JP3839386B2 - 触媒コンバータの劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関(以下「エンジン」と称する)の排気ガス浄化のための触媒コンバータの劣化検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気ガス浄化のために、該排気ガス中の有害成分であるHC,CO,NOxを同時に除去する三元触媒を用いた触媒コンバータが用いられている。一方、エンジンの燃焼効率は該エンジンに吸入される混合気の空燃比により変化するため、該空燃比が運転状態に応じた最適値(例えば14.7)となるように、空燃比フィードバック制御が行われている。この空燃比フィードバック制御においては、従来、エンジンの排気管の前記触媒コンバータよりも上流位置の排気管マニホールドの集合部分等にO2 センサ等の空燃比センサを設け、この空燃比センサからの信号により空燃比のフィードバック制御を行っていた(以下、「シングル空燃比センサシステム」と称する)。
【0003】
しかるに、シングル空燃比センサシステムでは空燃比センサを1個のみ設けているので、該空燃比センサの出力特性のバラツキにより制御精度の悪化が生じる。そのため、かかる空燃比センサの出力特性のバラツキ、及びエンジンの燃料噴射弁等の部品のバラツキ、経時変化を保証するために、触媒コンバータの下流側に第二の空燃比センサを設けて、上流側の空燃比センサと共に二重に空燃比フィードバックを行う制御システム(以下、「ダブル空燃比センサシステム」と称する)が提案されている(例えば、米国特許第3,939,654号公報)。
【0004】
このダブル空燃比センサシステムは、次の理由により触媒コンバータの下流側の空燃比センサの出力特性のバラツキが少なく、安定した空燃比フィードバック制御ができるという利点を有している。
(1)触媒コンバータの下流では、排気温が低いので熱的影響が少ない。
(2)触媒コンバータの下流では、種々の有害物質が触媒により除去されているので、空燃比センサの被毒が少ない。
(3)触媒コンバータの下流では、排気ガスは十分に混合されており、しかも排気ガス中の酸素濃度は平衡状態に近い値になっている。
【0005】
ところで、触媒コンバータの触媒は、車両を通常考えられる使用条件の範囲内で使用している限り、その機能が著しく低下しないように設計されている。しかし、該車両のユーザが燃料として誤って有鉛ガソリンを使用するとか、車両使用中に何らかの原因でハイテンションコードが抜けて失火してしまった場合などには、触媒の機能が著しく低下することがある。前者の場合には、ユーザは全く気づかず、また、後者の場合にはハイテンションコードを挿入し直せばよいので、触媒を交換せずに車両を走行させ、触媒コンバータが劣化して排気ガスを浄化しないまま走行している場合がある。
【0006】
上述のダブル空燃比センサシステムにおいては、触媒の機能が劣化すると、HC,CO,H2 等の未然ガスが下流側に排出されてしまうので、下流側の空燃比センサが影響を受け、出力特性が変化する場合がある。その結果、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、HC,CO,NOxエミッションの悪化を来すという問題点があった。
【0007】
このため、触媒コンバータの劣化を検出する触媒コンバータの劣化検出装置が提案されている。例えば、図11は特開平5−98949号公報に示された従来の触媒コンバータの劣化検出装置を示す図であり、図11において、1はエンジン、15はエンジン1の排気ガスを排出する排気管、12は排気ガス中の有害成分HC,CO,NOxを同時に浄化する三元触媒を収納する触媒コンバータ、10は触媒コンバータ12の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素成分の濃度に応じた空燃比信号V1を発生する第一の空燃比センサ、11は触媒コンバータ12の下流側に設けられ、同じく排気ガス中の酸素成分の濃度に応じた空燃比信号V2を発生する第二の空燃比センサ、111は触媒コンバータ12中の触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置、112は該触媒が劣化したときに警報を発生する警報手段である。
【0008】
次に動作について説明する。
