排氣淨化裝置的診斷裝置的製作方法
2023-05-22 01:39:51 1
專利名稱：排氣淨化裝置的診斷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及排氣淨化裝置的診斷裝置，尤其提供一種在催化劑下遊側 的空燃比檢測機構劣化時也能夠診斷催化劑劣化的排氣淨化裝置的診斷 裝置。
背景技術：
以往，排氣淨化裝置的診斷裝置大多根據安裝在催化劑上遊側的空燃 比檢測機構的檢測信息、與安裝在催化劑下遊側的空燃比檢測機構的檢測 信息的關係，來判定催化劑的劣化狀態。例如，公知有一種利用催化劑上 遊的空燃比檢測機構的檢測信息、和催化劑下遊側的空燃比檢測機構的檢 測信息，來運算互相關函數和自相關函數的比率，根據該比率對催化劑的 劣化狀態進行判定的技術(例如參照專利文獻1)。其中，將催化劑上遊 的空燃比檢測機構的檢測信息與催化劑下遊的空燃比檢測機構的檢測信 息的周期比、或規定期間的變動次數比等設為催化劑劣化指標。特開平5 — 171924號公報
但是，在專利文獻l記載的技術中，當安裝於催化劑下遊的空燃比檢 測機構發生響應劣化時，由於和催化劑的劣化狀態無關，催化劑下遊的空 燃比不與催化劑上遊的空燃比相似，所以，催化劑劣化指標不會成為表示 劣化狀態的值，存在著無法將劣化催化劑判定為劣化狀態的問題。對於排 氣淨化裝置的診斷裝置而言，當所使用的檢測機構發生異常時，可以禁止 診斷，但這裡作為對象的催化劑下遊的空燃比檢測機構的響應劣化，雖然 發生了劣化，也不向操縱者發出警告。因此，雖然排氣淨化裝置的診斷為 能夠執行，但存在著無法將劣化催化劑判定為劣化的可能性。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種在催化劑下遊的空燃比檢測機構發生響應劣化時，也能夠進行催化劑的劣化診斷的排氣淨化裝置的診斷裝置。
(1) 為了實現上述目的，本發明涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置， 具有檢測內燃機的廢氣中的空燃比，被應用在具有按照將廢氣中的空燃 比保持為規定值的方式調整燃料噴射量的空燃比控制裝置的內燃機中，並 安裝在催化劑上遊的空燃比檢測機構；安裝在催化劑下遊的空燃比檢測機 構；和根據該催化劑上遊的空燃比檢測機構和該催化劑下遊的空燃比檢測 機構的關係，檢測催化劑的劣化度的催化劑劣化度檢測機構；其特徵在於， 具備根據所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的下降響應指標、與所述催 化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標的比率即下降響應比，或所述 催化劑上遊的空燃比檢測機構的上升響應指標、與所述催化劑下遊的空燃 比檢測機構的上升響應指標的比率即上升響應比，對由所述催化劑劣化度 檢測機構檢測出的催化劑的劣化度進行修正的催化劑劣化度修正機構；和 根據該催化劑劣化度修正機構的信息，判定催化劑為劣化狀態的催化劑劣 化判定機構。
根據該構成，即使在催化劑下遊的空燃比檢測機構發生響應劣化時， 也能夠進行催化劑的劣化診斷。
(2) 在上述(1)中，優選還具備對所述催化劑上遊的空燃比檢測 機構的下降響應指標進行檢測的催化劑上遊空燃比下降響應指標檢測機 構；對所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標進行檢測的催化 劑下遊空燃比下降響應指標檢測機構；空燃比下降響應比檢測機構，其運 算由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的下降響應指標檢測機構檢測的 下降響應指標、與由該催化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標檢測 機構檢測的下降響應指標的比率；對所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的 上升響應指標進行檢測的催化劑上遊空燃比上升響應指標檢測機構；對所 述催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標進行檢測的催化劑下遊 空燃比上升響應指標檢測機構；和空燃比上升響應比檢測機構，其運算由 所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的上升響應指標檢測機構檢測的上升 響應指標、與由該催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標檢測機構 檢測的上升響應指標的比率。
(3) 優選在上述(1)中，所述催化劑劣化度檢測機構將所述催化劑上遊的空燃比檢測機構和所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的互相關函 數與自相關函數之比，作為催化劑劣化指標。
(4) 優選在上述(2)中，所述催化劑上遊空燃比下降響應指標檢測 機構對由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分， 在該微分值為負的情況下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑 上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值 的平方進行積分，來運算所述催化劑上遊的空燃比下降響應指標。
(5) 優選在上述(2)中，所述催化劑下遊空燃比下降響應指標檢測 機構對由所述催化劑下遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分， 在該微分值為負的情況下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑 上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值 的平方進行積分，來運算所述催化劑下遊的空燃比下降響應指標。
