| 【発明の名称】 |
エンジンの診断装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中川 慎二
【氏名】大須賀 稔
【氏名】石井 俊夫
【氏名】高久 豊
【氏名】加藤木 工三
|
| 【要約】 |
【課題】製造コストが安価であると共に、ハイドロカーボンHC吸着材のHC脱離時に排気を悪化させることなく、HC吸着材の吸着性能を正確に診断することができるエンジンの診断装置を提供する。
【解決手段】排気管に配設されたHC吸着材と、排ガスの広域の空燃比を検出する上流空燃比センサ１２と、排ガスのリッチ若しくはリーンを検出する下流空燃比センサ１３と、制御装置１６と、を備えたエンジンの診断装置であって、制御装置は、HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段３１と、HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段３０と、HC吸着材のHC吸着量を推定する手段２８とを備え、HC吸着量を推定する手段は、HC吸着材の温度がHC脱離温度Ａ以上になって上流空燃比センサの出力値がリーンに補正制御されてから所定値Ｂ以下となる期間、上流空燃比センサの出力値と理論空燃比Ｃとの差に基づいて、推定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 排気管と、該排気管に配設されたハイドロカーボン（HC）吸着材と、該HC吸着材の上流に配設され、排ガスの広域の空燃比を検出する上流空燃比センサと、前記HC吸着材の下流に配設され、排ガスの理論空燃比に対してリッチ若しくはリーンを検出する下流空燃比センサと、制御装置と、を備えたエンジンの診断装置において、前記制御装置は、前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段とを備え、前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段は、前記上流空燃比センサの出力値をリーンに補正制御し、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記HC吸着材の温度が所定値Ａ以上になって前記上流空燃比センサの出力値がリーンに補正制御されてから所定値Ｂ以下となる期間、前記上流空燃比センサの出力値と所定値Ｃとの差に基づいて、前記HC吸着材の吸着性能を推定することを特徴とするエンジンの診断装置。
【請求項２】 前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段は、前記下流空燃比センサの出力値が一定となるように、前記上流空燃比センサの出力値をリーンに補正制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの診断装置。
【請求項３】 前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記上流空燃比センサの出力値と前記所定値Ｃとの差に、エンジンの流入空気量を乗じた値を所定期間積分した値から前記HC吸着材の吸着性能を推定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの診断装置。
【請求項４】 排気管と、該排気管に配設されたハイドロカーボン（HC）吸着材と、該HC吸着材の下流に配設され、排ガスの広域の空燃比を検出する下流空燃比センサ又は排ガスの理論空燃比に対してリッチ若しくはリーンを検出する下流空燃比センサと、制御装置と、を備えたエンジンの診断装置において、前記制御装置は、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段とを備え、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段は、エンジン燃焼室に供給される燃料量若しくは空気量の空燃比制御の補正量をリーンに補正制御し、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記HC吸着材の温度が所定値Ａ以上になって前記空燃比制御の補正量がリーンに補正制御されてから所定値Ｅ以下となる期間、前記空燃比制御の補正量と所定値Ｇとの差に基づいて、前記HC吸着材の吸着性能を推定することを特徴とするエンジンの診断装置。
【請求項５】 前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段は、前記下流空燃比センサの出力値が一定となるように、前記空燃比制御の補正量をリーンに補正制御することを特徴とする請求項４記載のエンジンの診断装置。
【請求項６】 前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段は、前記HC吸着材の温度を計測若しくは推定する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの診断装置。
【請求項７】 前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記下流空燃比センサの出力値がリッチ状態で所定期間継続した場合には、前記HC吸着材の吸着性能の推定を開始することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンジンの診断装置。
