JPH05171924A - エンジン排気ガス浄化装置の診断装置 - Google Patents

エンジン排気ガス浄化装置の診断装置

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JPH05171924A
JPH05171924A JP3338220A JP33822091A JPH05171924A JP H05171924 A JPH05171924 A JP H05171924A JP 3338220 A JP3338220 A JP 3338220A JP 33822091 A JP33822091 A JP 33822091A JP H05171924 A JPH05171924 A JP H05171924A
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catalyst
sensor
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俊夫 石井
Takashi Kouhira
高志 向平
Kazuya Kono
一也 河野
Yutaka Takaku
豊 高久
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Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンの排気浄化装置の劣化状態を診断可能
な診断装置を提供すること。 【構成】触媒２の上流側と下流側とにおける空燃比を検
出する前空燃比センサ３，後空燃比センサ４と、前空燃
比センサ３の出力信号の自己相関関数φxxを計算し、所
定の期間毎に当該期間内における自己相関関数φxxの最
大値（φxx）maxを出力する自己相関関数算出手段１３
と、前空燃比センサ３の出力信号と後空燃比センサ４の
出力信号との相互相関関数φxyを計算し、所定の期間毎
に当該期間内における最大値（φxy）maxを出力する相
互相関関数算出手段１４と、所定の期間毎に上記
（φxy）maxと上記（φxx）maxとの比（次劣化指標
Φi）を算出し、該比の値を、予め設定された基準値と
比較することにより、触媒２の劣化状態を判断する手段
１６とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、空燃比センサあるい
は酸素濃度センサ（以降は代表して空燃比センサとす
る）や触媒コンバータを使用するエンジン排気ガス浄化
装置の診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの排気を浄化する装置は、主
に、触媒コンバ−タと空燃比フィ−ドバック制御装置と
からなる。触媒コンバータは、排気中に含まれるＨＣ、
ＮＯｘ、ＣＯを除去するため排気管部に設置するもので
ある。また、空燃比フィードバック制御装置は、触媒コ
ンバ−タの機能を充分に発揮させるには空燃比を一定に
保つ必要があるので、触媒コンバータの上流に酸素セン
サを設置して空燃比の燃料供給量を制御するためのもの
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のような
通常の三元触媒システムでは、触媒コンバータの上流に
設けられる酸素センサに性能劣化を生ずると、空燃比が
理論空年比を中心としたある狭い範囲からはずれるの
で、有害成分の転換効率が落ちる。また、触媒コンバー
タそのものが性能劣化を生ずると空燃比が正確に管理さ
れたとしても有害成分の転換効率が落ちてしまうという
問題があった。
【０００４】この問題を解決するためには、触媒の劣化
状態を判定することが必要である。しかしながら、これ
らの性能劣化を運転中に診断して迅速な対応を可能にす
る診断装置は、まだ確立されていなかった。
【０００５】なお、このような触媒劣化判定のための技
術としては、例えば、特開平２−３０９１号に記載され
ている「内燃機関の触媒劣化判定装置」がある。これ
は、触媒の前と後に酸素センサ（注：この場合の酸素セ
ンサは二値センサである）を設け、前側の酸素センサの
出力値が反転してから、後側のセンサの出力値が反転す
るまでの時間差を測定している。そして、該時間差の大
きさに基づいて触媒の劣化状態を判定するものである。
具体的には、時間差が小さければ、触媒が劣化状態であ
ると判断するものである。
【０００６】本発明は、このような従来の課題を解決し
ようとしてなされたもので、空燃比センサ，酸素センサ
や触媒コンバータに性能劣化を生じたかを運転中に診断
することのできるエンジン排気ガス浄化装置の診断装置
および診断方法を提供するところを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、その一態様としては、エン
ジン排気ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比
を所定値に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御
装置を有するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒に
