JPH03249320A - 触媒の劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの排気系に配設され、排ガスを浄化
するための触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関
するものである。

〔従来の技術］ 従来、前述のような装置としては、例えば触媒の上・下
流にそれぞれ酸素センサを配設し、これらの酸素センサ
からの出力値（反転周波数）の比較により触媒の劣化を
検出するものがある（例えば、実開昭６３−１２８２２
１号公報等）。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述のような装置では、低浄化率におけ
る分解能力が悪い。よって、劣化検出の精度が悪く触媒
が劣化したと判断する浄化率を任意に設定することがで
きないとう問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、触媒の劣化を精度よく
検出できる装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は第１図に示すように、エンジンの排気系に配設
され、排ガスを浄化するための触媒と、この触媒の上・
下流にそれぞれ配設され、空燃比が理論空燃比に対して
リッチかリーンかを検出する第１．第２の酸素センサと
、 前記第１．第２の酸素センサの出力値に基づいて、これ
らの出力値の相関係数を算出する相関係数算出手段と、 前記相関係数に応じて前記触媒の劣化を検出する劣化検
出手段と を備える触媒の劣化検出装置を要旨としている。

〔作用〕

以上の構成により、相関係数算出手段では、第１、第２
の酸素センサの出力値に基づいて、これらの出力値の相
関係数が算出される。そして、劣化検出手段では、前述
の相関係数に応じて触媒の劣化が検出される。

〔実施例］ 以下、本発明を車両用エンジンに適応した一実施例を図
面に基づいて説明する。

第２図は一実施例の概略構成図である。エンジン１の吸
気通路２にはエアフロメータ３が設けられている。エア
フロメータ３はエアクリーナ４を通って導かれる吸気量
を直接計測するものである。

さらに吸気通路２には、運転者のアクセル５の操作量に
応じて開閉し、エンジン１へ供給する吸気量を調節する
スロットル弁６が設けられている。

また、各気筒毎に燃料供給系７から加圧燃料を吸気ポー
トへ供給するための燃料噴射弁８が設けられている。

また、ディストリビュータ９には、７２０°ＣＡ毎に基
準位置検出用信号を発生する基準位置センサ１０および
３０°ＣＡ毎にクランク角検出用信号を発生するクラン
ク角センサ１１が設けられている。

さらに、エンジン１のシリンダブロックのウォータジャ
ケット１２には、冷却水の温度を検出するための水温セ
ンサ１３が設けられている。

一方、排気系には排気マニホールド１４より下流に、排
ガス中の３つの有害成分ＨＣ，Ｃｏ。

ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒１５が設けられている
。そして、三元触媒１５の上流側、即ち排気マニホール
ドには、第１の酸素センサ（Ｏｚセンサ）１６が設けら
れ、三元触媒１５の下流側の排気管１７には第２のｏ２
センサ１８が設けられている。周知のとおり、第１．第
２の０２センサ１６．１Ｂは空燃比が理論空燃比に対し
てリーンであるかリッチであるかに応して異なる出力電
圧を発生するものである。

また、１９は三元触媒１５の浄化率αが所定値（本実施
例では５０％）以下となった時、触媒が劣化したと判断
され運転者へ警告を発するためのアラームである。

電子制御装置（ＥＣＵ）２０は、例えばマイクロコンピ
ュータとして構成され、周知の通りＡ／Ｄ変換器１０１
．１１０ボート１０２．ＣＰｔＪ１０３、ＲＯＭ１０４
．ＲＡＭ１０５．バックアップＲＡＭ１０６．クロック
発生回路１０７等が設けられている。

ＥＣＵ２０は、エアフロメータ３で検出される吸気量Ｑ
ａ、水温センサ１３で検出される冷却水温ＴＨＷ、　ク
ランク角センサ１１から出力されるクランク角検出用信
号に基づいて算出される回転数ＮＥ等に応じて基本燃料
噴射量を設定する。そして、第１．第２の０□センサ１
６，１Ｂの信号に応じて三元触媒１５の浄化率αが最大
となるように基本燃料噴射量が補正されて燃料噴射量Ｔ
ＡＵが設定される（空燃比のフィードバック制り。