【請求項８】 前記HC吸着材の下流には、少なくとも三元触媒又は窒素酸化物（NOx）触媒を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジンの診断装置。
【請求項９】 前記制御装置は、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段の出力信号に基づいて前記HC吸着材の劣化を判定する手段と、該HC吸着材の劣化を判定する手段の出力信号に基づいて前記HC吸着材の劣化を報知する手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンジンの診断装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの診断装置に係り、特に、排気部にハイドロカーボン吸着材を備えたエンジンの該ハイドロカーボン吸着材の診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の内燃エンジンにおいては、該エンジンの排気管に、該エンジンの燃焼室から排出される排ガスに含有される炭化水素たるハイドロカーボン（HC）及び一酸化炭素（CO）を酸化させ、窒素酸化物（NOx）を還元させる機能を有する三元触媒を設置するのが一般的である。該三元触媒は、排ガスが所定温度以上においては、HC、CO、NOxの浄化機能を発揮するが、該排気ガスが所定温度以下であると、排ガスを十分に浄化することができないという特性を有している。
【０００３】また、一般に、前記排気管に配設されている三元触媒の温度は、エンジンの始動時には外気温に等しく、排ガス温度も低温であるので、該三元触媒が排ガスにより加熱されて、活性化する所定温度以上になるまでの期間は、図１８に示されているように、前記三元触媒による排ガスの浄化性能は著しく低い。この問題を解決するべく図１９に示されるような、低温時はHCを吸着し、所定温度Ｔｄ以上になったときはHCを脱離するHC吸着材を前記排気管に配設して、HC吸着材の下流に設けた三元触媒若しくはHC吸着材と同じ担体に設けた三元触媒で前記脱離したHCを浄化する排気浄化システムが提案されている。
【０００４】ここで、該排気浄化システムにおいては、HC吸着材の吸着性能が何らかの原因で劣化した場合には低温時であってもHCが排出されてしまうため、大幅な排気悪化の原因となることに鑑みて、該HC吸着材の吸着性能の劣化を適宜検出することが要求され、特開平０８−１２１２３２号公報所載の技術が提案されている。
【０００５】該特開平０８−１２１２３２号公報所載の技術は、HC吸着材の性能劣化を検出する手段として、HC吸着材の上下流の排気管に空燃比をリニアに検出する空燃比センサ（A/Fセンサ）を各々配置し、HC脱離時における前記HC吸着材の前記上・下流空燃比センサの各出力を検出し、該検出差から該HC吸着材の性能劣化を検出するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記特開平０８−１２１２３２号公報所載の技術は、リニア空燃比センサを二つ必要とするので、製造コストが高価格になるとの問題を有していると云える。
【０００７】また、前記技術の検出手法は、上流空燃比を理論空燃比に制御し、その時に、下流空燃比が脱離HC分だけリッチ側にシフトすることを利用したものであり、HCはその後浄化されずに排気管から外部に排出されることになる。これは三元触媒の特性による。即ち、三元触媒内では還元剤であるHC、COと酸化剤であるNOxとの間の酸化還元反応により、三成分が効率よく浄化されるものである。従って、三元触媒内の還元剤と酸化剤の量が化学量論的にバランスがとれている状態の理論空燃比であることが、排気最適化の意味合いから望ましいものである。
【０００８】図２０は、空燃比に対する三元触媒の三成分の浄化性能を表したものである。一般的に、エンジンに供給される空気量あるいは燃料量を制御することで、理論空燃比を実現することができる。HC脱離期間中にエンジンに投入される空気と燃料の比を理論空燃比に制御すると、HC吸着材から脱離するHCの分だけ三元触媒内では還元剤過剰、即ちリッチな状態になり、HC、COの排気悪化の原因となる。
【０００９】また、前記特開平０８−１２１２３２号公報所載の技術は、HC吸着材の上・下流各々に、前記リニア空燃比センサ（A/Fセンサ：その出力特性を図２１に示す。）ではなく、理論空燃比に対してリッチかリーンかを検出する空燃比センサ（O2センサ：その出力特性を図２２に示す。）を備え、前記上流空燃比センサの出力に応じて補正するフィードバック補正量と前記下流空燃比センサに応じて該フィードバック補正量を修正する修正量を演算する手段とを有し、HC脱離時には、該修正量からHC吸着量に基づいて演算する手段を有することが提案されているが、この手段では、補正量から間接的にHC吸着量を推定するため、精度上の問題があると云える。