より浄化するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であ
って、上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出
する前空燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側にお
ける空燃比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比
センサと上記後空燃比センサとの出力信号から、上記空
燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の
信号を減衰させる特徴波形抽出手段と、上記特徴波形抽
出手段を通過した上記信号の相関関数を算出する相関関
数算出手段と、上記相関関数の値に基づいて上記触媒の
劣化状態を判定する触媒状態判定手段とを有することを
特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断装置が提供
される。
【０００８】本発明の他の態様としては、エンジン排気
ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値
に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前空
燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側における空燃
比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比センサの
出力信号の自己相関関数φxxを計算し出力する自己相関
関数算出手段と、上記前空燃比センサの出力信号と上記
後空燃比センサの出力信号との相互相関関数φxyを計算
し出力する相互相関関数算出手段と、上記相互相関関数
φxyのある値と、上記自己相関関数φxxのある値と、の
比を逐次劣化指標Φiとして出力する劣化指標算出手段
と、上記逐次劣化指標Φiと予め設定された基準値とを
比較することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触
媒状態判定手段とを有することを特徴とするエンジン排
気ガス浄化装置の診断装置が提供される。
【０００９】この場合、上記劣化指標算出手段は、所定
の期間毎に、当該期間内の上記相互相関関数φxyの最大
値（φxy）maxと、当該期間内の自己相関関数φxxの最
大値（φxx）maxとの比を上記逐次劣化指標Φiとして出
力するものであってもよい。
【００１０】また、上記劣化指標算出手段は、過去所定
回数分の上記逐次劣化指標の平均値を算出して、これを
最終劣化指標として出力する機能を有し、上記触媒状態
判定手段は、上記逐次劣化指標Φiに代わって、該最終
劣化指標と、予め設定された基準値とを比較することに
より上記触媒の劣化状態を判定するものであってもよ
い。
【００１１】また、エンジンの回転数および／または上
記触媒の温度を検出する運転状態検出手段を有し、上記
劣化指標算出手段は、上記運転状態検出手段の検出結果
を係数として、上記最終劣化指標を算出するものであっ
てもよい。
【００１２】さらには、上記前空燃比センサと上記後空
燃比センサとの出力信号から、上記空燃比制御装置の空
燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の信号を減衰させる
特徴波形抽出手段を有し、上記自己相関関数算出手段
と、上記相互相関関数手段とは、上記特徴波形抽出手段
を通過した後の信号をもとにして、自己相関関数φxx、
相互相関関数φxyを算出することが好ましい。なお、上
記特徴波形抽出手段は、ハイパスフィルタ、帯域通過フ
ィルタであってもよい。
【００１３】また、エンジンのクランク角度を検知する
クランク角度検知手段を有し、上記前空燃比センサは、
上記クランク角度検知手段の検知したクランク角度に対
応してデ−タのサンプリングを実行することが好まし
い。
【００１４】本発明の他の態様としては、エンジン排気
ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値
に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する空燃
比センサと、上記空燃比センサの出力信号の自己相関関
数φxxを計算し出力する自己相関関数算出手段と、上記
自己相関関数φxxの値を、予め設定された基準値と比較
することにより上記空燃比センサの劣化状態を判定する
センサ状態判定手段とを有することを特徴とするエンジ
ン排気ガス浄化装置の診断装置が提供される。
【００１５】この場合、所定の期間毎に、上記自己相関
関数φxxの最大値（φxx）maxを算出し、過去所定回数
分の該（φxx）maxの平均値を算出してセンサ劣化指標
として出力するセンサ劣化指標算出手段を有し、上記セ
ンサ状態判定手段は、該センサ劣化指標と、予め設定さ
れた基準値とを比較することにより上記空燃比センサの
劣化状態を判定することが好ましい。