この触媒コンバータの劣化検出装置では、触媒コンバータ12の上、下流に設けられた空燃比センサ10,11からの出力電圧値である空燃比信号V1,V2と所定電圧値とで形成される面積相当値Sと、前記出力電圧値が該所定電圧値に対して反転する反転周期Tとが触媒劣化検出装置111で前記空燃比センサ10,11毎に演算され、また、触媒劣化検出装置111により、この面積相当値Sと反転周期Tあるいは両者の組み合わせにより触媒の劣化判定パラメータが演算され、この劣化判定パラメータを所定値と比較することにより触媒の劣化が判定される。触媒が劣化していると判定された場合には、警報手段112により警報が発せられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の触媒コンバータの劣化検出装置は以上のように構成されているので、触媒が十分に活性化していない場合には、劣化していない触媒であっても、劣化していると誤判定してしまう問題点があった。
【0010】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、触媒コンバータ中の触媒が活性化している時、エンジンの運転状態から上記触媒コンバータの活性化を容易にかつ正確に判定でき、触媒コンバータの劣化の判定を正確に行うことのできる触媒コンバータの劣化検出装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る触媒コンバータの劣化検出装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、内燃機関の排気ガス中の有害成分を除去する触媒コンバータと、運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、触媒活性化判定手段によって触媒が活性化していると上記判定されたときのみ触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えるものである。
【0012】
この発明に係る触媒コンバータの劣化検出装置は、内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途中に設けられた触媒コンバータと、この触媒コンバータの上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第一の空燃比センサと、触媒コンバータの下流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第二の空燃比センサと、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、触媒活性化判定手段によって触媒が活性化していると判定されたときのみ、上記第一、第二の空燃比センサからの出力信号に基づいて触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
参考例1.
先ず、本願発明による触媒コンバータの劣化検出装置の説明に入る前に、本願発明の理解を助ける参考例について説明する。図1は参考例1による触媒コンバータの劣化検出装置の基本的構成を示す機能ブロック図であり、図11に示した従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明を省略する。図1において、Gはエンジン1から排気される排気ガス、A1は触媒コンバータ12中の触媒が活性化しているか否かを判定する触媒活性化判定手段、A2は触媒コンバータ12中の触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段、A3はエンジン1の空燃比制御を行う空燃比制御手段である。
【0014】
次に動作について説明する。エンジン1の排気ガスGは、触媒コンバータ12により有害成分が除去される。空燃比センサ10,11は排気ガスG中の酸素濃度を検出して、該排気ガスG中の空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かに応じて異なる空燃比信号V1,V2を発生する。空燃比制御手段A3はこの空燃比信号V1,V2に基づいてエンジン1の空燃比制御を行う。また、触媒活性化判定手段A1は触媒コンバータ12が活性化しているか否かを判定し、触媒劣化判定手段A2に出力する。触媒劣化判定手段A2は、触媒活性化判定手段A1が、触媒コンバータ12が活性化していると判定したときのみ、空燃比センサ10,11からの空燃比信号V1,V2に基づいて触媒劣化の判定を行う。この触媒劣化判定手段A2が触媒コンバータ12の触媒が劣化していると判定したときは、警報手段112により警報を発する。