(6) 優選在上述(2)中，所述催化劑上遊空燃比上升響應指標檢測 機構對由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分， 在該微分值為正的情況下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑 上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值 的平方進行積分，來運算所述催化劑上遊的空燃比上升響應指標。
(7) 優選在上述(2)中，所述催化劑下遊空燃比上升響應指標檢測 機構對由所述催化劑下遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分， 在該微分值為正的情況下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑 上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值 的平方進行積分，來運算所述催化劑下遊的空燃比上升響應指標。
(8) 優選在上述(1)中，所述催化劑劣化度修正機構根據所述下降 響應比，利用記述函數運算下降修正值，通過對所述催化劑劣化指標乘以 該下降修正值，來運算最終劣化指標，並根據所述上升響應比，利用記述 函數運算上升修正值，通過對所述催化劑劣化指標乘以該上升修正值，來 運算最終劣化指標，所述催化劑劣化判定機構通過將所述最終催化劑劣化 指標與判定值進行比較，判定為催化劑發生了劣化。
(9) 優選在上述(1)中，具備根據運轉的各條件來允許催化劑的劣 化判定的催化劑劣化判定許可機構，當內燃機的轉速在規定範圍內、負載在規定範圍內、車速為規定值以上、水溫為規定值以上、空燃比反饋控制 中、催化劑為充分活化的狀態下，所使用的傳感器類全都正常時，該催化 劑劣化判定許可機構判定為催化劑劣化判定許可成立。
根據本發明，即使催化劑下遊的空燃比檢測機構發生響應劣化時，也 能夠進行催化劑的劣化診斷。
圖1是對搭載了本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷 裝置的內燃機系統的構成進行說明的圖。
圖2是表示本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置 的構成的框圖。
圖3是催化劑下遊的空燃比傳感器的響應正常時，催化劑劣化時的催' 化劑上遊空燃比傳感器輸出電壓、與催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓的 說明圖。
圖4是催化劑下遊的空燃比傳感器的響應劣化時，催化劑劣化時的催 化劑上遊空燃比傳感器輸出電壓、與催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓的 說明圖。
圖5是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使
用的催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構、及催化劑下遊側空燃比 下降響應指標檢測機構檢測出的空燃比傳感器的下降響應指標的說明圖。
圖6是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使 用的催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構、及催化劑下遊側空燃比 上升響應指標檢測機構檢測出的空燃比傳感器的下降響應指標的說明圖。
圖7是本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使用 的空燃比下降響應指標與下降響應時間常數的關係的說明圖。
圖8是本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使用 的空燃比上升響應指標、與上升響應時間常數的關係的說明圖。
圖9是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的空 燃比下降響應比檢測機構檢測的下降響應比的說明圖。
圖10是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的空燃比上升響應比檢測機構檢測的上升響應比的說明圖。
圖11是本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中
的下降響應指標與催化劑劣化指標的關係的說明圖。
圖12是本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的
催化劑劣化度修正機構中使用的下降修正值的說明圖。
圖13是通過本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝
置的催化劑劣化度修正機構實現的修正結果的說明圖。
圖14是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置
的催化劑劣化判定許可機構的處理內容進行表示的流程圖。
圖15是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置 的催化劑上遊側空燃比檢測機構及催化劑下遊側空燃比檢測機構的處理 內容進行表示的流程圖。
圖16是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置 的處理內容進行表示的流程圖。
圖中101—催化劑上遊側空燃比檢測機構，102—催化劑下遊側空燃 比檢測機構，103 —催化劑劣化判定許可機構，104 —催化劑劣化度檢測機 構，105 —催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構，106—催化劑下遊 側空燃比下降響應指標檢測機構，107 —空燃比下降響應比檢測機構，108 一催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構，109 —催化劑下遊側空燃 比上升響應指標檢測機構，IIO —空燃比上升響應比檢測機構，lll一催化 劑劣化度修正機構，112 —催化劑劣化判定機構，200 —空氣過濾器(air cleaner) ， 201 —點火裝置，202 —燃料噴射裝置，203 —轉速檢測裝置， 204—流量檢測裝置，205—催化劑上遊側空燃比檢測裝置，206—催化解， 207—內燃機控制裝置，208—板或環形齒輪，209—燃料箱，210—燃料泵， 211—壓力調節器，212—燃料管，213 —節流閥，214 —汽缸，2115 —催化 劑下遊側空燃比檢測裝置。