そして、Ｉ１０ポート１０２より燃料噴射量ＴＡＵに応
じた制御信号が燃料噴射弁８へ出力される。

次に、三元触媒１５の浄化率αの検出方法について説明
する。

三元触媒１５の浄化率αが低下、即ち三元触媒１５が劣
化するほど、第２の０□センサ１日の出力は第１の０！
センサ１６の出力の挙動に近づき、第１．第２のＯ，セ
ンサ１６，１Ｂ相互の出力値の相関関係が高まる。ここ
で、第１．第２の０□センサ１６，１８の出力値に対す
る相関係数ｒについて考える。

相関係数ｒは一般的に次式により算出される。

ここで、ｘｉ、ｙｉは出力値、ｘ、　　ｙ　　は出力値
ｘｉ、ｙｉの平均値（ｉは出力値のサンプリング回数）
である。

そして、相関係数ｒと三元触媒１５の浄化率αとの特性
は第３図に示すように、浄化率αが低下するほど相関係
数ｒは１へ近づく。この特性を利用して、三元触媒１５
の劣化判定基準の浄化率αに対応する相関係数（基準値
）ｒｏを予め定めておき、算出された相関係数ｒが基準
値ｒ０以上の場合は、三元触媒工５が劣化したと判定す
る。

以下、本実施例の作動について、第４図に示すフローチ
ャートに基づいて説明する。以下のルーチンは所定時間
毎（例えば４ｍ５ｅｃ）に実行されるものである。まず
、ステップ１００で第１の０□センサ１６の出力値ＶＯ
，Ｆを取込む。同様にステップ１０１で第２の０２セン
サ１８の出力値ＶＯ，Ｒを取込む、ステップ１０２では
、三元触媒１５の劣化を検出する条件が成立しているか
否かを判別する。ここで、劣化検出条件としては、「第
１の０２センサ１６による空燃比のフィードバック制御
が実行されている」、「エンジン１が所定の安定運転状
態（例えば、回転数、及びエンジン負荷が予め設定され
た範囲内）である」等である。そしてステップ１０２の
判別の結果、劣化検出条件が成立している場合は、ステ
ップ１０３へ進み、ステップ１０３で第１の０２センサ
１６の出力値ｖＯ□Ｆを変数ｘｉに、第２のｏ２センサ
１８の出力値ＶＯ，Ｒを変数ｙｉに代入する。

次に、ステップ１０４でフラグＦ２が設定されているか
否かを判別する。ここで、フラグＦ２は三元触媒１５の
劣化検出が終了すると設定されるものである。そして、
判別の結果、フラグＦ２が設定されている。即ち、既に
劣化検出が終了している場合は、本ルーチンを終了する
。

また、ステップ１０４において、フラグＦ２が設定され
ていない、即ち、劣化検出が終了していない場合は、ス
テップ１０５へ進む、ステップ１０５でフラグＦ１が設
定されているか否かを判別する。ここで、フラグＦ１は
、変数ｘｉ、ｙｉ（ｉ＝１．・・・、１００）の平均値
ｘ、　　ｙの算出が終了すると設定されるものである。

そして、判別の結果、フラグＦ１が設定されていない、
即ち平均値ｘ、ｙの算出が終了していない場合は、ステ
ップ１０６へ進み、平均値算出処理を行う。

まず、ステップ１０６でデータｘｉ、ｙｉのサンプリン
グ回数を示すカウンタＣ１が所定値（例えば、本実施例
では１００）以上か否か判別する。

そして、カウンタＣ１力月００未満の場合はステップ１
０７，１０８で積算値ｘ、ｙに現在のｘｉｙｉをそれぞ
れ加算して新たな積算値ｘ、　　ｙとする。続くステッ
プ１０９でカウンタＣ１をインクリメント（Ｃ１＋　１
→Ｃ１）する。ステップ１０７〜１０９が１００回繰り
返された後、ステップ１０６において、カウンタＣ１が
１００となり、ステップ１０６からステップ１１０へ進
む。ステップ１１０，１１１にて、前述のステップ１０
７１０８で求められた１００個の変数ｘｉ、ｙｉの積算
値ｘ、ｙを１００で割って平均値ｘ、　　ｙを求める。