【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造コストが安価であると共に、HC吸着材のHC脱離時に排気を悪化させることなく、HC吸着材の吸着性能を正確に診断することができるエンジンの診断装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの診断装置は、基本的には、排気管と、該排気管に配設されたハイドロカーボン（HC）吸着材と、該HC吸着材の上流に配設され、排ガスの広域の空燃比を検出する上流空燃比センサと、前記HC吸着材の下流に配設され、排ガスの理論空燃比に対してリッチ若しくはリーンを検出する下流空燃比センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段とを備え、前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段は、前記上流空燃比センサの出力値をリーンに補正制御し、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記HC吸着材の温度が前記HCの脱離温度たる所定値Ａ以上になって前記上流空燃比センサの出力値がリーンに補正制御されてから所定値Ｂ以下となる期間、前記上流空燃比センサの出力値と理論空燃比たる所定値Ｃとの差に基づいて、前記HC吸着材の吸着性能を推定する。そして、前記HC吸着材の上流の空燃比を補正する手段は、前記下流空燃比センサの出力値が一定となるように、前記上流空燃比センサの出力値をリーンに補正制御することを特徴としている。
【００１２】前記の如く構成された本発明のエンジンの診断装置は、前記制御装置は、前記下流空燃比センサの出力値が理論空燃比で一定となるように、前記上流空燃比センサの出力値をリーンに補正制御し、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記HC吸着材の温度が前記HC脱離する脱離温度たる所定値Ａに達した場合には、前記上流空燃比の出力と理論空燃比たる所定値Ｃとの差に基づいて、前記HC吸着材の吸着性能を算出するので、前記HC吸着材の下流の空燃比を理論空燃比に制御して排気を悪化させることなく、前記HC吸着材の吸着性能を診断することができる。
【００１３】また、本発明に係るエンジンの診断装置の具体的態様は、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記上流空燃比センサの出力値と前記所定値Ｃとの差に、エンジンの流入空気量を乗じた値を所定期間積分した値から前記HC吸着材の吸着性能を推定することを特徴としている。
【００１４】更に、本発明に係るエンジンの診断装置は、排気管と、該排気管に配設されたハイドロカーボン（HC）吸着材と、該HC吸着材の下流に配設され、排ガスの広域の空燃比を検出する下流空燃比センサ又は排ガスの理論空燃比に対してリッチ若しくはリーンを検出する下流空燃比センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段と、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段とを備え、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段は、エンジン燃焼室に供給される燃料量若しくは空気量の空燃比制御の補正量をリーンに補正制御し、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記HC吸着材の温度が前記HCの脱離温度たる所定値Ａ以上になって前記空燃比制御の補正量がリーンに補正制御されてから所定値Ｅ以下となる期間、前記空燃比制御の補正量とストイキ相当の燃料噴射量たる所定値Ｇとの差に基づいて、前記HC吸着材の吸着性能を推定する。そして、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段は、前記下流空燃比センサの出力値が一定となるように、前記空燃比制御の補正量をリーンに補正制御することを特徴としている。
【００１５】更に、本発明に係るエンジンの診断装置の他の具体的態様は、前記HC吸着材の下流の空燃比を補正する手段が、前記HC吸着材の温度を計測若しくは推定する手段を備えていること、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段は、前記下流空燃比センサの出力値がリッチ状態で所定期間Ｔ継続した場合には、前記HC吸着材の吸着性能の推定を開始すること、前記HC吸着材の下流には、少なくとも三元触媒又は窒素酸化物（NOx）触媒を備えたこと、又は前記制御装置は、前記HC吸着材のHC吸着量を推定する手段の出力信号に基づいて前記HC吸着材の劣化を判定する手段と、該HC吸着材の劣化を判定する手段の出力信号に基づいて前記HC吸着材の劣化を報知する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係るエンジンの排気装置の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態のエンジンの排気装置を備えたエンジン制御システムの全体構成を示したものである。エンジン１００は、多気筒９…で構成され、その各気筒９に各々吸気管６と排気管１０とが接続されている。
【００１７】前記各気筒９には、点火プラグ８が取り付けられ、前記吸気管６には、燃料噴射弁７が取り付けられていると共に、その上流には、エアクリーナ１及びエアフロセンサ２が取り付けられている一方、スロットル弁３が配置されていると共に、該スロットル弁３をバイパスするＩＳＣ用バイパス通路４が設けられており、該バイパス通路４にはＩＳＣバルブ５が配置されている。
【００１８】また、前記排気管１０には、ハイドロカーボン（HC）吸着材１１が適宜位置に配置され、該HC吸着材１１の下流には、三元触媒１８が配置されている。更に、前記スロットル弁３の配置部位にはスロットル開度センサ１７、前記気筒９の側面には水温センサ１４、クランク軸部９ｂにはクランク角センサ１５、前記HC吸着材１１の上流には上流空燃比センサであるA/Fセンサ１２、及び、前記HC吸着材１１と前記三元触媒１８との間には下流空燃比センサであるO2センサ１３が各々配置されている。前記エンジン１００には、制御装置（コントロールユニット）１６が配置され、該コントロールユニット１６は、前記各センサの信号を入力すると共に、演算処理して前記各操作機器に制御信号を出力している。