具體實施例方式
下面，利用圖1 圖18，對本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝 置的診斷裝置的構成及動作進行說明。首先，利用圖1，對搭載有本實施方式的排氣淨化裝置的診斷裝置的 內燃機系統的構成進行說明。
圖1用於對搭載有本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診 斷裝置的內燃機系統的構成進行說明。
內燃機系統由內燃機、吸氣系統和排氣系統構成。內燃機中安裝有點
火裝置201、燃料噴射裝置202及轉速檢測裝置203。從空氣過濾器200 流入的空氣在被節流閥213調節了流量之後，由流量檢測機構204計測流 量，與從燃料噴射裝置202以規定的角度噴射的燃料混合，被供給到各汽 缸214中。另外，在排氣系統中安裝有空燃比傳感器205和三元催化劑206。 廢氣被三元催化劑206淨化後，排出到大氣中。
內燃機控制裝置207從模擬輸入機構讀入流量檢測機構204的輸出信 號Qa，利用轉速檢測機構203從數字輸入機構讀入環狀齒輪或板208的 轉速Ne，根據ROM中預先存儲的控制程序，在MPU中計算燃料噴射量 Ti，藉助輸出電路控制燃料噴射裝置202的噴射量。而且，內燃機控制裝 置207從催化劑上遊的空燃比傳感器205由模擬輸入機構取得內燃機內的 空燃比，按照內燃機內的空燃比成為理論空燃比的方式，根據ROM中預 先存儲的控制程序，在MPU中進行對燃料噴射量Ti實施修正的空燃比反 饋控制。並且，通過空燃比傳感器215檢測催化劑下遊的空燃比，由模擬 輸入機構將其讀入。內燃機控制裝置207基於催化劑上遊的空燃比傳感器 205的輸出、催化劑下遊的空燃比傳感器215的輸出，根據ROM中預先 存儲的診斷程序，在MPU中診斷三元催化劑206的劣化。作為排氣淨化 裝置的診斷裝置的、對催化劑的劣化進行檢測的機構，被安裝在內燃機控 制裝置207的內部。
另一方面，燃料箱209內的燃料被燃料泵210吸引、加壓後，通過具 備壓力調節器211的燃料管212而導到燃料噴射裝置202的燃料入口，其 餘的燃料返回到燃料箱209。
接著，利用圖2對本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的構成 進行說明。
圖2是表示本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 構成的框圖。
10本實施方式的排氣淨化裝置的診斷裝置，被安裝在圖1所示的內燃機
控制裝置207的內部，其模塊結構如圖2所示。
利用催化劑上遊側空燃比檢測機構101檢測催化劑上遊的空燃比，利 用催化劑下遊側空燃比檢測機構102檢測催化劑下遊側的空燃比。如果由 催化劑劣化判定許可機構103判定為催化劑劣化判定可能狀態，則利用催 化劑劣化度檢測機構104檢測催化劑的劣化度。催化劑劣化度檢測機構 104以根據催化劑上遊的空燃比和催化劑下遊的空燃比運算的互相關函數 和自相關函數之比、或空燃比變動的周期比、空燃比變動的次數比等為催 化劑劣化指標，來檢測催化劑的劣化度。
另一方面，利用催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構105檢測 催化劑上遊的空燃比下降響應指標，利用催化劑下遊側空燃比下降響應指 標檢測機構106檢測催化劑下遊的空燃比下降響應指標。利用空燃比下降 響應比檢測機構107運算下降響應比。利用催化劑上遊側空燃比上升響應 指標檢測機構108檢測催化劑上遊的空燃比上升響應指標，利用催化劑下 遊側空燃比上升響應指標檢測機構109檢測催化劑下遊的空燃比上升響應 指標。利用空燃比上升響應比檢測機構110運算上升響應比。由催化劑劣 化度修正機構lll根據下降響應比和上升響應比、利用記述函數，運算修 正值，通過將其乘以催化劑劣化指標，來運算最終劣化指標。利用催化劑 劣化判定機構112比較最終催化劑劣化指標和規定值，來判定催化劑的劣 化。
另外，利用圖3及以後的附圖對催化劑劣化診斷的具體判定內容進行 說明。
下面，利用圖3 圖18，對本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝 置的診斷裝置的動作進行說明。
首先，利用圖3及圖4，對由本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷 裝置中使用的催化劑上遊側空燃比檢測機構101和催化劑下遊側空燃比檢 測機構102檢測的催化劑劣化時的催化劑上遊空燃比傳感器輸出電壓、和 催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓進行說明。
圖3是催化劑下遊的空燃比傳感器的響應正常時，催化劑劣化時的催 化劑上遊空燃比傳感器輸出電壓、與催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓的說明圖。圖4是催化劑下遊的空燃比傳感器的響應劣化時，催化劑劣化時 的催化劑上遊空燃比傳感器輸出電壓、與催化劑下遊空燃比傳感器輸出電 壓的說明圖。
在圖3中，設催化劑下遊的空燃比傳感器(圖2的205)的響應正常。 當催化劑劣化時，由圖2的催化劑下遊側空燃比檢測機構102檢測的催化 劑下遊的空燃比傳感器的輸出電壓(圖3 (B))，與由圖2的催化劑上 遊側空燃比檢測機構101檢測的催化劑上遊的空燃比傳感器的輸出電壓
(圖3 (A))類似，催化劑劣化指標(互相關函數與自相關函數之比、 空燃比變動的周期比、空燃比變動的次數比等)成為表示劣化狀態的值， 由此可判定劣化催化劑。
另一方面，在圖4中，設催化劑下遊的空燃比傳感器(圖2的205) 的響應發生劣化。由圖2的催化劑下遊側空燃比檢測機構102檢測的催化 劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓，與催化劑發生劣化無關，基於下降響應 延遲(圖4 (B))或上升響應延遲(圖4 (C))，而變得與由圖2的催 化劑上遊側空燃比檢測機構101檢測的催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電 壓(圖4 (A))不類似。因此，催化劑劣化指標不會成為表示劣化狀態 的值，而無法判定為劣化催化劑。本實施方式的目的在於解決該課題。