そして、ステップ１１２で平均値ｘ、ｙの算出が終了し
たことを示すフラグＦ１を設定する。

また、ステップ１０５でフラグＦｌが設定されている場
合はステップ１１３へ進む。ステップ１１３で平方和Ｘ
ｉ、Ｙｌおよび積和ＸＹの積算回数を示すカウンタＣ２
が所定値（例えば、本実施例では１００）以上か否かを
判別する。ここで、平方和Ｘｉ、Ｙｌおよび積和ＸＹは
次式を表わしている。

Ｘ１＝Σ　（ｘｉ−ｘ）２ Ｙｌ＝Σ　（ｙｉ−ｙ）２ ＸＹ＝Σ　（ｘｉ−χ）χ　（ｙｉ−ｙ）そして、カウ
ンタＣ２が１００未満、即ちまだ平方和ＸＩ、Ｙｌおよ
び積和ＸＹの算出が終了していない場合は、ステップ１
１４〜１１６で平方和Ｘ１．Ｙｌおよび積和χＹを演算
する。そして、ステップ１１７でカウンタＣ２をインク
リメント（Ｃ２＋１→Ｃ２）し、本ルーチンを終了する
。

また、ステップ１１３の判別の結果、カウンタＣ２が１
００以上、即ち平方和ＸＩ、Ｙｌおよび積和ＸＹの算出
が終了している場合、ステップ１１８へ進む。そしてス
テップ１１８で前述のようにして算出された平方和ＸＩ
、Ｙｌおよび積和ＸＹより第１および第２の０２センサ
１６，１８の出力値ＶＯ２Ｆ、ＶＯ□Ｒの相関係数ｒを
算出する。そして、続くステップ１１９で相関係数ｒの
算出が終了したことを示すフラグＦ２を設定する。

次にステップ１２０で算出された相関係数ｒから三元触
媒１５が劣化したか否かを検出する。詳しくは、相関係
数ｒが基準１ｒ、（例えば、本実施例では０．７）以上
か否かによって検出する。ここで三元触媒１５の劣化判
定基準である基準値ｒ０の０．７は、第３図に示すよう
に浄化率５０％に対応している。即ち、本実施例におい
ては、浄化率が５０％以下となった時、三元触媒１５が
劣化したと判定する。即ち、相関係数ｒが０．７未満で
ある時は、三元触媒１５は劣化していないと判定して、
本ルーチンを終了する。

ステップ１２０で相関係数ｒが０．７以上である時は、
三元触媒１５が劣化したと判定し、ステップ１２１へ進
む。ステップ１２１では三元触媒１５のダイアグ処理を
行う。ダイアグ処理としては例えば、三元触媒１５が劣
化したことを示すコードのバックアップＲＡＭ１０６へ
の記憶、アラーム１９による運転者への異常警告等であ
る。

一方、ステップ１０２において、三元触媒１５の劣化検
出条件が成立していない場合は、ステップ１２２へ進む
。そして、ステップ１２２〜１２９において、各パラメ
ータ（カウンタＣ１，Ｃ２゜フラグＦｌ、Ｆ２．平方和
ＸＩ、Ｙｌ、積和ｘｙ。

相関係数ｒ）を初期化して、本ルーチンを終了する。

本実施例では、平均値ｘ、ｙを算出するためのデータｘ
ｉ、ｙｉと平方和ＸＩ、Ｙｌおよび積和ＸＹを算出する
データｘｉ、ｙｉとは異なっている。しかし、劣化検出
条件である定常運転状態においては、第１．第２の０□
センサ１６，１８の出力値ＶＯ，Ｆ、ＶＯｚＲは、それ
ぞれほとんど変化しないため、前述のような方法により
相関係数ｒを算出しても問題はない。また、前述のよう
な方法とすることにより、データｘｉ、ｙｉを記憶して
おくためのＲＡＭ１０５を必要としないため、従来のも
のに比べて、記憶領域が極端に増加するようなこともな
い。

以上の処理により、第１．第２のＯｔセンサ１６．１８
の出力値から相関係数ｒが求められる。

この相関係数ｒと三元触媒１５の浄化率との特性は第３
図に示すように、低浄化率においても十分な分解能力（
特性図の傾き）を有している。したがって、三元触媒１
５の劣化検出を精度よく行うことができる。