【００１６】また、上記空燃比センサの出力信号から、
上記空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも低周波
数帯の信号を減衰させる特徴波形抽出手段を有し、上記
自己相関関数算出手段は、上記特徴波形抽出手段を通過
した後の信号をもとにして、自己相関関数φxxを算出す
ることが好ましい。なお、上記特徴波形抽出手段は、ハ
イパスフィルタ、帯域通過フィルタであってもよい。
【００１７】本発明の他の態様としては、エンジン排気
ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値
に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断装置であって、上
記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前空
燃比センサと、上記触媒の排気ガス下流側における空燃
比を検出する後空燃比センサと、上記前空燃比センサの
出力信号の自己相関関数φxxを計算し出力する自己相関
関数算出手段と、上記前空燃比センサの出力信号と上記
後空燃比センサの出力信号との相互相関関数φxyを計算
し出力する相互相関関数算出手段と、上記相互相関関数
φxyのある値と、上記自己相関関数φxxのある値と、の
比を逐次劣化指標Φiとして出力する劣化指標算出手段
と、上記逐次劣化指標Φiと予め設定された基準値とを
比較することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触
媒状態判定手段と、上記自己相関関数φxxの値を予め設
定された基準値と比較することにより、上記前空燃比セ
ンサの劣化状態を判定するセンサ状態判定手段とを有す
ることを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断装
置が提供される。
【００１８】本発明の他の態様としては、エンジン排気
ガス中の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値
に保つように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有
するエンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化
するエンジン排気ガス浄化装置の診断方法であって、所
定の期間ごとに、触媒上流側の空燃比の測定デ−タの自
己相関関数φxxの最大値（φxx）maxと、触媒上流側の
空燃比の測定デ−タと触媒下流側の空燃比の測定デ−タ
との相互相関関数φxyの最大値（φxy）maxと、の比を
算出し、該比の値を予め決められた基準値と比較するこ
とにより、触媒劣化状態を判断することを特徴とするエ
ンジン排気ガス浄化装置の診断方法が提供される。
【００１９】本発明の他の態様としては、空燃比センサ
によりエンジン排気ガス中の空燃比を検出し、排気ガス
中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を調整する
空燃比制御装置を有するエンジンを対象とした、排気ガ
スを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄化装置の診
断方法であって、所定の期間ごとに、触媒上流側の空燃
比の測定デ−タの自己相関関数φxxの最大値（φxx）
maxを算出し、該最大値（φxx）maxを予め決められた基
準値と比較することにより、空燃比センサの劣化状態を
判断することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の
診断方法が提供される。
【００２０】
【作用】前空燃比センサと後空燃比センサは、クランク
角度検知手段の検知したクランク角度に対応して触媒上
流側と下流側との空燃比を検出し出力する。特徴波形抽
出手段は、この出力信号から、上記空燃比制御装置の空
燃比制御周波数帯よりも低周波数帯の信号を減衰させ
る。
【００２１】自己相関関数算出手段は、上記特徴波形抽
出手段を通過した信号の自己相関関数φxxを計算し出力
する。一方、相互相関関数手段は、特徴波形抽出手段を
通過した前空燃比センサの出力信号と後空燃比センサの
出力信号との相互相関関数φxyを計算し、出力する。
【００２２】劣化指標算出手段は、所定の期間毎に、当
該期間内における相互相関関数φxyの最大値（φxy）
maxと、当該期間内における自己相関関数φxxの最大値
（φxx）maxと、の比を算出し逐次劣化指標Φiとする。
さらに、過去所定回数分の上記逐次劣化指標Φiの平均
値を算出して、これを最終劣化指標として出力する。な
お、この場合、劣化指標算出手段は、上記運転状態検出
手段の検出結果を係数として、上記最終劣化指標を算出
してもよい。
【００２３】触媒状態判定手段は、逐次劣化指標Φiあ
るいは最終劣化指標と、予め設定された基準値とを比較
し、触媒の劣化状態を判定する。
【００２４】他の態様について説明する。
【００２５】空燃比センサは、触媒の排気ガス上流側に
おける空燃比を検出する。