接著，利用圖5，對由本實施方式的排氣淨化裝置的診斷裝置中使用 的催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構105及催化劑上遊側空燃比 上升響應指標檢測機構108檢測的空燃比傳感器的下降響應指標進行說 明。
圖5是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使 用的催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構、及催化劑下遊側空燃比 下降響應指標檢測機構檢測出的空燃比傳感器的下降響應指標的說明圖。
圖2所示的催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構105及催化劑 下遊側空燃比下降響應指標檢測機構106,對空燃比傳感器的輸出電壓(圖 5 (A))進行微分(差分)，計算出圖5 (B)所示的空燃比傳感器輸出 電壓微分值。接著，對於該微分值，將空燃比傳感器輸出電壓的一周期設 為積分(積分運算)期間，如果微分值為負，則對微分值的平方進行積分 (積分運算)，計算出圖5 (C)所示的空燃比傳感器輸出電壓微分值的平方積分值。對於一周期的積分期間而言，例如若將空燃比傳感器的輸出
電壓的平均值設為0.5V，則空燃比傳感器的輸出電壓從小於0.5V的值開 始緩慢增加，將成為0.5V的時刻設為積分開始時期。另外，圖5 (C)所 示的微分值的平方積分值相當於圖5 (B)中的微分值為負的區域的面積 (陰影區域)。而且，將圖5 (C)所示的微分值的平方積分值的最終值 設為圖5 (D)所示的下降響應指標。
接著，利用圖6，對由本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中 使用的催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構108、及催化劑下遊側 空燃比上升響應指標檢測機構109檢測的空燃比傳感器的下降響應指標進 行說明。
圖6是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使 用的催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構、及催化劑下遊側空燃比 上升響應指標檢測機構檢測出的空燃比傳感器的下降響應指標的說明圖。
圖2所示的催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構108及催化劑 下遊側空燃比上升響應指標檢測機構109，對空燃比傳感器的輸出電壓(圖 6 (A))進行微分(差分)，計算出圖6 (B)所示的空燃比傳感器輸出 電壓微分值。接著，對於該微分值，將空燃比傳感器輸出電壓的一周期設 為積分(積分運算)期間，如果微分值為正，則對微分值的平方進行積分 (積分運算)，計算出圖6 (C)所示的空燃比傳感器輸出電壓微分值的 平方積分值。對於一周期的積分期間而言，例如若將空燃比傳感器的輸出 電壓的平均值設為0.5V,則空燃比傳感器的輸出電壓從大於0.5V的值開 始緩慢減少，將成為0.5V的時刻設為積分開始時期。另外，圖6 (C)所 示的微分值的平方積分值相當於圖6 (B)中的微分值為正的區域的面積 (陰影區域)。而且，將圖6 (C)所示的微分值的平方積分值的最終值 設為圖6 (D)所示的上升響應指標。
接著，利用圖7，對本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使 用的空燃比下降響應指標、與下降響應時間常數的關係進行說明。
圖7是本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使用 的空燃比下降響應指標、與下降響應時間常數的關係的說明圖。
如圖7所示，下降響應指標與下降響應時間常數成反比例的關係，可以根據下降響應指標檢測下降響應時間常數。
接著，利用圖8，對本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使 用的空燃比上升響應指標、與上升響應時間常數的關係進行說明。
圖8是本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中使用 的空燃比上升響應指標、與上升響應時間常數的關係的說明圖。
如圖8所示，上升響應指標與上升響應時間常數成反比例的關係，可 以根據上升響應指標檢測上升響應時間常數。
對於由圖2所示的催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構105、 或催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構108進行的催化劑上遊的空 燃比傳感器響應指標的運算而言，由於燃料噴射控制參照催化劑上遊的空 燃比傳感器輸出電壓，執行了反饋控制，所以，催化劑上遊的空燃比傳感 器輸出電壓將周期變動，能夠切實地決定積分(積分運算)期間。
另一方面，由催化劑下遊側空燃比下降響應指標檢測機構106、或催 化劑下遊側空燃比上升響應指標檢測機構109進行的催化劑下遊的空燃比 傳感器響應指標的運算中，在參照催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓， 執行反饋控制的燃料噴射控制中，不像催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電 壓那樣，催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓不周期變動。因此，在催化 劑下遊的空燃比傳感器響應指標的運算中，使積分(積分運算)期間與催 化劑上遊的空燃比傳感器響應指標的運算相同。通過將催化劑下遊的空燃 比傳感器響應指標運算的積分(積分運算)期間設為與催化劑下遊的空燃 比傳感器響應指標運算相同的期間，每當積分運算期間結束時，都運算下 降響應比、上升響應比。