【００１９】エンジン１００の外部からの空気は、エアクリーナ１を通過し、吸気管６を経て燃焼室９ａ内に流入される。この流入空気量は、主に、前記スロットル弁３により調節されるが、アイドル時は前記バイパス通路４に設けられた前記ＩＳＣバルブ５によって調節され、該調整によってエンジン回転数が制御される。また、エアフロセンサ２では流入空気量が検出され、クランク角センサ１５ではクランク軸９ｂの回転角１度毎に信号が出力され、水温センサ１４ではエンジン１００の冷却水温度が検出される。
【００２０】エアフロセンサ２、スロットル弁３部に取り付けられたスロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４の各信号は、コントロールユニット１６に送られ、これらセンサ出力からエンジン１００の運転状態を得て、燃料の基本噴射量、点火時期の主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット１６内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。
【００２１】また、コントロールユニット１６では、点火時期が演算され、該点火時期で点火されるようにコントロールユニット１６からの駆動信号が点火プラグ８に出力される。燃料噴射弁７から噴射された燃料は、吸気管６からの空気と混合されて、各気筒９の燃焼室９ａ内に流入して混合気を形成し、該混合気は、点火プラグ８で発生する火花により点火・爆発し、その際発生するエネルギーがエンジン１００の回転駆動力としての動力源となる。
【００２２】前記燃焼室９ａ内での爆発後の排気ガスは、排気管１０を経てHC吸着材１１に送り込まれる。該HC吸着材１１は、エンジン１００の冷機時には、HCを吸着し、所定温度以上になると、HC を脱離する。前記HC吸着材１１から排出された排気ガスは、三元触媒１８で、HC、CO、NOxの各排気成分が浄化され、エンジン１００の外部に排出される。
【００２３】前記A/Fセンサ１２は、HC吸着材１１の上流に取り付けられており、排気ガス中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持ち、排気ガス中の酸素濃度と空燃比の関係は、前述のようにほぼ線形になっており、該A/Fセンサ１２によりHC吸着材１１の上流の空燃比を求めることが可能である。また、HC吸着材１１の下流には、O2センサ１３が取り付けられており、前述のように二つの信号を出力する特性を持ち、HC吸着材１１の下流の空燃比を検出可能にしている。
【００２４】コントロールユニット１６は、A/Fセンサ１２の信号からHC吸着材１１の上流の空燃比を算出し、エンジン燃焼室９ａ内の混合気の空燃比が目標空燃比となるよう前記基本噴射量を逐次補正するフィードバック（F/B）制御を行うが、後述するように、HC脱離時にはHC吸着材１１の下流のO2センサ１３の出力が理論空燃比で一定となるように、HC吸着材１１の上流の空燃比を制御する。また、HC吸着性能を示す前記HC吸着量の推定値に基づいてHC吸着材１１が劣化していると判断された場合は、HC吸着材１１の劣化報知手段の一つである劣化報知ランプ１９を点灯させる。
【００２５】図２は、前記コントロールユニット１６の内部を示したものである。該コントロールユニット（ＥＣＵ）１６内には、A/Fセンサ１２、O2センサ１３、スロットル開度センサ１７、エアフロセンサ２、クランク角センサ１５、水温センサ１４の各センサの出力値が入力され、入力回路２３にて雑音除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２４に送られる。該入出力ポート２４の値はＲＡＭ２２に保管され、ＣＰＵ２０内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ２１に予め書き込まれている。
【００２６】前記制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、ＲＡＭ２２に保管された後、前記入出力ポート２４に送られる。そして、点火プラグ８の作動信号は、点火出力回路２５内の一次側コイルの通電時にはＯＮとなり、非通電時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時である。前記入出力ポート２４にセットされた点火プラグ８用の信号は、点火出力回路２５で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され、点火プラグ８に供給される。また、燃料噴射弁７の駆動信号は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２６で燃料噴射弁７を開くのに十分なエネルギーに増幅され、燃料噴射弁７に送られる。次に、ＲＯＭ２１に書き込まれている本実施形態の制御内容について説明する。
【００２７】図３は、前記ＥＣＵ１６における本実施形態のエンジンの診断装置の制御ブロック図である。基本燃料噴射量演算手段２７では、エアフロセンサ２及びクランク角センサ１５の各出力値から、例えば下記の式（１）で示されるような１気筒あたりの基本燃料噴射量をフィードフロー（F/F）に演算する。