【００２６】特徴波形抽出手段は、空燃比センサの出力
信号から、上記空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よ
りも低周波数帯の信号を減衰させる。
【００２７】自己相関関数算出手段は、特徴波形抽出手
段を通過した後の信号の自己相関関数φxxを算出し、所
定の期間毎に、当該期間内における該自己相関関数φxx
の最大値（φxx）maxを出力する。
【００２８】センサ劣化指標算出手段は、過去所定回数
分の上記（φxx）maxの平均値を算出してセンサ劣化指
標として出力する。
【００２９】センサ状態判定手段は、所定の期間毎に、
上記（φxx）maxあるいはセンサ劣化指標を、予め設定
された基準値と比較し、空燃比センサの劣化状態を判定
する。
【００３０】
【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
【００３１】まず、本実施例の概念を図１を用いて説明
する。
【００３２】なお、本実施例の診断装置は、触媒コンバ
−タ２と、その前後に配置された空燃比センサたるＯ2
センサ３，４と、該Ｏ2センサ３，４の出力に基づいて
空燃比フィ−ドバックを行う燃料噴射制御手段７等を有
するシステムを対象とするものである。
【００３３】空燃比センサとして、本実施例において
は、Ｏ2センサ３，４を使用している。なお、本明細書
中「酸素センサ」、「Ｏ2センサ」とは、酸素濃度を二
値的に検知するものではなく、酸素濃度をリニアに検出
可能な、いわゆるラムダセンサのことを指す。具体的に
は、ジルコニア、チタニアなどのセンサである。
【００３４】まず、前提となるシステムにおける制御を
説明する。
【００３５】燃料噴射制御手段７は、燃料噴射計算手段
９と、出力手段１０と、空燃比フィ−ドバック計算手段
とを含んで構成される。燃料噴射量計算手段９は、エン
ジン１の負荷(たとえば吸入空気量Ｑa)を検出するセン
サ５の検出値と、回転数Ｎeを検出するセンサ６の検出
値とに基づいて下記の数１に従って基本の噴射量Ｆ0を
求る。
【００３６】
【数１】Ｆ0＝ｋ0Ｑa／Ｎe Ｆ0：基本噴射量 Ｑa：吸入空気量 Ｎe：回転数 一方、空燃比フィ−ドバック計算手段８は、触媒コンバ
ータ２の上流に設けられた空燃比センサ（以下「前Ｏ2
センサ」という）３の出力を所定のタイミングでサンプ
リングし、その検出値に応じて補正信号αを発生する。
【００３７】上記燃料噴射量計算手段９は、基本の噴射
量Ｆ0に補正信号αを加味して噴射量Ｆを求める（数２
参照）。そして、これを出力手段１０で電圧デューティ
信号に変えて燃料噴射弁に印加する。
【００３８】
【数２】Ｆ＝ｋ0Ｑa／Ｎe（１＋α） Ｆ ：噴射量 Ｆ0：基本噴射量 Ｑa：吸入空気量 Ｎe：回転数 α ：補正信号 このような制御により、触媒コンバータ２の上流では、
常時、空燃比がストイキ前後の値で摂動している。
【００３９】本実施例の診断装置は、この空燃比フィ−
ドバック制御による空燃比の摂動を触媒コンバータ劣化
診断のテスト信号に利用している。すなわち、触媒コン
バータ２が劣化していなければ、触媒の酸化・還元作用
により触媒コンバータ２の後流では空燃比の摂動が少な
くなる。一方、触媒コンバータ２が劣化すると後流の空
燃比摂動が上流のものに近づいて来る。このように触媒
コンバータの前後における空燃比摂動の類似性に着目し
て劣化を診断している。
【００４０】そして、この類似性を評価を、相関関数を
用いて行う劣化診断手段１１を設けた点に最大の特徴を
有するものである。
【００４１】劣化診断手段１１は、まず、前Ｏ2センサ
３および後Ｏ2センサ４の出力から直流成分等の触媒コ
ンバータ２の劣化とは直接関係しない成分、つまり、相
関関数を用いた演算を行う際に誤差の原因となりうる成
分、を特徴波形抽出手段１２で取り除く。ここで、特徴
波形抽出手段１２としては、微分フィルタ、高周波域通
過フィルタあるいは帯域通過フィルタが適切である。な
お、これ以降、前Ｏ2センサ３に起因する信号は符号ｘ
で、また、後Ｏ2センサ４に起因する信号は符号ｙで示
す。
【００４２】つぎに、自己相関関数計算手段１３によっ
て、数３にしたがって、前Ｏ2センサ３の出力信号ｘの
自己相関関数φxxを計算する。また、相互相関関数計算
手段１４によって、数４に従い、前Ｏ2センサ３の出力
信号ｘと後Ｏ2センサ４の出力信号ｙとの間の相互相関
関数φxyを計算する。
【００４３】
【数３】φxx(τ)＝∫ｘ(t)ｘ(t−τ)dt
【００４４】
【数４】φxy(τ)＝∫ｘ(t)ｙ(t−τ)dt そして、更に、位相τを相関関数の積分区間（0〜T）で
変えて、φxyの最大値（φxy）maxと、φxxの最大値
（φxx）maxとを求める。そして、これらの値を用い
て、触媒コンバ−タ２および前Ｏ2センサ３の劣化を判
定する。
【００４５】触媒コンバ−タ２の劣化判定は、触媒コン
バ−タ判定手段１６によりなされる。触媒コンバータ劣
化判定手段１６は、数５にしたがって逐次劣化指標Φi
を計算し、これを予め決められた基準値と比較すること
により触媒コンバータの劣化を判定する。
【００４６】
【数５】Φi＝（φxy）max／（φxx）max すなわち、触媒が劣化すると、触媒コンバータ２の前後