下面，在公式(1)、公式(2)中表示下降響應比、上升響應比的運 算式。
下降響應比=催化劑上遊空燃比傳感器下降響應指標/催化劑下遊空 燃比傳感器下降響應指標…(1)
上升響應比=催化劑上遊空燃比傳感器上升響應指標/催化劑下遊空 燃比傳感器上升響應指標…(2)
由於在劣化催化劑的情況下，催化劑下遊的空燃比傳感器的下降響應 指標和上升響應指標不受催化劑的影響，所以，運算出的下降響應比、上升響應比能夠檢測出正確的值。另一方面，由於在沒有發生劣化的催化劑 (正常的催化劑)的情況下，催化劑後的空燃比的變化自身因催化劑作用 的影響而變得緩慢，所以，催化劑下遊的空燃比傳感器的下降響應指標和 上升響應指標不會純粹地檢測出催化劑下遊的空燃比傳感器的響應時間 常數，該情況下，由於表面上催化劑下遊的空燃比傳感器的響應指標被運 算得非常小，所以，與劣化催化劑的情況相比，響應比顯著增大。
換言之，在響應比顯著增大的情況下，催化劑不是劣化狀態，可判定 為正常狀態。在這種情況下，由於不需要催化劑劣化指標的修正，所以不 進行修正。
另外，即使在催化劑下遊的空燃比傳感器的響應性劣化時，響應比也 會大幅增大，但這樣的劣化傳感器可以通過傳感器自身的響應性診斷來進 行劣化判定。該情況下，由於無法正確執行催化劑診斷，所以，在催化劑 診斷的判定許可機構中，當傳感器劣化判定時禁止催化劑診斷。催化劑下 遊的空燃比傳感器的響應性診斷可利用從以往就開始使用的基於燃料耗 盡或燃料增量時的響應時間的判定。
接著，利用圖9，對由本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 空燃比下降響應比檢測機構107檢測的下降響應比進行說明。
圖9是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的空 燃比下降響應比檢測機構檢測的下降響應比的說明圖。
圖9中，橫軸表示時間。圖9 (A)的縱軸表示催化劑上遊空燃比傳 感器輸出電壓，圖9 (B)的縱軸表示催化劑上遊空燃比傳感器上升響應 指標。圖9 (C)的縱軸表示催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓，圖9 (D) 的縱軸表示催化劑下遊空燃比傳感器上升響應指標。圖9 (E)的縱軸表 示下降響應比。而圖10的縱軸、橫軸也與圖9同樣。
圖9 (a)表示了劣化催化劑的情況下的催化劑上遊空燃比傳感器輸出 電壓(圖9 (A))、催化劑上遊空燃比傳感器上升響應指標(圖9 (B))、 催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓(圖9 (C))、催化劑下遊空燃比傳 感器上升響應指標(圖9 (D))、下降響應比(圖9 (E))。
而且，在圖9中，時刻tl之前是沒有催化劑下遊空燃比傳感器的下降 響應劣化的情況，時刻tl以後是有催化劑下遊空燃比傳感器的下降響應劣化的情況。
如果在劣化催化劑的情況下沒有下降響應劣化，則下降響應比大致表 示1.0的值。但是，如果發生下降響應劣化，則下降響應比成為1.0以上 的值。
圖9 (b)表示了沒有劣化催化劑的正常催化劑時的催化劑上遊空燃比 傳感器輸出電壓、催化劑上遊空燃比傳感器上升響應指標、催化劑下遊空 燃比傳感器輸出電壓、催化劑下遊空燃比傳感器上升響應指標、下降響應 比。
並且，在圖9 (b)中是沒有催化劑下遊空燃比傳感器的下降響應劣化
的情況。
在沒有發生劣化的正常催化劑的情況下，下降響應比成為非常大的 值。基於上述的理由，不會在下降響應比為規定值以上執行下降響應比修
正。另外，在下降響應比為1.0附近的情況下，由於催化劑上遊的空燃比
傳感器上升響應指標與催化劑上遊的空燃比傳感器下降響應指標相同，所 以，意味著催化劑處於劣化狀態。這種情況也不需要執行下降響應比修正。
因此，基於圖2所示的催化劑劣化度修正機構U1的下降響應比修正，僅 在下降響應比位於規定範圍內時執行修正。
接著，利用圖10，對由本實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 空燃比上升響應比檢測機構110檢測的上升響應比進行說明。
圖10是由本發明的一個實施方式涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 空燃比上升響應比檢測機構檢測的上升響應比的說明圖。
在圖10中，橫軸表示時間。圖10 (A)的縱軸表示催化劑上遊空燃 比傳感器輸出電壓，圖10 (B)的縱軸表示催化劑上遊空燃比傳感器上升 響應指標。圖10 (C)的縱軸表示催化劑下遊空燃比傳感器輸出電壓，圖 10 (D)的縱軸表示催化劑下遊空燃比傳感器上升響應指標。圖10 (E) 的縱軸表示下降響應比。
圖10 (a)表示了劣化催化劑的情況下的催化劑上遊空燃比傳感器輸 出電壓、催化劑上遊空燃比傳感器上升響應指標、催化劑下遊空燃比傳感 器輸出電壓、催化劑下遊空燃比傳感器上升響應指標、下降響應指標。
並且，在圖IO (a)中，時刻tl之前是沒有催化劑下遊空燃比傳感器的上升響應劣化的情況，時刻tl之後是有催化劑下遊空燃比傳感器的上升 響應劣化的情況。
如果在劣化催化劑的情況下沒有上升響應劣化，則上升響應比大致表 示1.0的值。但是，如果發生上升響應劣化，則上升響應比成為1.0以上 的值。
圖10 (b)表示了沒有劣化催化劑的正常催化劑時的催化劑上遊空燃 比傳感器輸出電壓、催化劑上遊空燃比上升響應指標、催化劑下遊空燃比 傳感器輸出電壓、催化劑下遊空燃比傳感器上升響應指標、下降響應比。
並且，在圖12中是沒有催化劑下遊空燃比傳感器的上升響應劣化的情況。
在沒有發生劣化的正常催化劑的情況下，上升響應比成為非常大的 值。基於上述的理由，不會在上升響應比為規定值以上執行上升響應比修
正。另外，在上升響應比為1.0附近的情況下，由於催化劑上遊的空燃比 傳感器上升響應指標與催化劑上遊的空燃比傳感器下降響應指標相同，所 以，意味著催化劑處於劣化狀態。這種情況也不需要執行上升響應比修正。 因此，基於圖2所示的催化劑劣化度修正機構111進行的上升響應比修正， 僅在上升響應比位於規定範圍內時執行修正。
接著，利用圖11，對本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中 的下降響應指標與催化劑劣化指標的關係進行說明。
