JP2518696B2 - 内燃機関の排気浄化システムの診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の排気浄化システムの診断装置に
関する。

〈従来の技術〉 従来の内燃機関の排気浄化システムとして、排気通路
に介装された触媒装置と、該排気通路の触媒装置上流側
に２次空気を導入する２次空気導入装置と、２次空気の
導入を制御する制御装置と、を含むシステム構成要素を
備えたものが知られている。

このシステムでは、所定の運転領域、例えば減速運転
領域、機関低温時、アイドリング時、空燃比を大にして
運転する時等に排気通路中に２次空気を導入すること
で、排気中の未燃分を触媒装置で燃焼させることによ
り、排気の浄化性能の向上を図るようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述のような従来の排気浄化システム
にあっては、システムの構成要素が正常に機能している
か否か、即ち、システムの構成要素であるところの２次
空気導入装置，制御装置が正常に機能しているか或いは
触媒装置が劣化しているか等を診断する装置やプログラ
ムが設けられていないため、システムの異常を掌握でき
ず、装置の信頼性に劣るという問題点があった。

尚、従来、前記触媒装置が劣化しているか否かを診断
する装置として、特開昭63−165744号公報に示される触
媒劣化診断用センサが知られている。

この触媒劣化診断用センサは、触媒装置のハニカム内
に担持させた触媒成分の高温での劣化挙動は他の耐熱基
材に形成させた同じ触媒成分の薄膜でも同じように再現
できることに着目して、この薄膜を有する基材をセンサ
としてハニカム多孔室内に挿入することにより間接的に
ハニカムに担持させた触媒の劣化度を診断するものであ
る。

しかし、このセンサは、触媒劣化診断のみに用途が限
定され、排気浄化システムの他の構成要素の診断に使用
できないため、使用性に劣るものである。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、
排気浄化システムが正常に機能しているか否かを診断す
る装置を提供し、システムの異常を確実正確に掌握可能
とすることにより、装置の信頼性の向上を図ることを目
的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明の内燃機関の排気浄化システムの診
断装置は、第１図に示すように、 排気通路に介装された触媒装置と、該排気通路の触媒
装置上流側に２次空気を導入する２次空気導入装置と、
２次空気の導入を制御する制御装置と、を含むシステム
構成要素を備えた内燃機関の排気浄化システムにおい
て、 排気通路の触媒装置の入口部と出口部の排温を夫々検
出する２つの排温検出装置と、 空燃比をリッチクランプしたときにおける２次空気導
入時と該導入停止時夫々の触媒装置の入口部と出口部の
検出排温の差相互を比較する比較手段と、 前記比較手段による比較結果に基づいて、２次空気導
入時の触媒装置の入口部と出口部の検出排温の差が、２
次空気導入停止時の触媒装置の入口部と出口部の検出排
温の差より大きいときに前記システム構成要素の機能が
正常と判定し、それ以外では異常であると判定する判定
手段と、 を含んで構成した。

〈作用〉 本発明は、空燃比をリッチクランプして２次空気導入
すると、触媒装置で２次空気と未然成分との酸化反応に
より触媒装置の入口部と出口部の排温の差が大きくなる
ことに着目して、２次空気導入装置、２次空気導入制御
装置のみならず触媒装置の故障の診断を行う。

即ち、２次空気導入装置,2次空気導入装置及び触媒装
置等が正常であれば、空燃比をリッチクランプして２次
空を気導入した場合、触媒装置で２次空気と未然成分と
の酸化反応により触媒装置の入口部と出口部の排温の差
は、２次空気導入停止時のそれよりも大きい。

又、２次空気導入装置,2次空気を導入制御装置等の故
障或いは触媒装置の触媒機能劣化が生じていれば、触媒
装置における酸化反応が十分に行われず、２次空気導入
時における触媒装置の入口部と出口部の排温の差は、２
次空気導入停止時のそれよりも大きくはならない。

従って、空燃比をリッククランプした上で、２次空気
導入を実行した時の触媒装置の入口部と出口部の排温検
出手段で検出した排温の差と、２次空気導入を停止した
時の排温検出手段で検出した排温の差と、を比較し、こ
の比較結果に基づいて２次空気導入装置,2次空気導入制
御装置等の故障或いは触媒装置の触媒機能劣化の診断を
行う。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、機関１の排気マニホールド２の集合
部よりも下流側の排気通路３には、排気中の酸素濃度を
検出することにより空燃比を検出する酸素センサ４が介
装されている。この酸素センサ４下流の排気通路３には
三元式触媒装置５が介装されている。