における空燃比摂動の類似度が増すため、逐次劣化指標
Φiは大きくなる（１に近づく）。
【００４７】一方、前Ｏ2センサ３の劣化判定は、空燃
比センサ劣化判定手段１５によりなされる。空燃比セン
サ劣化判定手段１５は、（φxx）maxを劣化指標として
空燃比センサの劣化を判定する。すなわち、前Ｏ2セン
サ３が劣化すると、空燃比センサの応答が遅れるため最
大値（φxx）maxが小さくなってくるため、該値を監視
して、予め決められた基準値と比較することにより、劣
化を検知する。なお、図４に空燃比センサが劣化してい
ない状態と、劣化した状態とにおける、前Ｏ2センサ３
の出力の周波数毎のパワ−スペクトルを示した。劣化し
た状態では、ピ−クが低周波数側にずれており、応答速
度が遅くなっていることがわかる。
【００４８】本実施例の診断装置をより具体的に説明す
る。
【００４９】該診断装置そのものは、Ａ／Ｄ変換器を内
臓するシングルチップマイクロコンピュータと、高周波
領域通過フィルタとにより主に構成されるものである。
【００５０】高周波領域通過フィルタは、上記特徴波形
抽出手段１２Ａ，Ｂに該当するものである。
【００５１】マイクロコンピュ−タは、内蔵されたソフ
トウエアに従って動作することにより、上記説明した各
手段、自己相関関数計算手段１３、触媒コンバ−タ劣化
判定手段１６等の機能をを実現するものである。
【００５２】但し、ハ−ドウエア構成はこれに限定され
るものではない。
【００５３】該診断装置の動作を、図２を参照しつつ説
明する。なお、該図中、各ブロックには、該ブロックに
おいて行われる処理に該当する図１の各手段と同じ番号
を付している。
【００５４】まず、触媒コンバ−タ２の劣化判定動作を
説明する。
【００５５】前Ｏ2センサ３の出力信号（以下「前Ｏ2セ
ンサ信号」という）１１４と、後Ｏ2センサ４の出力信
号（以下、「後Ｏ2センサ信号」という）１０２とを、
同期してＡ／Ｄ変換器１８によりデジタルデータに変換
する。
【００５６】つぎに、高周波域通過フィルタでそれぞれ
の信号から診断に外乱となる直流成分を除去する（ブロ
ック１２Ａ，１２Ｂ）。ここで、両者のフィルタは同一
特性のものとする。図３に、特徴波形抽出の実例を示
す。Ｏ2センサの電圧信号に含まれる直流成分は除去さ
れているが、制御周期は保存されている。また、これら
の信号の周波数ごとのパワ−スペクトルを示したのが図
４である。いずれの信号も診断に外乱となる空燃比フィ
−ドバック制御周波数よりも低周波数成分を除去してい
る。
【００５７】なお、本実施例においては、低周波成分の
みをカットしているが、上述したとおり帯域通過フィル
タを用いて空燃比フィ−ドバック制御周波数帯よりも高
周波成分をもカットしてもよい。この場合、相関関数の
算出に用いる周波数帯は、空燃比フィ−ドバック制御周
波数を含むある一定幅の周波数帯のみとなるため、より
正確な判定が可能となる。
【００５８】続いて、前Ｏ2センサ信号１１４から得ら
れた信号ｘ(t)１０５のt=0 時点での自己相関関数φ
xx(0)を求める（ブロック１３）。なお、ここで、φ
xx(0)を求めているのは、自己相関関数φxxは、t=0 に
おいて最大値（φxx）maxをとるからである。
【００５９】また、前Ｏ2センサ信号１１４から得られ
た信号ｘ(t)と、後Ｏ2センサ信号１０２とから得られた
信号ｙ(t)とから相互相関関数φxy(τ)を一定の積分区
間Ｔにおいて求める（ブロック１４）。ここで積分区間
Ｔは、その区間でエンジン回転数の変動が所定の範囲を
超えないように、あらかじめ設定しておく。
【００６０】そして、当該積分区間Ｔにおけるφxy(τ)
の最大値（φxy）maxを探し、該（φxy）maxを用いて、
逐次劣化指標Φi（＝（φxy）max／φxx(0)、数５参
照）を計算する（ブロック１６Ａ、図５参照）。なお、
逐次劣化指標Φiの位相τ、言い替えれば、（φxy）／
φxx(0)が最大値をとる位相τは、運転条件や機差で変
動するため、Φiはデ−タを実際に探索することにより
得る。
【００６１】そして、Φiをメモリ（ＲＡＭ）に記憶し
ておき、次の積分区間Ｔにおいても同様の処理によりΦ
i+1を求める。
【００６２】以上のような操作をｎ回繰り返して、Φi
の平均値を求める。そして、該平均値を、触媒コンバー
タ２の最終劣化指標Ｉとする。なお、この最終劣化指標
Ｉを算出する際には、各種運転条件による補正係数
ｋ1，ｋ2をも加味して行われる（ブロック１６Ｂ、１６
Ｃ，１６Ｄ，下記数６参照）
【００６３】
【数６】Ｉ＝（Σｋ1ｋ2Φi）／ｎ Ｉ ：最終劣化指標 ｋ1：エンジン負荷による補正系数 ｋ2：触媒温度による補正系数 Φi：逐次劣化指標 ｎ：測定回数 なお、ｋ1、ｋ2は、あらかじめマップデータとしてメモ
リ（ＲＯＭ）に記憶しておく。
【００６４】続いて、この劣化指標Ｉを、あらかじめ定
めた劣化判定レベルＩDと比較して、劣化状態を判定す
る。劣化指標Ｉが劣化判定レベルＩDよりも大きい場合
には劣化と判断する（ブロック１６Ｅ）。
【００６５】ここで逐次劣化指標Φiをそのまま使用せ
ず、その平均値、すなわち最終劣化指標Ｉを用いるの
は、通常走行中、エンジン回転数や負荷が変動すると、
図６の如く、逐次劣化指標Φiも影響を受けて変動する