圖11是本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置中 的下降響應指標與催化劑劣化指標的關係的說明圖。
圖11表示了實際測定的實驗數據。實驗是下降響應修正的實驗，催 化劑利用了新的催化劑和劣化催化劑。如果將催化劑下遊的空燃比傳感器 的下降時間常數設為0ms 2000ms，則在新的催化劑的情況下，下降響應 比在250 1400之間變動，
催化劑劣化指標(互相關函數/自相關函數)在0.0039 0.0234之間變動。
另外，在劣化催化劑的情況下，下降響應比在9 100之間變動，催 化劑劣化指標(互相關函數/自相關函數)在0.20 0.70之間變動。
劣化催化劑需要進行劣化催化劑的判定，在本實例中，如果催化劑劣
17化指標為0.5以上，則判定為劣化催化劑。如果催化劑下遊的空燃比傳感
器下降時間常數為500ms以上，則如本申請的課題中敘述那樣，催化劑劣 化指標為0.5以下，無法判定為劣化催化劑。
鑑於此，在下降響應比為10 100之間的情況下，利用催化劑劣化度 修正值機構lll來修正催化劑劣化指標。基於上述的理由，當下降響應比 在規定範圍內時，修正催化劑劣化指標。
接著，利用圖12，對本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 催化劑劣化度修正機構111中使用的下降修正值進行說明。
圖12是本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 催化劑劣化度修正機構中使用的下降修正值的說明圖。
催化劑劣化度修正機構111預先存儲有圖12 (A) 、 (B)所示的下 降修正值，作為位圖、表等記述函數。而且，催化劑劣化度修正機構111 通過根據由空燃比下降響應比檢測機構107檢測出的空燃比下降響應比， 對上述的記述函數進行插補運算，來計算出下降修正值。並且，催化劑劣 化度修正機構111通過對由催化劑劣化度檢測機構104檢測出的催化劑劣 化指標，乘以計算出的下降修正值，來執行修正。本實例中，下降響應比 為100，是大約3倍修正催化劑劣化指標的下降修正值。
接著，利用圖13，對通過本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝 置的催化劑劣化度修正機構111實現的修正結果進行說明。
圖13是通過本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝 置的催化劑劣化度修正機構實現的修正結果的說明圖。
在圖13中，橫軸表示催化劑下遊空燃比傳感器下降時間常數(ms)， 縱軸表示由催化劑劣化度修正機構111修正後的最終催化劑劣化指標。
如果在執行下降響應比修正的前後進行比較，則如果修正前催化劑下 遊的空燃比傳感器下降時間常數為500ms以上，則無法將劣化催化劑判定 為劣化狀態的催化劑。與之相對，通過利用催化劑劣化度修正機構lll進 行修正，則與催化劑下遊的空燃比傳感器下降時間常數無關，催化劑劣化 指標成為0.5以上的值，能夠將劣化催化劑判定為劣化狀態的催化劑。
另外，對於上升響應比修正也是同樣的結果。
接著，利用圖14，對本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的催化劑劣化判定許可機構103的診斷區域判定處理的內容進行說明。
圖14是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置
的催化劑劣化判定許可機構的處理內容進行表示的流程圖。
在步驟1401中，催化劑劣化判定許可機構103檢查內燃機的轉速是 否在規定範圍內。
接著，在步驟1402中，催化劑劣化判定許可機構103檢査內燃機的 負載是否在規定範圍內。在步驟1403中，催化劑劣化判定許可機構103 檢查車速是否是規定值以上。在步驟1404中，催化劑劣化判定許可機構 103檢査水溫是否是規定值以上。
接著，在步驟1405中，催化劑劣化判定許可機構103檢查內燃機是 否處於空燃比控制反饋之中。在步驟1406中，催化劑劣化判定許可機構 103檢查催化劑是否是活性狀態。在步驟1407中，催化劑劣化判定許可機 構103檢查所使用的傳感器是否全部正常。
然後，在步驟1408中，如果步驟1401 步驟1407的條件全部成立， 則催化劑劣化判定許可機構103判定為在診斷區域內。
另外，即使步驟1401 步驟1407中的一個條件不滿足，在步驟1409 中，催化劑劣化判定許可機構103也判定為在診斷區域外。
接著，利用圖15，對本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 催化劑上遊側空燃比檢測機構101及催化劑下遊側空燃比檢測機構102的 處理內容進行說明。
圖15是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置 的催化劑上遊側空燃比檢測機構及催化劑下遊側空燃比檢測機構的處理 內容進行表示的流程圖。
圖15是空燃比傳感器輸出電壓的取入處理，在步驟1501中，催化劑 上遊側空燃比檢測機構101檢測催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓。
接著，在步驟1502中，催化劑下遊側空燃比檢測機構102檢測催化 劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓。
然後，利用圖16，對本實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的 處理內容進行說明。
圖16是對本發明的一個實施方式所涉及的排氣淨化裝置的診斷裝置的處理內容進行表示的流程圖。
在步驟1601中，催化劑劣化判定許可機構103檢査是否是診斷區域
內。如果是診斷區域內，則執行步驟1602以後的處理。如果在步驟1601 中為診斷區域外，則不進行處理。下面，對診斷區域內的處理進行說明。 在步驟1602中，催化劑劣化度檢測機構104運算催化劑劣化指標。 催化劑劣化指標根據催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓、催化劑下遊的 空燃比傳感器輸出電壓的互相關函數與自相關函數的比率來運算。而且， 還能夠根據催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓與催化劑下遊的空燃比 傳感器輸出電壓的周期比、或規定期間的變動次數比來運算催化劑劣化指 標。