一方、排気通路３の触媒装置５上流側に２次空気を導
入する２次空気導入装置と２次空気の導入を制御する制
御装置とが設けられている。

即ち、吸気通路６には、上流側から下流側に、エアク
リーナ７、エアフロメータ８、吸気絞り弁９及びアイド
ルスイッチ10が介装されており、エアフロメータ８下流
の吸気通路６と、酸素センサ４と触媒装置５間の排気通
路６と、が２次空気導入通路11により連通接続され、こ
の２次空気導入通路11には２次空気制御弁12が介装され
ている。

この２次空気制御弁12の本体12a内は、仕切壁12bによ
って２室a,bに仕切られており、２次空気導入通路11下
流側と連通する室ｂには、排気脈動圧力によって作動す
る弁体12cが設けられている。２次空気導入通路11上流
側と連通する室ａの上部にはダイヤフラム12dによって
仕切られた圧力室ｃが設けられており、該ダイヤフラム
12dには前記仕切壁12bに形成された連通孔12eを開閉す
る弁体12fが連結されている。この弁体12fは常時はスプ
リング12gにより閉方向に付勢される。前記圧力室ｃに
は吸気負圧導入通路13の一端が接続されている。この吸
気負圧導入通路13の他端は２叉に分岐し、一方の分岐通
路13aは２次空気導入通路11の２次空気制御弁12上流側
に連通され、他方の分岐通路13bは吸気絞り弁９下流の
吸気通路６に連通される。そして、吸気負圧導入通路13
の分岐部には、２つの分岐通路13a,13bを吸気負圧導入
通路13に選択的に連通させるべく通路を切り換える三方
電磁式切換弁14が介装される。

従って、三方電磁式切換弁14をONして、吸気負圧導入
通路13と分岐通路13bとを連通させると、吸気負圧が圧
力室ｃに導入され、ダイヤフラム12dがスプリング12gの
弾性力に抗して上動し、弁体12fにより連通孔12eが開放
されて２次空気導入通路11が開通する（第３図（ａ）参
照）。

又、三方電磁式切換弁14をOFFして、吸気負圧導入通
路13と分岐通路13aとを連通させると、吸気負圧が圧力
室ｃに導入されるのが遮断され、ダイヤフラム12dがス
プリング12gの弾性力により下動し、弁体12fにより連通
孔12eが閉塞されて２次空気導入通路11が閉塞される
（第３図（ｂ）参照）。

以上により、２次空気導入が行われるある機関運転領
域において、２次空気導入の実行と停止とを選択的に切
り換えることができるようになっている。

前記酸素センサ４からの空燃比検出信号とアイドルス
イッチ10からのアイドル検出信号とがコントロールユニ
ット15に入力され、このコントロールユニット15から
は、前記三方電磁式切換弁14の制御信号が出力される。

ここで、排気通路３の触媒装置５の入口部と出口部の
排温を夫々検出する２つの排温検出装置と、空燃比をリ
ッチクランプしたときにおける２次空気導入時と該導入
停止時夫々の触媒装置５の入口部と出口部の検出排温の
差相互を比較する比較手段と、この比較手段による比較
結果に基づいて、２次空気導入時の触媒装置５の入口部
と出口部の検出排温の差が、２次空気導入停止時の触媒
装置５の入口部と出口部の検出排温の差より大きいとき
にシステム構成要素の機能が正常と判定し、それ以外で
は異常であると判定する判定手段と、が設けられてい
る。

即ち、第２図に示すように、触媒装置５の入口部に排
温センサ17が設けられると共に、該触媒装置５の内部若
しくは出口部に排温センサ18が設けられ、これらの排温
センサ17,18からの排温検出信号はコントロールユニッ
ト15に入力され、この排温検出信号に基づいて排気浄化
システムの機能が正常であるか否かを判定する判定手段
がコントロールユニット15に備えられている。

上記の判定は、次のように行われる。

即ち、２次空気導入装置、２次空気導入制御装置及び
触媒装置５が正常であれば、空燃比をリッチクランプし
て２次空気を導入した場合、触媒装置５で２次空気と未
燃成分との酸化反応により触媒装置５の入口部と出口部
の排温の差は、２次空気導入停止時のそれよりも大き
い。

一方、２次空気導入装置、２次空気導入制御装置の故
障、触媒装置５の触媒機能劣化が生じていれば、触媒装
置５における触媒での酸化反応が十分に行われず、２次
空気導入時における触媒装置５の入口部と出口部の排温
の差は、２次空気導入停止時のそれよりも大きくはなら
ない。