からである。つまり、一定時間、一定回転回数あるいは
一定負荷帯ごとの逐次劣化指標Φiを求めて累積し、そ
の平均値を最終劣化指標Ｉとすることにより、全運転域
での劣化判定を可能としている。但し、ある程度運転状
態が限定されるような場合には、逐次劣化指標Φiをそ
のまま用いて、判定を行っても構わない。
【００６６】次に、前Ｏ2センサ３の劣化判定動作を説
明する。
【００６７】該判定動作は、前Ｏ2センサ信号の自己相
関関数φxxのみを用いて行う。自己相関関数は、上述し
たとおり、ｔ＝０において、最大値（φxx）maxをとる
が、該最大値（φxx）maxは前Ｏ2センサ３が劣化すると
その値が小さくなってくる。したがって、該（φxx）
maxを検出し、予め決められた基準値と比較することに
より、前Ｏ2センサ３の劣化を検知することができる。
【００６８】なお、自己相関関数φxxを求める際に使用
するデ−タには、触媒コンバ−タ劣化判定の場合と同様
に、空燃比フィ−ドバック制御周波数帯よりも低周波数
成分を除去する。図４に該低周波数成分を除去する前
と、除去後とのパワ−スペクトルを示した。
【００６９】ここでは最大値（φxx）maxをそのまま使
用しているが、触媒コンバ−タ２の劣化判断の場合と同
じように、該最大値（φxx）maxの平均値を用いて判断
することとしてもよい。
【００７０】ここでは、劣化の可能性の高い前Ｏ2セン
サ３について述べたが、後Ｏ2センサ４にも同様に適用
可能である。
【００７１】なお、前Ｏ2センサ３や後Ｏ2センサ４から
のサンプリングは、ある一定時間ごとに行ってもよい。
また、エンジンのクランク角を検知するセンサを設け
て、クランク角度に対応して行ってもよい。触媒コンバ
−タ２の劣化判定を行う場合には、該クランク角度に対
応してのサンプリングを行うことが、より好ましい。こ
れは、触媒コンバ−タ２の劣化判定を行う場合には、上
述したとおり空燃比フィ−ドバック制御周波数よりも低
周波数の成分を、カットしているが、この空燃比フィ−
ドバック制御周波数は、エンジンの回転数に応じて変更
されるものだからである。つまり、クランク角度に対応
してサンプリングを行う場合には、回転数の変更による
影響を受けないため、何等の修正も必要ないが、一定時
間毎にサンプリングを行う場合には、修正が必要となる
からである。一方、前Ｏ2センサ３の劣化特性は、セン
サそのものの状態に依存するのみであって、エンジン回
転数による影響は受けないため、前Ｏ2センサ３の劣化
判定においてはいずれの方法でも同様である。
【００７２】以上説明した上記実施例においては、自動
車の通常走行中にエンジンの排気浄化制御機器である触
媒コンバータおよび空燃比センサ、酸素センサの劣化を
診断できる。また、信号の類似性判断において、相関関
数を使用しているため、周波数、振幅等を用いて判断す
る場合に較べてノイズに強い。
【００７３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動車の
通常走行中にエンジンの排気浄化制御機器である触媒コ
ンバータおよび空燃比センサ、酸素センサの劣化を診断
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】本実施例の動作を示す説明図である。
【図３】本実施例における特徴波形抽出を示す説明図で
ある。
【図４】特徴波形抽出の作用を説明するための周波数毎
のパワ−スペクトル図である。
【図５】触媒コンバータ劣化判定の作用を説明するため
の特性図である。
【図６】触媒コンバータ劣化判定の作用を説明するため
の特性図である。
【符号の説明】
２：触媒コンバータ、 ３：前Ｏ2センサ、 ４：後Ｏ2
センサ、 １２：特徴波形抽出手段、 １３：自己相関
関数計算手段、 １４：相互相関関数計算手段、１５：
Ｏ2センサ劣化判定手段、 １６：触媒コンバータ劣化
判定手段、１７：判定結果出力手段、 Φi：逐次劣化
指標、 Ｉ：最終劣化指標、 ＩD：劣化判定レベル ｘ：触媒コンバータの上流に設けられる空燃比センサ
（前Ｏ2センサ）の出力 ｙ：触媒コンバータの下流に設けられる空燃比センサ
（後Ｏ2センサ）の出力 φxx：信号ｘの自己相関関数 φxy：信号ｘと信号ｙとの相互相関関数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 一也 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 高久 豊 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジン排気ガス中の空燃比を検出し、排
    気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を調
    整する空燃比制御装置を有するエンジンを対象とした、
    排気ガスを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄化装
    置の診断装置であって、 上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前