接著，在步驟1603中，催化劑上遊側空燃比下降響應指標檢測機構 105運算催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指標，在步驟 1604中，催化劑下遊側空燃比下降響應指標檢測機構106運算催化劑下遊 的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指標。利用圖5中說明的方法來執行 下降響應指標的運算。
接著，在步驟1605中，空燃比下降響應比檢測機構107根據上述的 公式(1)，運算下降響應比。然後，在步驟1606中，催化劑劣化度修正 機構lll根據下降響應比，使用記述函數等來運算下降修正值。上述的步 驟1603 步驟1606是運算下降修正值的步驟組。
同樣，接下來的步驟1607 步驟1610是運算上升修正值的步驟組。
在步驟1607中，催化劑上遊側空燃比上升響應指標檢測機構108運 算催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標，在步驟1608中， 催化劑下遊側空燃比上升響應指標檢測機構109運算催化劑下遊的空燃比 傳感器輸出電壓的上升響應指標。利用圖6中說明的方法來執行上升響應 指標的運算。
接著，在步驟1609中，空燃比上升響應比檢測機構IIO根據上述的 公式(2),運算上升響應比。在步驟1610中，催化劑劣化度修正機構111 根據上升響應比，使用記述函數等運算上升修正值。
另外，也能夠將運算出的催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降 響應指標、催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指標、催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標、催化劑下遊的空燃比傳感 器輸出電壓的上升響應指標、下降響應比、上升響應比、下降修正值、上 升修正值，存儲到非易失性存儲器、由電池電源支援的存儲器中。
而且，還能夠如下所述，對所存儲的催化劑上遊的空燃比傳感器輸出 電壓的下降響應指標、催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指 標、催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標、催化劑下遊的 空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標、下降響應比、上升響應比、下降 修正值、上升修正值進行學習。即，對存儲器中存儲的催化劑上遊的空燃 比傳感器輸出電壓的下降響應指標、催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓 的下降響應指標、催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標、 催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓的上升響應指標、下降響應比、上升 響應比、下降修正值、上升修正值，與新檢測出的這些值進行比較，當兩 者之差小時，將兩者相加並平均後的值作為新的值重寫到存儲器中。另外， 對存儲器中存儲的催化劑上遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指標、 催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓的下降響應指標、催化劑上遊的空燃 比傳感器輸出電壓的上升響應指標、催化劑下遊的空燃比傳感器輸出電壓 的上升響應指標、下降響應比、上升響應比、下降修正值、上升修正值， 與新檢測出的這些值進行比較，當兩者之差大時，使用存儲器中存儲的值。
接著，在步驟1611中，催化劑劣化度修正機構111將在步驟1602中
檢測出的催化劑劣化指標與判定值進行比較，如果大於判定值，則在步驟
1612中，催化劑劣化判定機構112將催化劑判定為NG。在步驟1611中， 如果催化劑劣化指標為判定值以下，則由於催化劑下遊的空燃比傳感器有 可能發生了響應劣化，所以，催化劑劣化度修正機構111執行步驟1613 的處理。在步驟1613中，催化劑劣化度修正機構111對催化劑劣化指標 乘以下降修正值和上升修正值，作為最終催化劑劣化指標。在步驟1614 中，催化劑劣化判定機構112將運算出的最終催化劑劣化指標與判定值進 行比較，如果大於判定值，則在步驟1612中，催化劑劣化判定機構112 將催化劑判定為NG。在步驟1614中，催化劑劣化判定機構112如果判定 為最終催化劑劣化指標為判定值以下，則在步驟1615中，催化劑劣化判 定機構112將催化劑判定為OK。綜上所述，根據本實施方式，即使在催化劑下遊的空燃比檢測機構發 生了劣化響應的狀態，也能夠可靠地檢測出劣化催化劑。
權利要求
1、一種排氣淨化裝置的診斷裝置，具有檢測內燃機的廢氣中的空燃比，被應用在具有按照將廢氣中的空燃比保持為規定值的方式調整燃料噴射量的空燃比控制裝置的內燃機中，並安裝在催化劑上遊的空燃比檢測機構和安裝在催化劑下遊的空燃比檢測機構；以及根據該催化劑上遊的空燃比檢測機構和該催化劑下遊的空燃比檢測機構的關係，檢測催化劑的劣化度的催化劑劣化度檢測機構；其特徵在於，具備根據所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的下降響應指標、與所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標的比率即下降響應比，或所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的上升響應指標、與所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標的比率即上升響應比，對由所述催化劑劣化度檢測機構檢測出的催化劑的劣化度進行修正的催化劑劣化度修正機構；和根據該催化劑劣化度修正機構的信息，判定催化劑為劣化狀態的催化劑劣化判定機構。