従って、アイドル時（リッチクランプさせる）に、２
次空気導入を実行し、両排温センサ17,18で検出した排
温a,bの差をＩ（＝ｂ−ａ）とする。

更に、２次空気導入を停止し、その後の両排温センサ
で検出した排温ａ′,b′の差をII（＝ｂ′−ａ′）とす
る。

そして、かかるI,IIの温度差を比較し、Ｉ＞IIなら
ば、２次空気導入装置、２次空気導入制御装置及び触媒
装置５が正常であると診断し、Ｉ＝IIならば、２次空気
導入装置,2次空気導入制御装置の故障或いは触媒装置５
の触媒機能劣化が生じていると診断する。

これを第14図に示すフローチャートで説明すると次の
ようになる。

アイドルスイッチがONでスタートし、S1でλコントロ
ール（空燃比フィードバック制御）において、リッチク
ランプ（空燃比補正係数αの値を増量側に固定し、２次
空気導入を行うことで、混合気が薄くなるのを防止す
る）を開始する。

S2では、２次空気導入を開始し、S3で排温センサによ
る排温検出を行う（排温a,b）。

S4では、排温差を演算する（Ｉ＝ｂ−ａ）。

S5では、２次空気導入を停止し、S6で排温センサによ
る排温検出を行う（排温ａ′,b′）。

S7では、排温差を演算する（II＝ｂ′−ａ′）。

尚、S6で排温検出後、S2に戻って２次空気導入を開始
する。

S8では、S4とS7の排温差I,IIを比較し、上述したよう
に、Ｉ＞IIならば、S9に進んで２次空気導入装置,2次空
気導入制御装置及び触媒装置５が正常であると診断し、
Ｉ＝IIならば、S10に進んで２次空気導入装置,2次空気
導入制御装置の故障或いは触媒装置５の触媒機能劣化が
生じていると診断する。

このようにして、２次空気導入装置若しくは２次空気
導入制御装置若しくは触媒装置５が故障していると診断
された場合には、例えば、ランプや警報装置等の報知手
段により運転者等にその旨を知らせるように構成すると
良い。

第５図は本実施例の診断装置の機能を説明するタイム
チャートであり、（ａ）は車速、（ｂ）はアイドルスイ
ッチ、（ｃ）はリッチクランプの変化を示す。

又、（ｄ）は三方電磁式切換弁の作動状態、（ｅ）は
２次空気流量の状態を示す。

更に、（ｆ）は２次空気導入及び触媒機能正常時の排
温の関係を示し、（ｇ）は２次空気導入及び触媒機能異
常時の排温の関係を示している。

かかる実施例によれば、２次空気導入装置,2次空気導
入制御装置のみならず触媒装置５も正常に機能している
かを診断することができ、システムの異常を確実・正確
に掌握できるようになるので、装置の信頼性の向上を図
ることができる。

又、このものでは、従来の使用性に劣る触媒劣化診断
用センサを適用する必要がない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄
化システムの診断装置によると、空燃比をリッチクラン
プして２次空気を導入すると、触媒装置で２次空気と未
然成分との酸化反応により触媒装置の入口部と出口部の
排温の差が大きくなることに着目して、システム構成要
素の機能が正常であるか異常であるかを判定するように
したから、システム構成要素の２次空気導入装置、２次
空気導入制御装置のみならず触媒装置の異常を確実・正
確に掌握することが可能となり、システムの信頼性の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの診
断装置のクレーム対応図、第２図は同上装置の一実施例
を示す構成図、第３図（ａ），（ｂ）は夫々同上実施例
の作動説明図、第４図は同上実施例の作用を説明するフ
ローチャート、第５図は同上実施例の機能を説明するタ
イムチャートである。 １…機関、３…排気通路、５…触媒装置 11…２次空気導入通路、12…２次空気制御弁 15…コントロールユニット 17,18…排温センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に介装された触媒装置と、該排気
   通路の触媒装置上流側に２次空気を導入する２次空気導
   入装置と、２次空気の導入を制御する制御装置と、を含
   むシステム構成要素を備えた内燃機関の排気浄化システ
   ムにおいて、 排気通路の触媒装置の入口部と出口部の排温を夫々検出
   する２つの排温検出装置と、 空燃比をリッチクランプしたときにおける２次空気導入
   時と該導入停止時夫々の触媒装置の入口部と出口部の検
   出排温の差相互を比較する比較手段と、 前記比較手段による比較結果に基づいて、２次空気導入
   時の触媒装置の入口部と出口部の検出排温の差が、２次
   空気導入停止時の触媒装置の入口部と出口部の検出排温
   の差より大きいときに前記システム構成要素の機能が正
   常と判定し、それ以外では異常であると判定する判定手
   段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化
   システムの診断装置。