。一次式に近似しなくても、所定の周波数帯域内（例えばここに示す０〜５Ｈｚの間）のパワースペクトルの平均値を求めても、触媒の劣化状態を診断することが可能である。あるいは一次式以外の適当な関数に近似してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、触媒により排出ガスを浄化する排出ガス対策装置の触媒の劣化を簡易かつ高精度に診断することができ、これを自動車に搭載した場合、異常な排出ガス車が長期間気づかれずに使われ続けられる危険を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】自動車に搭載された、本発明の一実施形態としての排出ガス対策装置の劣化診断装置を示す模式図である。
【図３】実験装置の概略構成を示す図である。
【図４】１１モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各排出量を示す図である。
【図５】１０・１５モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各排出量を示す図である。
【図６】１１モードテストにおけるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの各排出量を示す図である。
【図７】触媒入口側のＯ2センサの出力を示す図である。
【図８】触媒出口側のＯ2センサの出力を示す図である。
【図９】触媒出口側のＯ2センサのＡ／Ｆに対する出力特性を示す図である。
【図１０】加速域から定常域にかけての触媒入口側のＯ2センサ出力波形を示した図である。
【図１１】新品触媒を用いたときの、加速域から定常域にかけての触媒出口側のＯ2センサ出力波形を示した図である。
【図１２】劣化触媒Ａを用いたときの、加速域から定常域にかけての触媒出口側のＯ2センサ出力波形を示した図である。
【図１３】劣化触媒Ｂを用いたときの、加速域から定常域にかけての触媒出口側のＯ2センサ出力波形を示した図である。
【図１４】図１０〜図１３の加速域のＯ2センサの出力のパワースペクトルを示す図である。
【図１５】図１０〜図１３の加速域の各運転域のＯ2センサ信号に一次近似処理を施したときのその一次式を示した図である。
【図１６】図１０〜図１３の定常域の各運転域のＯ2センサ信号に一次近似処理を施したときのその一次式を示した図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ    Ｏ2センサ
１２    パワースペクトル算出部
１３    劣化診断部
１４    表示部
２１ａ，２１ｂ    Ａ／Ｆ計
２２ａ，２２ｂ    Ｏ2センサ
２３    三元触媒
２４    ＣＶＳ
２５    ガスアナライザ
【図１】
0004049300.tif 000005
【図２】
0004049300.tif 000006
【図３】
0004049300.tif 000007
【図４】
0004049300.tif 000008
【図５】
0004049300.tif 000009
【図６】
0004049300.tif 000010
【図７】
0004049300.tif 000011
【図８】
0004049300.tif 000012
【図９】
0004049300.tif 000013
【図１０】
0004049300.tif 000014
【図１１】
0004049300.tif 000015
【図１２】
0004049300.tif 000016
【図１３】
0004049300.tif 000017
【図１４】
0004049300.tif 000018
【図１５】
0004049300.tif 000019
【図１６】
0004049300.tif 000020