【００２８】
【数１】
TI＝K×（QA／（N×CYL）） （１）
【００２９】ここに、TI：基本燃料噴射量、K：燃料噴射量調整係数、QA：空気量N：回転数、CYL：気筒数であり、燃料噴射量調整係数Kは、理論空燃比を実現する基本燃料噴射量TIとなるように燃料噴射弁７の特性等を考慮して与えられる。加えて、種々の運転条件、環境変化、経時変化に対応するべくHC吸着材１１の上流に取り付けたA/Fセンサ１２の信号に基づいて、HC吸着材上流空燃比補正手段３１では、HC吸着材１１の上流空燃比の補正を行う。更に、HC吸着材下流空燃比補正手段３０では、HC脱離時には、HC吸着材１１の下流に取り付けたO2センサ１３の信号に基づいて、HC吸着材１１の下流の空燃比補正を行う。HC吸着材１１の上流の空燃比制御、及びHC吸着材１１の下流の空燃比制御の詳細内容を下記に示す。まず、HC吸着材上流空燃比補正手段３１によるHC吸着材上流空燃比補正係数ALPHAの演算内容について、図４と図５を用いて説明する。
【００３０】図４に示すように、本演算制御は、HC吸着材１１の上流に設けられたA/Fセンサ１２の出力RABF、及び後述するHC吸着材下流空燃比制御補正係数REARHOSに基づいて、HC吸着材１１の上流空燃比が目標空燃比（TABF+REARHOS）となるように、オンラインでF/B制御するものである。ここに、TABFは目標基本空燃比である。
【００３１】図５は、前記HC吸着材上流空燃比補正係数ALPHAの具体的な演算フローチャートである。まず、ステップ１２１においては、F/B制御の許可条件が成立しているか否かの判定を行う。この許可条件は、例えば、水温が一定値以上になっているか、加速時でないか、センサは活性化しているか等が考えられる。そして、前記F/B制御の許可条件が成立していない場合には、ステップ１２６に進み、HC吸着材上流空燃比補正係数ALPHAを１として補正を行わずに終了する。
【００３２】ステップ１２１でF/B制御許可条件が成立していると判定された場合、即ちＹＥＳのときには、ステップ１２２〜１２５で、A/Fセンサ１２の出力から演算値DLTABFに基づいてＰＩ制御し、前記補正係数ALPHAを演算する。まず、ステップ１２２では、HC吸着材上流空燃比RABFと目標空燃比（TABF+REARHOS）との差DLTABFを演算し、ステップ１２３で該差DLTABFに比例ゲインKPを乗じた比例補正項LAMPを演算する。次に、ステップ１２４で前記差DLTABFに積分ゲインKIを乗じた値と前回Jobにて演算された積分補正項LAMIzとの和を積分補正項LAMIとする。
【００３３】ステップ１２５では、比例分LAMPと積分分LAMIに中心値である１を足した値をF/B制御補正項たる前記HC吸着材上流空燃比補正係数ALPHAとし、一連の動作を終了する。次に、HC吸着材下流空燃比補正手段３０によるHC吸着材下流空燃比補正係数REARHOSの演算内容について、図６乃至図８を用いて説明する。
【００３４】図６に示すように、HC吸着材下流空燃比補正手段３０は、HC吸着材温度推定手段３０ａが、エアフロセンサ２、クランク角センサ１５等の種々の運転パラメータからHC吸着材１１の温度TADSBERを推定し、該HC吸着材温度TADSBERがHC脱離温度以上になったときには、HC脱離判定手段３０ｂでHC脱離中フラグFDESORPを１とする。その後、該HC離脱判定手段３０ｂが、HC吸着材下流空燃比補正係数REARHOSの値に基づいて、HCの脱離が終了したことを検知したときには、前記フラグFDESORPを０とする。なお、該フラグFDESORPの演算内容の詳細については後述する。
【００３５】下流空燃比センサ１３の出力値からエンジン燃焼室９ａに供給される燃料量演算手段たるＰＩ制御手段３０ｃでは、前記フラグFDESORPが１のとき、HC吸着材１１の下流のO2センサの出力VO2Rに基づいて、後述の演算法で前記HC吸着材下流空燃比補正係数REARHOSを演算する。
【００３６】図７は、前記HC脱離中フラグFDESORPの演算のフローチャートである。ステップ１４１では、HC脱離済か否かを判定する。具体的にはエンジン始動後フラグFDESORPが１から０に一度もなっていないか否かを判定し、一度もなっていない場合、即ちＹＥＳのときにはステップ１４２に進む。一方、ＮＯのときにはフラグFDESORPを０として一連の動作を終了する。
【００３７】ステップ１４２では、HC吸着材１１の温度が脱離温度に達しているかを判定する。具体的には、HC吸着材温度TADSBERが、HC脱離開始温度TDESORP以上になっているか否かを判定する。なお、前記HC吸着材温度TADSBERは、種々の運転パラメータから物理モデルに基づいて推定される値である。モデルの詳細についてはいくつか提案されているものがあるのでここでは説明を省略する。また、HC吸着材１１の下流に温度センサを取り付けて、実測するのもよく、HC脱離開始温度TDESORPは、HC吸着材１１の仕様から決まる値で予め決定しておく。そして、ステップ１４２でHC吸着材温度TADSBERが、HC脱離開始温度TDESORP以上になっている場合、即ちＹＥＳのときにはステップ１４３に進む。一方、ＮＯのときにはフラグFDESORPを０として一連の動作を終了する。