【0015】
次に参考例1の具体的な構成について説明する。図2は参考例1のハードウェアの構成を示す構成図である。本図においても図11に示した従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明を省略する。図2において、2は吸入する空気の粉塵を吸着して除去するエアクリーナ、3はエンジン1に混合気を供給する吸気管、4は吸気管3の下流側とエンジン1との接続部に形成されたインテークマニホールド、5は吸気管2の上流側に設けられた燃料噴射用のインジェクタである。
【0016】
6は吸気管3からインテークマニホールド4を経てエンジン1に吸入される空気量を測定する熱線式空気量センサ(以下「AFS」と称する)(運転状態検出手段)、7は吸気管3内のインジェクタ5の下流側に設けられたスロットル弁である。8はスロットル弁7のスロットル開度を検出するスロットルセンサ、9はスロットルセンサ8と一体構造のアイドルスイッチであり、スロットル弁7の全閉時にアイドリング運転状態を検出してオンする。
【0017】
13は昇圧トランスから成る点火コイル(運転状態検出手段)で、イグナイタ14からの信号により点火を行うとともに、発生した点火信号をECU21へ送出する。14は点火コイル13の一次巻線を通電遮断するパワートランジスタから成るイグナイタ(運転状態検出手段)である。16はエンジン1の冷却水温度Tを検出するサーミスタ型の水温センサ(運転状態検出手段)、18は電源となるバッテリ、17はバッテリ18からの給電を開始させてイグニッション駆動させるためのキースイッチ、19は種々の異常検出時に駆動される警報ランプである。
【0018】
20はエンジン1を搭載した車両の車軸の回転速度に比例した周波数のパルス信号を車速として出力する車速センサ(運転状態検出手段)、21は該車両の各種の運転状態に応じてインジェクタ5及び警報ランプ19等を駆動制御する電子式制御ユニット(以下、「ECU」と称する)(触媒活性化判定手段、触媒劣化判定手段)、22は触媒コンバータ12の触媒温度を検出する触媒温度センサである。ECU21には、AFS6からの吸気量信号、スロットルセンサ8からのスロットル開度信号、アイドルスイッチ9からのアイドル信号、各空燃比センサ10,11からの空燃比信号V1,V2、点火コイル13の通電遮断に基づく回転信号、水温センサ16からの冷却水温度信号、車速センサ20からの車速信号及び触媒温度センサ22からの触媒温度信号が車両の運転状態を示す信号として入力される。
【0019】
ECU21は、キースイッチ17の閉成によりバッテリ18から給電されて機能し、空燃比信号V1,V2及び運転状態に応答してインジェクタ5に対する燃料噴射量を生成して空燃比をフィードバック制御すると共に、異常発生時には警報ランプ19に対する異常信号を生成する。また、イグナイタ14に対する点火信号は、ECU21から生成されてもよい。
【0020】
図3はECU21の具体的な構成を示すブロック図である。図3において、100はマイクロコンピュータ、101は点火コイル13から出力される回転信号を波形整形して割込信号INTとし、マイクロコンピュータ100に出力する第一入力インタフェース回路、102は触媒温度センサ22からの触媒温度信号、空燃比センサ10,11からの空燃比信号V1,V2、AFS6からの吸気量信号、水温センサ16からの水温信号及びスロットルセンサ8からのスロットル開度信号を取り込み、マイクロコンピュータ100のA/D変換器203に出力する第二入力インタフェース回路、103はアイドルスイッチ9からのアイドル信号及び車速センサ20からの車速信号を取り込み、マイクロコンピュータ100の入力ポート204に出力する第三入力インタフェース回路、104はマイクロコンピュータ100の出力ポート207から出力される異常信号及び燃料噴射信号J等を警報ランプ19、インジェクタ5に出力する出力インタフェース回路、105はキースイッチ17を介してバッテリ18に接続された電源回路である。