    空燃比センサと、 上記触媒の排気ガス下流側における空燃比を検出する後
    空燃比センサと、 上記前空燃比センサと上記後空燃比センサとの出力信号
    から、上記空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも
    低周波数帯の信号を減衰させる特徴波形抽出手段と、 上記特徴波形抽出手段を通過した上記信号の相関関数を
    算出する相関関数算出手段と、 上記相関関数の値に基づいて上記触媒の劣化状態を判定
    する触媒状態判定手段と、 を有することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の
    診断装置。
  2. 【請求項２】エンジン排気ガス中の空燃比を検出し、排
    気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を調
    整する空燃比制御装置を有するエンジンを対象とした、
    排気ガスを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄化装
    置の診断装置であって、 上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前
    空燃比センサと、 上記触媒の排気ガス下流側における空燃比を検出する後
    空燃比センサと、 上記前空燃比センサの出力信号の自己相関関数φxxを計
    算し出力する自己相関関数算出手段と、 上記前空燃比センサの出力信号と上記後空燃比センサの
    出力信号との相互相関関数φxyを計算し出力する相互相
    関関数算出手段と、 上記相互相関関数φxyのある値と、上記自己相関関数φ
    xxのある値と、の比を逐次劣化指標Φiとして出力する
    劣化指標算出手段と、 上記逐次劣化指標Φiと予め設定された基準値とを比較
    することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触媒状
    態判定手段と、 を有することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の
    診断装置。
  3. 【請求項３】上記劣化指標算出手段は、所定の期間毎
    に、当該期間内の上記相互相関関数φxyの最大値
    （φxy）maxと、当該期間内の自己相関関数φxxの最大
    値（φxx）maxとの比を上記逐次劣化指標Φiとして出力
    すること、 を特徴とする請求項２記載のエンジン排気ガス浄化装置
    の診断装置。
  4. 【請求項４】上記劣化指標算出手段は、過去所定回数分
    の上記逐次劣化指標の平均値を算出して、これを最終劣
    化指標として出力する機能を有し、 上記触媒状態判定手段は、上記逐次劣化指標Φiに代わ
    って、該最終劣化指標と、予め設定された基準値とを比
    較することにより上記触媒の劣化状態を判定すること、 を特徴とする請求項２または３記載のエンジン排気ガス
    浄化装置の診断装置。
  5. 【請求項５】エンジンの回転数および／または上記触媒
    の温度を検出する運転状態検出手段を有し、 上記劣化指標算出手段は、上記運転状態検出手段の検出
    結果を係数として、上記最終劣化指標を算出すること、 を特徴とする請求項４記載のエンジン排気ガス浄化装置
    の診断装置。
  6. 【請求項６】上記前空燃比センサと上記後空燃比センサ
    との出力信号から、上記空燃比制御装置の空燃比制御周
    波数帯よりも低周波数帯の信号を減衰させる特徴波形抽
    出手段を有し、 上記自己相関関数算出手段と、上記相互相関関数手段と
    は、上記特徴波形抽出手段を通過した後の信号をもとに
    して、自己相関関数φxx、相互相関関数φxyを算出する
    ことを特徴とする請求項２，３または４記載のエンジン
    排気ガス浄化装置の診断装置。
  7. 【請求項７】上記特徴波形抽出手段は、ハイパスフィル
    タであることを特徴とする請求項６記載のエンジン排気
    ガス浄化装置の診断装置。
  8. 【請求項８】上記特徴波形抽出手段は、帯域通過フィル
    タであることを特徴とする請求項６記載のエンジン排気
    ガス浄化装置の診断装置。
  9. 【請求項９】エンジンのクランク角度を検知するクラン
    ク角度検知手段を有し、 上記前空燃比センサは、上記クランク角度検知手段の検
    知したクランク角度に対応してデ−タのサンプリングを
    実行することを特徴とする請求項２、３または４記載の
    エンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
  10. 【請求項１０】エンジン排気ガス中の空燃比を検出し、
    排気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を
    調整する空燃比制御装置を有するエンジンを対象とし
    た、排気ガスを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄
    化装置の診断装置であって、 上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する空
    燃比センサと、 上記空燃比センサの出力信号の自己相関関数φxxを計算
    し出力する自己相関関数算出手段と、 上記自己相関関数φxxの値を、予め設定された基準値と
    比較することにより上記空燃比センサの劣化状態を判定
    するセンサ状態判定手段と、 を有することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の
    診断装置。
  11. 【請求項１１】所定の期間毎に、上記自己相関関数φxx
    の最大値（φxx）maxを算出し、過去所定回数分の該
    （φxx）maxの平均値を算出してセンサ劣化指標として
    出力するセンサ劣化指標算出手段を有し、 上記センサ状態判定手段は、該センサ劣化指標と、予め
    設定された基準値とを比較することにより上記空燃比セ
    ンサの劣化状態を判定すること、 を特徴とする請求項１０記載のエンジン排気ガス浄化装
    置の診断装置。
  12. 【請求項１２】上記空燃比センサの出力信号から、上記
    空燃比制御装置の空燃比制御周波数帯よりも低周波数帯
    の信号を減衰させる特徴波形抽出手段を有し、 上記自己相関関数算出手段は、上記特徴波形抽出手段を
    通過した後の信号をもとにして、自己相関関数φxxを算
    出することを特徴とする請求項１０または１１記載のエ
    ンジン排気ガス浄化装置の診断装置。
  13. 【請求項１３】上記特徴波形抽出手段は、ハイパスフィ
    ルタであることを特徴とする請求項１２記載のエンジン
    排気ガス浄化装置の診断装置。
  14. 【請求項１４】上記特徴波形抽出手段は、帯域通過フィ
    ルタであることを特徴とする請求項１２記載のエンジン
    排気ガス浄化装置の診断装置。
  15. 【請求項１５】エンジン排気ガス中の空燃比を検出し、
    排気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を
    調整する空燃比制御装置を有するエンジンを対象とし
    た、排気ガスを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄
    化装置の診断装置であって、 上記触媒の排気ガス上流側における空燃比を検出する前
    空燃比センサと、 上記触媒の排気ガス下流側における空燃比を検出する後
    空燃比センサと、 上記前空燃比センサの出力信号の自己相関関数φxxを計
    算し出力する自己相関関数算出手段と、 上記前空燃比センサの出力信号と上記後空燃比センサの
    出力信号との相互相関関数φxyを計算し出力する相互相
    関関数算出手段と、 上記相互相関関数φxyのある値と、上記自己相関関数φ
    xxのある値と、の比を逐次劣化指標Φiとして出力する
    劣化指標算出手段と、 上記逐次劣化指標Φiと予め設定された基準値とを比較
    することにより、上記触媒の劣化状態を判定する触媒状
    態判定手段と、 上記自己相関関数φxxの値を予め設定された基準値と比
    較することにより、上記前空燃比センサの劣化状態を判
    定するセンサ状態判定手段と、 を有することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置の
    診断装置。
  16. 【請求項１６】エンジン排気ガス中の空燃比を検出し、
    排気ガス中の空燃比を所定値に保つように燃料噴射量を
    調整する空燃比制御装置を有するエンジンを対象とし
    た、排気ガスを触媒により浄化するエンジン排気ガス浄
    化装置の診断方法であって、 所定の期間ごとに、触媒上流側の空燃比の測定デ−タの
    自己相関関数φxxの最大値（φxx）maxと、触媒上流側
    の空燃比の測定デ−タと触媒下流側の空燃比の測定デ−
    タとの相互相関関数φxyの最大値（φxy）maxと、の比
    を算出し、該比の値を予め決められた基準値と比較する
    ことにより、触媒劣化状態を判断することを特徴とする
    エンジン排気ガス浄化装置の診断方法。
  17. 【請求項１７】空燃比センサによりエンジン排気ガス中
    の空燃比を検出し、排気ガス中の空燃比を所定値に保つ
    ように燃料噴射量を調整する空燃比制御装置を有するエ
    ンジンを対象とした、排気ガスを触媒により浄化するエ
    ンジン排気ガス浄化装置の診断方法であって、 所定の期間ごとに、触媒上流側の空燃比の測定デ−タの
    自己相関関数φxxの最大値（φxx）maxを算出し、該最
    大値（φxx）maxを予め決められた基準値と比較するこ
    とにより、空燃比センサの劣化状態を判断することを特
    徴とするエンジン排気ガス浄化装置の診断方法。
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