【００３８】ステップ１４３では、HC脱離が終了しているか否かを判定する。具体的には、前記下流空燃比補正係数REARHOSの値を用いる。これは、後述するように、HCの脱離中には、HC吸着材１１の下流の空燃比を理論空燃比とするために、HC吸着材１１の上流空燃比をリーンにするので、下流空燃比補正係数REARHOSの値がリーン側にシフトする。ここで、HC脱離終了すると、HC吸着材１１の上流と下流とでの空燃比はほぼ同じとなるので、下流空燃比補正係数REARHOSの値も小さくなる。よって、ステップ１４３では下流空燃比補正係数REARHOSの値が十分に小さく、その状態が一定時間継続しているか否かで判定する。
【００３９】そして、ステップ１４３で下流空燃比補正係数REARHOSの値が十分に小さく、その状態が一定時間継続している場合、即ちＹＥＳのときにはHC脱離終了と判断してフラグFDESORPを０として一連の動作を終了する。一方、ＮＯのときには脱離中と判断してフラグFDESORPを１として一連の動作を終了する。なお、HC脱離開始温度FDESORPの初期値は０とする。
【００４０】図８は、前記HC吸着材下流空燃比補正係数（補正項）REARHOSの演算のフローチャートである。HC吸着材１１の下流空燃比制御補正係数REARHOSは、HC吸着材１１の下流のO2センサ１３の出力値が所定範囲に収まるよう、HC吸着材１１の上流目標空燃比TABFに補正をかけるものである。
【００４１】まず、ステップ１５１では、HCが脱離中か否かの判定を行う。具体的には前記フラグFDESORPが１であるか否かで判定し、前記フラグFDESORPが１の場合、即ちＹＥＳのときにはステップ１５２に進み、一方、ＮＯのときにはステップ１５７に進んで、下流空燃比制御補正係数REARHOSを０にし、補正を行わずに終了する。
【００４２】ステップ１５２では、HC吸着材１１の下流空燃比がHC脱離によってリッチになっているか否かを判定する。具体的には、O2センサ１３の出力VO2Rが、HC吸着材下流空燃比制御許可値（リッチ側）VO2RMAX以上であるか否かを判定し、HC吸着材下流空燃比制御許可値VO2RMAX以上である場合、即ちＹＥＳのときには、HC吸着材１１の下流空燃比がリッチであると判断して、ステップ１５３に進み、HC吸着材１１の上流空燃比をリーンとするために、前回のJOBで演算された下流空燃比制御補正係数REARHOSzに前記補正係数REARHOSの変化率DLLを加算して、下流空燃比制御補正係数REARHOSとする。
【００４３】一方、ステップ１５２でHC吸着材下流空燃比制御許可値VO2RMAX以上でないときには、ステップ１５４に進み、O2センサ１３の出力VO2Rが、HC吸着材下流空燃比制御許可値（リーン側）VO2RMIN以下であるか否かを判定し、HC吸着材下流空燃比制御許可値VO2RMIN以下である場合、即ちＹＥＳのときには、HC吸着材１１の下流空燃比がリーンであると判断して、ステップ１５５に進み、HC吸着材１１の上流空燃比をリッチとするために、前回のJOBで演算された下流空燃比制御補正係数REARHOSzから前記補正係数REARHOSの変化率DLLを減算して下流空燃比制御補正係数REARHOSとし、一連の動作を終了する。これは、リーン側へ過剰補正した場合に、理論空燃比側に戻すために行う処理である。
【００４４】一方、ステップ１５４でHC吸着材下流空燃比制御許可値VO2RMIN以下でないときには、ステップ１５６に進み、HC吸着材１１の下流空燃比が所定範囲内、即ち理論空燃比近傍にあると判断し、下流空燃比制御補正係数REARHOSと前回のJOBで演算された下流空燃比制御補正係数REARHOSzとが等しいとして更新を行わずに、一連の動作を終了する。なお、下流空燃比補正係数REARHOSの初期値は０とする。
【００４５】次に、HC吸着材１１に吸着されているHC量の推定、及びHC吸着材１１の劣化判定について、図９及び図１０を用いて説明する。HC吸着材１１に吸着されているHC量の推定については、前述したように、HCの脱離中に起こるHC吸着材１１の上流空燃比のリーンシフト分が、HC吸着量と相関があることから、図９のフローチャートに示されるように、HC吸着量の演算を行って推定する。
【００４６】まず、ステップ１６１では、HC脱離中か否かを判定し、フラグFDESORPが１の場合、即ちＹＥＳのときにはステップ１６２に進み、上流空燃比RABF及び目標基本空燃比TABFに基づく理論空燃比からのリーンシフト分に、空気流量QAを乗じた値を加重積算し、HC累積吸着量指数たるHC吸着容量IADSHCを算出して動作を終了する。
【００４７】一方、ステップ１６１でフラグFDESORPが１でないときには、ステップ１６３に進み、劣化判定が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定終了フラグFCDIAGが１であるか否かを判定する。なお、エンジン始動時には、劣化判定終了フラグFCDIAGの初期値は０とし、セット条件は後述する。
【００４８】そして、ステップ１６３で劣化判定終了フラグFCDIAGが１の場合、即ちＹＥＳのときにはステップ１６４に進み、HC吸着容量IADSHC、及び前回のJOBで演算されたHC吸着容量を共に０にし、動作を終了する。一方、劣化判定終了フラグFCDIAGが１でないときには、ステップ１６５に進んで劣化判定が未実施であるとして、HC吸着容量と前回のJOBで演算されたHC吸着容量とが等しいとして前回値を維持し、一連の動作を終了する。
【００４９】また、図１０は、HC吸着材１１の劣化判定のフローチャートである。ステップ１７１では、HCの脱離が終了したか否かを判定する。具体的には、HC脱離中フラグFDESORPが０であって、前回のJOBで演算されたHC脱離中フラグFDESORPzが１であるか否かを判定し、この条件が成立している場合、即ちＹＥＳのときにはHCの脱離終了と判断してステップ１７２に進む。一方、この条件が成立していないときには終了する。