2、 根據權利要求1所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於， 具備對所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的下降響應指標進行檢測的催 化劑上遊空燃比下降響應指標檢測機構；對所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標進行檢測的催 化劑下遊空燃比下降響應指標檢測機構；空燃比下降響應比檢測機構，其運算由所述催化劑上遊的空燃比檢測 機構的下降響應指標檢測機構檢測的下降響應指標、與由該催化劑下遊的 空燃比檢測機構的下降響應指標檢測機構檢測的下降響應指標的比率；對所述催化劑上遊的空燃比檢測機構的上升響應指標進行檢測的催 化劑上遊空燃比上升響應指標檢測機構；對所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標進行檢測的催 化劑下遊空燃比上升響應指標檢測機構；和空燃比上升響應比檢測機構，其運算由所述催化劑上遊的空燃比檢測 機構的上升響應指標檢測機構檢測的上升響應指標、與由該催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標檢測機構檢測的上升響應指標的比率。
3、 根據權利要求l所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於， 所述催化劑劣化度檢測機構將所述催化劑上遊的空燃比檢測機構和所述催化劑下遊的空燃比檢測機構的互相關函數與自相關函數之比，作為 催化劑劣化指標。
4、 根據權利要求2所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於， 所述催化劑上遊空燃比下降響應指標檢測機構對由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分，在該微分值為負的情況 下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構 檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值的平方進行積分，來運 算所述催化劑上遊的空燃比下降響應指標。
5、 根據權利要求2所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於， 所述催化劑下遊空燃比下降響應指標檢測機構對由所述催化劑下遊的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分，在該微分值為負的情況 下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構 檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值的平方進行積分，來運 算所述催化劑下遊的空燃比下降響應指標。
6、 根據權利要求2所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於，所述催化劑上遊空燃比上升響應指標檢測機構對由所述催化劑上遊 的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分，在該微分值為正的情況 下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構 檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值的平方進行積分，來運 算所述催化劑上遊的空燃比上升響應指標。
7、 根據權利要求2所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於，所述催化劑下遊空燃比上升響應指標檢測機構對由所述催化劑下遊 的空燃比檢測機構檢測的空燃比信息進行微分，在該微分值為正的情況 下，將所述微分值平方，通過對根據由所述催化劑上遊的空燃比檢測機構 檢測的空燃比信息運算出的規定期間、所述微分值的平方進行積分，來運 算所述催化劑下遊的空燃比上升響應指標。
8、 根據權利要求l所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於，所述催化劑劣化度修正機構根據所述下降響應比，利用記述函數運算 下降修正值，通過對所述催化劑劣化指標乘以該下降修正值，來運算最終 劣化指標，並根據所述上升響應比，利用記述函數運算上升修正值，通過 對所述催化劑劣化指標乘以該上升修正值，來運算最終劣化指標，所述催 化劑劣化判定機構通過將所述最終催化劑劣化指標與判定值進行比較，判 定為催化劑發生了劣化。
9、根據權利要求1所述的排氣淨化裝置的診斷裝置，其特徵在於， 具備根據運轉的各條件來允許催化劑的劣化判定的催化劑劣化判定 許可機構，當內燃機的轉速在規定範圍內、負載在規定範圍內、車速為規定值以 上、水溫為規定值以上、空燃比反饋控制中、催化劑為充分活化的狀態下， 所使用的傳感器類全都正常時，該催化劑劣化判定許可機構判定為催化劑 劣化判定許可成立。
全文摘要
本發明涉及排氣淨化裝置的診斷裝置。催化劑劣化度檢測機構(104)根據催化劑上遊的空燃比檢測機構(101)與催化劑下遊的空燃比檢測機構(102)的關係檢測催化劑的劣化度。催化劑劣化度修正機構(111)根據催化劑上遊的空燃比檢測機構的下降響應指標與催化劑下遊的空燃比檢測機構的下降響應指標的比率即下降響應比，或催化劑上遊的空燃比檢測機構的上升響應指標與催化劑下遊的空燃比檢測機構的上升響應指標的比率即上升響應比，對由催化劑劣化度檢測機構檢測的催化劑的劣化度進行修正。催化劑劣化判定機構(112)根據催化劑劣化度修正機構的信息判定催化劑處於劣化狀態。由此，即使催化劑下遊的空燃比傳感器處於上升響應劣化的狀態，也能夠可靠地判定劣化催化劑。
文檔編號F01N11/00GK101451461SQ20081018331
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月2日 優先權日2007年12月6日
發明者小田部健一, 水島賢治, 沼田明人, 福地榮作, 鴨志田平吉 申請人:株式會社日立製作所