また、三元触媒１５の劣化判定基準となる浄化率αを任
意に設定することができる。

前記実施例では、エンジン１から排出される排ガスが第
１の０２センサ１６に到達してから三元触媒１５を這っ
て第２の０２センサ１８に到達するまでの排ガス遅れ時
間ＴＬが無視できる程度の時間であるため、第１．第２
の０２センサ１６゜１８の出力値■０□Ｆ、ＶＯ□Ｒの
取込みタイミングを同じにしている（第４図中のステッ
プ１゜Ｏ，１０１）。そこで、第１の０２センサ１６の
出力値ｖＯ□Ｆを取込んでから排ガス遅れ時間Ｔしたけ
遅らせて第２の０□センサ１８の出力値■ＯｔＲを取込
むようにすることで、この排ガス遅れ時間ＴＬにともな
う誤差を吸収することができる。

以下、第５図に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップ２００でカウンタＣ３がＯか否かを判別
する。ここで、カウンタＣ３は第１の０□センサ１６の
出力値■０□Ｆが取込まれてからの時間を計測するもの
である。また、このカウンタＣ３は第２の０□センサ１
８の出力値■０、Ｒが取込まれるとリセットされる。カ
ウンタＣ３が０でない場合はステップ２０１へ進む。ま
た、カウンタＣ３が０、即ち前回の制御タイミングで第
２のＯｘセンサ１８の出力［ＶＯ，Ｒが取込まれた場合
はステップ１００へ進む。このステップ１００では前記
実施例と同様に第１の０２センサ１６の出力値■０□Ｆ
を取込み、ステップ２０１へ進む。ステップ２０１でカ
ウンタＣ３をインクリメント（Ｃ３→Ｃ３＋１）する。

続くステップ２０２でカウンタＣ３が所定値か否かを判
別する。ここで、所定値は排ガス遅れ時間ＴＬに対応す
るものである。カウンタＣ３が所定値でない、即ちまだ
第１のＯｘセンサの出力値ＶＯ□Ｆが取込まれてから排
ガス遅れ時間ＴＬが経過していない場合は、本ルーチン
を終了する。またステップ２０２においてカウンタＣ３
が所定値、即ち第１の０２センサの出力値■０□Ｆが取
込まれてから排ガス遅れ時間ＴＬが経過した場合は、ス
テップ１０１へ進み、前記実施例と同様に第２の０２セ
ンサ１８の出力値■０□Ｒを取込む。ステップ２０３で
前述した様にカウンタＣ３をリセット（Ｃ３→Ｃ３＋１
）する。以下の制御は、前記実施例の第４図中のステッ
プ１０２以下と同様であるため説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、第１．第２の酸素
センサの出力値に基づいて算出された相関係数に応じて
触媒の劣化が検出される。相関係数と触媒の浄化率との
特性は、低浄化率においても十分な分解能力を有してい
る。したがって、触媒の劣化を精度よく検出することが
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明を適
用した一実施例の構成図、第３図は浄化率の特性図、第
４図は前記実施例の作動説明に供するフローチャート、
第５図は他の実施例の作動説明に供するフローチャート
である。 １５・・・三元触媒、１６・・・第１の０□センサ、１
８・・・第２のＯｘセンサ、１９・・・アラーム、２０
・・・ＥＣＵ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に配設され、排ガスを浄化する
   ための触媒と、 この触媒の上・下流にそれぞれ配設され、空燃比が理論
   空燃比に対してリッチかリーンかを検出する第１、第２
   の酸素センサと、 前記第１、第２の酸素センサの出力値に基づいて、これ
   らの出力値の相関係数を算出する相関係数算出手段と、 前記相関係数に応じて前記触媒の劣化を検出する劣化検
   出手段と を備えることを特徴とする触媒の劣化検出装置。
2. （２）前記相関係数算出手段は、 前記相関係数ｒを前記第１、第２の酸素センサの出力値
   ｘｉ、ｙｉに応じて、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （＠ｘ＠、＠ｙ＠は出力値ｘｉ、ｙｉの平均値）の式に
   より算出することを特徴とする請求項（１）記載の触媒
   の劣化検出装置。