【００５０】ステップ１７２では、HC吸着材１１の劣化判定を行う。具体的には、HC吸着容量IADSHCが、新品時のHC吸着容量に対して予め０〜１．０内で決定される劣化判定のしきい値RAGEと、予め経験的に決定されるHC吸着材１１の新品時のHC吸着容量IADSHCMAXとを乗じた値以下であるか否かを判定し、この条件が成立した場合、即ちＹＥＳのときにはHC吸着材１１の劣化と判断して、ステップ１７３に進み、運転席等に取り付けられている劣化報知ランプ１９を点灯させて、ステップ１７４に進んで劣化判定終了フラグFCDIAGを１にし、終了する。一方、ステップ１７２で条件が成立しないときには、HC吸着材１１が劣化に至っていないと判断し、ステップ１７４に進んで終了する。
【００５１】図１１は、本発明の第二の実施形態のエンジンの診断装置を備えたエンジン制御システムの全体構成を示したものである。前記第一の実施形態においては、HC吸着材１１の下流に三元触媒１８が配備されたエンジンの制御システムであるが、本実施形態の触媒３２は、HC吸着材と三元触媒とが同じ担体に担持されているものである。
【００５２】即ち、図１１に示す本実施形態のエンジン制御システムは、図１の前記第一の実施形態のエンジン制御システムと基本的な構成は同じであるが、排気管１０に設置される一つの触媒２８がHC吸着材と三元触媒とを同じ担体に担持した点のみにおいて、前記第一実施形態の排気管１０にHC吸着材１１と三元触媒１８とを備えたものと相違しているが、本実施形態の構成においても、前述の第一実施形態のＥＣＵ１６に適応可能である。以上のように、本発明の前記実施形態は、上記の構成によって次の機能を奏するものである。
【００５３】前記第一の実施形態のエンジンの診断装置は、排気管１０に、HC吸着材１１及び三元触媒１８が取り付けられ、前記HC吸着材１１の上流には広域の空燃比を検出するA/Fセンサ１２を有し、前記HC吸着材１１の下流には理論空燃比に対してリッチかリーンかを検出するO2センサ１３を有するエンジン１００の前記HC吸着材１１の診断装置であって、O2センサ１３の出力信号に基づいて前記HC吸着材１１の下流の空燃比を補正するHC吸着材下流空燃比補正手段３０と、該HC吸着材下流空燃比補正手段３０及びA/Fセンサ１２の出力信号に基づいて前記HC吸着材１１の上流の空燃比を補正するHC吸着材上流空燃比補正手段３１とを備え、図１２に示すように、前記HC吸着材１１の推定温度が、前記HC脱離する脱離温度Ａ以上になる場合には、前記O2センサ１３の出力が理論空燃比相当値となるように、エンジン１００に供給される燃料量を制御し、前記HC吸着材１１の上流の空燃比である前記A/Fセンサ１２の出力をリーンにするので、前記O2センサ１３の出力を理論空燃比相当値に保持し、排気悪化を防止することができる。なお、前記HCの脱離期間は、前記A/Fセンサ１２の出力が、所定値Ｂ以下になるまでと認識することができる。
【００５４】そして、前記エンジンの診断装置は、前記O2センサ１３及び前記A/Fセンサ１２の出力信号から前記HC吸着材１１のHC吸着量を推定するHC吸着量推定手段２８と、該HC吸着量推定手段２８の出力信号から前記HC吸着材１１の劣化を判定するHC吸着材劣化判定手段２９と、該HC吸着材劣化判定手段２９の出力信号に基づいて前記HC吸着材１１の劣化を運転者に知らせる劣化報知ランプ１９とを備え、前記HC吸着量推定手段２８が、前記A/Fセンサ１２の出力と理論空燃比Ｃとの差に基づいて、前記HC吸着材１１の吸着性能を求めている。前記HC吸着材１１の上流の空燃比をリーン側にシフトさせる量は、その時に前記HC吸着材１１から脱離するHCを酸化させるのに必要な酸素量に比例しており、該リーンシフト量から前記HC吸着材１１のHC吸着量を推定することができるからである。従って、本実施形態のエンジンの診断装置は、三元触媒１８の入口空燃比を理論空燃比に制御して排気を悪化させることなく、前記HC吸着材１１の吸着性能を診断し、該HC吸着材１１の劣化が判定されたときには、運転者に知らせることができ、法規による規制にも対応させることができる。
【００５５】また、前記エンジンの診断装置１００の診断実施領域及び実施条件については、図１３に示すように、前記HC吸着材１１の温度条件のほか、前記HC吸着材１１の上流に取り付けられたA/Fセンサ１２の出力を理論空燃比にすることによる前記HC吸着材１１の下流に取り付けられたO2センサ１３の出力が、リッチ側状態で所定時間Ｔ続くことを条件に加えてHCの脱離開始を明確にし、前記HC吸着材１１からのHC脱離の検出精度を高めることができる。
【００５６】更に、前記第二の実施形態のエンジンの診断装置１００は、排気管１０に設置される一つの触媒３２がHC吸着材と三元触媒とを同じ担体に担持した点で前記第一実施形態の排気管１０にHC吸着材１１と三元触媒１８とを備えたものと相違し、この場合には、触媒３２の入口の空燃比ではなく、該触媒３２の出口の空燃比を制御することになるが、前記第一実施形態のＥＣＵ１６に適応可能であり、同様の効果を得ることができる。以上、本発明の二つの実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