【0021】
マイクロコンピュータ100は、空燃比信号V1及びV2等に応じて空燃比フィードバック制御量(以下、単に空燃比制御量という)を算出するCPU200と、点火コイル13からの回転信号に基づいてエンジン1の回転周期を計測するフリーランニングのカウンタ201と、各種の制御のための計時を行うタイマ202と、第二入力インタフェース回路102を介して入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器203と、第三入力インタフェース回路103を介して入力されるアイドル信号を取り込む入力ポート204と、CPU200のワークメモリとして使用されるRAM205と、CPU200の動作プログラム等が記憶されたROM206と、出力インタフェース回路104を介して各種制御信号及び燃料噴射信号Jを出力するための出力ポート207と、各要素201〜207をCPU200に結合するコモンバス208とから構成される。
【0022】
CPU200は、第一入力インタフェース回路101を介して割込信号INTが入力されると、カウンタ201の値を読み取ると共に、カウンタ201の今回値と前回値との偏差からエンジン1の回転周期を算出してRAM205に格納する。
【0023】
次に、以上の如く構成された参考例1による触媒コンバータの劣化検出装置の動作を、図4の機能ブロック図、図5、図6の波形図及び図7、図8のフローチャートを参照しながら説明する。
【0024】
最初に、参考例1の空燃比制御の方法を説明する。図4はマイクロコンピュータ100による空燃比フィードバック制御演算動作を図式的に示す機能ブロック図である。図4において、41は第一の空燃比センサ10からの空燃比信号V1に対してPI(比例積分)制御を行う第一のPIコントローラ、42は第二の空燃比センサ11からの空燃比信号V2に対してPI制御を行う第二のPIコントローラである。
【0025】
各PIコントローラ41及び42は、各空燃比信号V1及びV2に基づいて各空燃比制御量C1及びC2を演算するための演算手段を構成しており、第二の空燃比制御量C2は、第一の空燃比制御量C1に対する補正量として作用する。また、第一の空燃比制御量C1は空燃比補正量に相当し、これにより最終的なインジェクタ5に対する燃料噴射信号Jをフィードバック制御し、第二の空燃比信号V2を第二の目標値VR2に一致させるようになっている。
【0026】
VR1及びVR2は各空燃比信号V1及びV2に対して予め設定された空燃比制御用の第一及び第二の目標値であり、いずれも最適空燃比14.7にほぼ対応する電圧値に設定されているが、第二の目標値VR2は、第一の目標値VR1よりもわずかに高い電圧値(リッチ側、すなわち14.7より小さい空燃比に対応する)に設定されてもよい。
【0027】
FRはAFS6により検出した吸入空気量に対応した圧力から演算される基本燃料量、CFは水温センサ16により検出された水温及びスロットルセンサ8により検出されたスロットル開度に基づく加減速状態に対応した燃料補正量、KFは目標燃料量に対するインジェクタ5の噴射時間補正係数、Qはインジェクタ5の駆動時間に対する無駄時間補正量である。
【0028】
43は第二の目標値VR2と空燃比信号V2との偏差ΔV2を求めて第二のPIコントローラ42に入力する減算器、44は第一の目標値VR1に第二の空燃比制御量C2を加算して補正目標値VT1を求める加算器、45は補正目標値VT1と空燃比信号V1との偏差ΔV1を求めて第一のPIコントローラ41に入力する減算器である。
【0029】
加算器44は、第一のPIコントローラ41により演算される空燃比制御量C1を補正するための補正手段を構成している。
【0030】
46は第一のPIコントローラ41からの空燃比制御量C1に基本燃料量FRを乗算して目標燃料量F1を生成する乗算器、47は目標燃料量F1に燃料補正量CFを乗算して補正燃料量Fを生成する乗算器、48は補正燃料量Fに噴射時間補正係数KFを乗算してインジェクタ5の駆動時間Gを生成する乗算器、49は駆動時間Gに無駄時間補正量Qを加算してインジェクタ5に対する最終的な燃料噴射信号Jを生成する加算器である。これらの乗算器46〜48及び加算器49は、空燃比制御量C1を燃料噴射信号Jに変換するための制御量変換手段を構成している。
【0031】
次に、図5の波形図を参照しながら、この参考例1の具体的な空燃比制御動作について説明する。
まず、図5の(2)に示すように、減算器43は、触媒コンバータ12の下流側の空燃比センサ11からの第二の空燃比信号V2と第二の目標値VR2とを比較して偏差ΔV2(=VR2−V2)を生成し、第二のPIコントローラ42は、偏差ΔV2をPI制御して空燃比制御量C2を演算する。
【0032】
一方、図5の(1)に示すように、加算器44は、第一の目標値VR1に空燃比制御量C2すなわち補正量を加算し、第一の空燃比センサ11に対する補正目標値VT1(=VR1+C2)を生成する。また、図5の(3)に示すように、減算器45は、触媒10の上流側の第一の空燃比信号V1と補正目標値VT1とを比較して偏差ΔV1(=VT1−V1)を生成し、第一のPIコントローラ41は、偏差ΔV1をPI制御してフィードバック用の空燃比制御量C1を演算する。
【0033】
こうして、第一の空燃比信号V1に基づく空燃比制御量C1は、図5の(3)の破線で示す偏差ΔV2による補正のない状態から、図5の(3)の実線で示す偏差ΔV2ひいては第二の空燃比制御量C2により補正された状態となり、最終的な空燃比制御量となる。
【0034】
次に、AFS6により検出された吸入空気量から基本燃料量FRを演算し、乗算器46により、空燃比制御量C1に基本燃料量FRを乗算して目標燃料量F1を求める。
【0035】
続いて、水温センサ16からの水温に基づいてエンジン1の暖気状態に対応した補正量を演算すると共に、この補正量とスロットルセンサ8からのスロットル開度とに基づいて加減速状態を検出し、加減速状態に対応した補正量等により燃料補正量CFを演算する。そして、乗算器47により、目標燃料量F1に燃料補正量CFを乗算して、最終的な燃料噴射量に相当する燃料補正量Fを求める。
【0036】
さらに、乗算器48は、補正燃料量Fに噴射時間補正係数KFを乗算してインジェクタ5の駆動時間Gを求め、加算器49は、駆動時間Gに無駄時間補正量Qを加算して、インジェクタ5に対する最終的な燃料噴射信号Jを求める。
【0037】
このように、第二の空燃比センサ11からの空燃比信号V2を用いて、第一の空燃比センサ10に対する目標値VR1を補正することにより、触媒コンバータ12の下流側の空燃比信号V2が第二の目標値VR2となるように空燃比フィードバック制御が行われる。
【0038】
すなわち、触媒コンバータ12の下流側の空燃比信号V2がリーン側(空燃比が14.7より大)を示せば、燃料噴射信号Jが長く設定されて、空燃比はリッチ側に制御される。また、触媒コンバータ12の下流側の空燃比信号V2がリッチ側(空燃比が14.7より小)を示せば、燃料噴射信号Jが短く設定されて、空燃比はリーン側に設定される。
【0039】
ところで、触媒コンバータ12が劣化すると第二の空燃比センサ11の出力電圧である空燃比信号V2は変化する。この状態を図6に示す。
【0040】
図6の(1)はエンジン1が定常運転をしている状態での、第一の空燃比センサ10の出力電圧である空燃比信号V1の波形を示し、図6の(2)は触媒コンバータ12の触媒が正常であるときの第二の空燃比センサ11からの空燃比信号V2を示し、図6の(3)は前記触媒が劣化したときの空燃比信号V2の波形を示す。また、図6の(4)はエンジン1の定常運転時の触媒コンバータ12の触媒温度Tcを示す。
【0041】
図6の(4)において、Tc1は触媒コンバータ12中の触媒が効率よく酸化還元している活性化温度であり、触媒がこの活性化温度Tc1以上である期間t0における、空燃比信号V2は、図6(2)より、触媒が正常である場合は、触媒の浄化作用により、ほぼ一定の電圧値を取る。また、図6(3)より、触媒が劣化している場合は、触媒の浄化作用が低下しているため、図6(1)の空燃比信号V1と同様に正弦波状の出力波形となる。この空燃比信号V2の波形の変化により触媒コンバータ12中の触媒の劣化を検出できる。
【0042】
しかしながら、図6の(2)〜(4)に示すように、触媒温度Tcが活性化温度Tc1よりも低いとき、すなわち触媒が効率よく酸化還元反応を行っていないときには、空燃比信号V2は触媒が劣化していなくとも触媒劣化時と同様の波形を示し、空燃比信号V2の波形から触媒の劣化を判定すると、劣化していないのに劣化していると誤判定してしまうので、参考例1では触媒の温度が活性化温度Tc1以上になったときのみ触媒の劣化の判定を行う。