【００５７】例えば、前記実施形態においては、燃料量により空燃比を制御する構成としたが、空気量を制御することでも可能である。また、脱離したHCを酸化させるのに必要な酸素量は、空燃比だけでなく、その時のエンジンに供給される空気量とも相関があるので、前記リーンシフト量と空気量とを乗じた値における脱離期間中の積分値からHC脱離量を求め、HC脱離量算出の精度向上を図ることができる。更に、前記HC吸着材温度推定手段３０ａは、エアフロセンサ２、クランク角センサ１５等の種々の運転パラメータからHC吸着材１１の温度TADSBERを推定しているが、前記HC吸着材１１の温度を計測するセンサを有する場合には、HC吸着材温度計測手段として機能するものである。
【００５８】また、前記第一の実施形態では、前記HC吸着材１１の下流に三元触媒１８を設けているが、該三元触媒１８に替えてNOx触媒を設けてもよく、この場合にも前記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、前記第一の実施形態は、前記HC吸着材１１の上流にA/Fセンサ１２、下流にO2センサ１３をそれぞれ有しているが、前記HC吸着材１１の下流にのみ、A/Fセンサ若しくはO2センサのいずれかの空燃比センサを有してもよく、この場合にも、以下に説明するように、前記HC吸着材１１の吸着性能を算出することができる。
【００５９】図１４は、第三の実施形態のエンジンの診断装置１００を備えたエンジン制御システムの全体構成を示したものであり、本実施形態のエンジン制御システムは、図１の前記第一の実施形態のエンジン制御システムと基本的な構成は同じであるが、HC吸着材１１の下流にのみ空燃比センサを有する点において、前記第一の実施形態と相違し、該空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御するものである。
【００６０】図１５は、前記エンジンの診断装置の制御ブロック図であり、該エンジンの診断装置は、空燃比制御の操作量に基づいてHC脱離時のHC脱離量の推定を行っており、前記HC吸着材１１の下流に設けられた空燃比センサ（A/Fセンサ１３Ａ若しくはO2センサ１３Ｂ）の出力信号に基づいて前記HC吸着材１１の下流の空燃比を補正するHC吸着材下流空燃比補正手段３０と、前記空燃比センサ１３Ａ（１３Ｂ）の出力信号から前記HC吸着材１１のHC吸着量を推定するHC吸着量推定手段２８と、該HC吸着量推定手段２８の出力信号から前記HC吸着材１１の劣化を判定するHC吸着材劣化判定手段２９と、該HC吸着材劣化判定手段２９の出力信号に基づいて前記HC吸着材１１の劣化を運転者に知らせる劣化報知ランプ１９とを備えている。
【００６１】図１６は、前記空燃比センサが、広域の空燃比を検出するA/Fセンサ１３Ａである場合のエンジンの診断装置の診断実施領域及び実施条件を示しており、前記HC吸着材１１の計測温度若しくは推定温度が、前記HC脱離する脱離温度Ａ以上になるときには、HCの脱離により空燃比補正項REARHOSがリーンとなるように、エンジン１００に供給される空気量あるいは燃料量を制御するので、前記空燃比センサ１３Ａの出力を理論空燃比相当値に保持し、排気悪化を防止することができる。
【００６２】そして、前記HC吸着量推定手段２８は、前記空燃比補正項REARHOSと各運転領域のストイキ相当の燃料噴射量Ｇとの差DLTRHOSを求め、該差DLTRHOSに空気量を乗じた値に対して吸着量演算時間（Ｔ０からＴ１）で積分し、前記HC吸着材１１のHC吸着性能を求め、その結果に基づいて前記HC吸着材劣化判定手段２９で前記HC吸着材１１の吸着性能を診断し、劣化が判定されたときには前記劣化報知ランプ１９で運転者に知らせることができる。
【００６３】図１７は、前記空燃比センサが、理論空燃比に対してリッチかリーンかを検出するO2センサ１３Ｂである場合のエンジンの診断装置の診断実施領域及び実施条件を示しており、この場合にも、前記空燃比センサ１３Ｂの出力が理論空燃比相当値となるように、空気量あるいは燃料量を制御し、HCの脱離により空燃比補正項REARHOSをリーンにするので、前記空燃比センサ１３Ｂの出力を理論空燃比相当値に保持し、排気悪化を防止することができる。そして、前記HC吸着量推定手段２８は、HC非脱離時の空燃比補正項REARHOSの中心値ALPSTとHC脱離時の空燃比補正項REARHOSの中心値ALPLNとの差DLTALPを求め、該差DLTALPに空気量を乗じた値に対して吸着量演算時間（Ｔ０からＴ１）で積分し、前記HC吸着材１１のHC吸着性能を求め、その結果に基づいて前記HC吸着材劣化判定手段２９で前記HC吸着材１１の吸着性能を診断し、劣化が判定されたときには前記劣化報知ランプ１９で運転者に知らせることができる。なお、前記中心値ALPST又は中心値ALPLNは、空燃比補正項REARHOSの平均値、空燃比補正項REARHOSの最大値と最小値との和に１／２を乗じた値等を用いてもよい。
【００６４】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発明に係るエンジンの診断装置は、排気悪化させることなく、HC吸着材に吸着されたHC量を推定し、HC吸着材の吸着性能の診断を行うことができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
|
| 【出願日】 |
平成１２年２月２８日（２０００．２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】平木 祐輔
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１３１９（Ｐ２００１−２４１３１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５１９３９（Ｐ２０００−５１９３９） |
|