【0043】
図7は、この触媒活性化の判定処理動作を示すフローチャートである。図7において、まず、マイクロコンピュータ100は触媒温度センサ22から、第二入力インタフェース回路102を介して触媒温度Tcを読み込み(ステップST701)、この読み込まれた触媒温度TcをROM206に記憶された活性化温度Tc1と比較する(ステップST702)。
【0044】
触媒温度Tcが活性化温度Tc1よりも高いときには触媒が活性化していると判定して触媒活性化フラグを“1”として(ステップST703)、触媒活性化判定処理を終了する。また、触媒温度Tcが活性化温度Tc1よりも低いときには、触媒は活性化していないと判定して触媒活性化フラグを“0”として(ステップST704)、触媒活性化判定処理を終了する。
【0045】
次に、図8のフローチャートを参照しながら参考例1の触媒劣化判定処理動作を説明する。
触媒劣化の判定処理を行う場合には、まず、マイクロコンピュータ100は、エンジン1の運転状態が所定の運転状態にあるか否かを判定する(ステップST801)。ここで、所定の運転状態とは触媒コンバータの劣化を判定するのに適した状態のことであり、エンジン1がそのアイドリング状態又は加減速状態を除いた定常状態にあることである。
【0046】
また、この判定は、ECU21に入力される吸気量信号、スロットル開度信号、アイドル信号、回転信号、冷却水温度信号、車速信号等の運転状態を示す信号に基づいて行う。この判定の結果、エンジン1が所定運転状態になければ触媒劣化判定処理を終了する。
【0047】
また、エンジン1が所定の運転状態にあれば、マイクロコンピュータ100は、ステップST802に進み、触媒活性化フラグが“1”であるか否かを判定する。触媒活性化フラグが“1”でなければ、触媒劣化判定処理を終了する。触媒活性化フラグが“1”であれば触媒が活性化しているのであるから、マイクロコンピュータ100は、触媒活性化の判定をするために第一、第二の空燃比センサ10,11の出力電圧である空燃比信号V1,V2を読み込む(ステップST803)。
【0048】
次に、マイクロコンピュータ100は、読み込んだ空燃比信号V1,V2に基づいて触媒劣化判定パラメータCHKを演算処理する(ステップST804)。この演算処理においては、まず空燃比信号と所定電圧値とにより形成されるグラフ上の面積相当値Sと、空燃比信号が前記所定電圧値に関して反転する周期Ttとを、空燃比信号V1,V2につきそれぞれ求める。
【0049】
空燃比信号V1につき求まった面積相当値をSf、反転周期をTtf、空燃比信号V2につき求まった面積相当値をSr、反転周期をTtrとすると、触媒劣化判定パラメータCHKは、演算式CHK=(Sr/Ttr)/(Sf/Ttf)により演算される。これはそれぞれ反転周期当たりの面積相当値の比を求めることとなる。
【0050】
このようにして求めた触媒劣化判定パラメータCHKを次に所定値と比較する(ステップST805)。触媒劣化判定パラメータCHKが所定値より大きい場合、すなわち図6の(3)に示すように第二の空燃比信号V2が短い周期の間に大きな電圧値で変動し、その第一の空燃比信号V1の変動の割合に対する比が所定値より大きい場合には、マイクロコンピュータ100は触媒コンバータ12の触媒が劣化していると判定し(ステップST806)、警告ランプ19を点灯し(ステップST807)、運転者に触媒の劣化を警告して触媒劣化判定処理を終了する。
【0051】
また、触媒劣化判定パラメータCHKが所定値より小さい場合、すなわち空燃比信号V2の変動が小さく空燃比信号V1の変動の割合に対する比が所定値より小さい場合には、マイクロコンピュータ100は触媒が正常であると判定し(ステップST808)、警告ランプ19が点灯している場合はそれを消灯し(ステップST809)、点灯していない場合にはそのままとして触媒劣化判定処理を終了する。以上の処理により触媒が活性化しているときのみ触媒コンバータ12の劣化の判定が行われる。
【0052】
なお、上記参考例1においては第一、第二の空燃比信号V1、V2から触媒劣化判定パラメータCHKを求めたが、第二の空燃比信号V2のみから触媒劣化判定パラメータCHKを求めるようにしてもよい。また、触媒劣化判定パラメータCHKを比較する所定値はエンジン1の運転状態に応じて変化するようにしてもよい。
【0053】
実施の形態1.
次に、本発明の実施の形態1について説明する。この実施の形態1のハードウェアの構成は図2及び図3に示した参考例1の構成と同一であるのでその説明を省略する。また、この実施の形態1の空燃比制御動作は、図4の機能ブロック図、図5の波形図を用いて説明した参考例1の空燃比制御動作と同一であるので、その説明も省略する。
【0054】
以下、図9のフローチャート及び図10の波形図を参照しながら本実施の形態の触媒活性化判定処理動作について説明する。
まず、マイクロコンピュータ100のCPU(触媒活性化判定手段、触媒劣化判定手段)200は、この触媒活性化判定処理がキースイッチ17オン後初めての触媒活性化判定処理であるか否かを判定し(ステップST901)、初めての触媒活性化判定処理であれば触媒活性化フラグ(触媒活性化判定手段)を“0”とし、カウンタ(触媒温度モニタカウンタ)201の計数値(以下、「CNT」と表記する)を“0”として(ステップST902)、ステップST903に進む。初めての触媒活性化判定処理でなければそのままステップST903に進む。
【0055】
ステップST903では、マイクロコンピュータ100は、前述した吸気量信号、スロットル開度信号、アイドル信号、回転信号、冷却水温度信号、車速信号等のエンジン1の運転状態を示す信号を読み込む。次に、マイクロコンピュータ100は、読み込んだ信号により、エンジン1が触媒コンバータ12の触媒温度Tcが上昇する運転状態にあるか否かを判定する(ステップST904)。これは、図10の(4)に示すように、例えばエンジン1の吸気量Qaが所定の吸気量Qa1より多いか少ないかにより判定し、吸気量Qaが吸気量Qa1より多いときに触媒温度Tcが上昇する運転状態にあると判定する。
【0056】
触媒温度Tcが上昇する運転状態にあるときは、計数値CNTを1だけインクリメントし(ステップST905)、続いて触媒温度Tcが触媒活性化の状態まで上昇したとき、すなわち活性化温度Tc1を取るときの最大計数値CNTmaxと現在の計数値CNTとを比較する(ステップST906)。
【0057】
この比較により計数値CNTが最大計数値CNTmax以上であるときは計数値CNTを最大計数値CNTmaxとしてそのまま保持するとともに触媒活性化フラグを“1”とする(ステップST907)。
【0058】
また、ステップST906での比較の結果計数値CNTが最大計数値CNTmaxよりも小さいときには、そのまま触媒活性化判定処理を終了する。計数値CNTが最大計数値CNTmaxよりも小さいということは、図10の(5)に示すように、エンジン1は触媒コンバータ12の触媒温度Tcが上昇する運転状態にあるが(図10の(4)のta期間)、カウンタ201の計数値CNTがまだ最大計数値CNTmaxまで達していず、触媒コンバータ12中の触媒が活性化する活性化温度Tc1まで温まっていないことを意味する。
【0059】
また、計数値CNTが最大計数値CNTmax以上であるということは、図10の(5),(6)に示すように、触媒温度Tcが活性化温度Tc1以上で触媒が活性化時点t1以降になっていることを示す。したがって、この場合には触媒活性化フラグを“1”として触媒が活性化していることを示すとともに、図10(5)の如く、計数値CNTを最大計数値CNTmaxに保持するのである。
【0060】
ステップST904の判断によりエンジン1の運転状態が、触媒温度Tcが上昇する運転状態ではないと判定された場合には、カウンタ201の計数値CNTを1だけデクリメントし(ステップST908)、続いてこのデクリメントした計数値CNTが0より小さい、すなわち0か負であるか否かを判定する(ステップST909)。
【0061】
計数値CNTが0か負である場合には、計数値CNTを0とすると共に触媒活性化フラグを“0”として(ステップST910)触媒活性化判定処理を終了し、計数値CNTが正である場合には、そのまま触媒活性化判定処理を終了する。
【0062】
エンジン1が触媒温度Tcを上昇させる運転状態にないということは、エンジン1の吸気量が図10の(4)の吸気量Qa1よりも少ない運転状態にあることを示し、計数値CNTが正であるということは、図10の(5),(6)より、触媒温度Tcが活性化温度Tc1より高く触媒は活性状態にあって、かつその活性状態にある期間t0のうち触媒温度Tcが下降している期間tbにあることを意味する。
【0063】
したがって、この場合には触媒活性化フラグを“1”のままにして触媒活性化判定処理を終了するのである。また、エンジン1が触媒温度Tcを上昇させる運転状態になく、計数値CNTが0か負であるということは、図10の(5)より、触媒コンバータ12は図10の(4)の期間t0に入る以前の状態か、図10の(5)の時刻t2以後の状態にあることを意味し、したがってこの場合にはカウンタ201の計数値CNTを0とするとともに、触媒活性化フラグを“0”として触媒コンバータ12が活性化していないことを表示するのである。
【0064】
上記のようにして触媒の活性化が判定されると、上記参考例1と同様にして触媒の劣化判定処理が行われる。
【0065】
本実施の形態においてはエンジン1の運転状態を判定するのに吸気量Qaを用いたが、これに限定されることなく、運転状態判定のための信号として、エンジン1の回転数信号、吸気管圧力信号、冷却水温度信号、車速信号等を組み合わせて、触媒コンバータ12の温度上昇を判定するようにしてもよい。また、カウンタ201の計数値CNTの増減を判定する条件として、計数値CNTの増加条件、計数値CNTの減少条件として個別の設定し、若しくは計数値CNTの増減量を個別に設定する等の処理を追加することにより、より正確な触媒活性化判定が可能となる。
【0066】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあるとき計数される触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定すると共に、触媒が活性化していると判定されたときのみ触媒の劣化を判定するので、触媒コンバータの活性化を容易にかつ正確に判定でき、触媒の温度が酸化、還元反応できる温度以上に達していない状態で触媒の劣化判定を行った場合に生じる誤判定を回避して、正確で高精度に触媒コンバータの劣化の判定ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置の基本的構成を示す機能ブロック図である。
【図2】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置のハードウェアの構成を示す構成図である。
【図3】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置のECUの具体的な構成を示すブロック図である。
【図4】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作を図式的に示す機能ブロック図である。
【図5】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作を示す波形図である。
【図6】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作時の触媒正常時、劣化時の空燃比信号波形と触媒温度とを示す波形図である。
【図7】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図8】 参考例1の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒劣化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態1による触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図10】 実施の形態1の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作時の各種信号波形を示す波形図である。
【図11】 従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成の一部を示す構成図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)、6 空気量センサ(運転状態検出手段)、12 触媒コンバータ、13 点火コイル(運転状態検出手段)、14 イグナイタ(運転状態検出手段)、16 水温センサ(運転状態検出手段)、20 車速センサ(運転状態検出手段)、22 触媒温度センサ、A1 触媒活性化判定手段、A2 触媒劣化判定手段、G 排気ガス。
Claims (2)
- 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記内燃機関の排気ガス中の有害成分を除去する触媒コンバータと、
上記運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、上記触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、上記触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、上記触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、上記触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、
上記触媒活性化判定手段によって上記触媒が活性化していると判定されたときのみ上記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と
を備えた触媒コンバータの劣化検出装置。 - 内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途中に設けられた触媒コンバータと、
この触媒コンバータの上流側に設けられ上記排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第一の空燃比センサと、
上記触媒コンバータの下流側に設けられ上記排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第二の空燃比センサと、
上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、上記触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、上記触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、上記触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、上記触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、
上記触媒活性化判定手段によって上記触媒が活性化していると判定されたときのみ、上記第一、第二の空燃比センサからの出力信号に基づいて上記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と
を備えた触媒コンバータの劣化検出装置。
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