專利名稱：發(fā)動機自診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機的自診斷裝置，具體涉及能夠低成本且高精度地進 行發(fā)動機排氣通路所具備的排氣凈化用催化劑的診斷的發(fā)動機自診斷裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著北美、歐洲、日本等的汽車用發(fā)動機的自診斷控制的強 化，有關(guān)發(fā)動機的排氣性能的各裝置的診斷精度也要求高精度化。尤其， 凈化從發(fā)動機排出的排氣的特定成分(HC、 CO、 NOx)的催化劑的診斷 精度尤為重要。 一般，催化劑在規(guī)定溫度以上發(fā)揮排氣凈化功能。排氣凈 化率達到規(guī)定值以上的狀態(tài)稱為催化劑熄燈(light off)(或催化劑活性 化)，但是以往的催化劑診斷對象是催化劑熄燈后的凈化性能。另外，近 年來，隨著催化劑及催化劑控制的高性能化，從發(fā)動機排出的排氣的所述 特定成分的量，支配從發(fā)動機起動后到催化劑熄燈的期間的排出的量。因 此，重要的是診斷催化劑的熄燈(light off)性能。
作為診斷催化劑的性能的裝置，在下記專利文獻l中，提出了利用設(shè) 在催化劑下游的HC傳感器等的排氣成分傳感器檢測與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài) 及催化劑的工作狀態(tài)對應(yīng)的排氣成分濃度，基于該檢測值，診斷例如催化 劑的熄燈性能的裝置。
此外，在下記專利文獻2中，提出了在催化劑下游具備02傳感器和 檢測催化劑的溫度的傳感器，在基于催化劑下游的02傳感器診斷催化劑 的性能時，基于檢測的催化劑溫度變更診斷催化劑性能的基準(zhǔn)值的診斷裝 置。但是，上述的診斷裝置都需要追加排氣成分傳感器或溫度傳感器等新 的傳感器，有裝置成本提高的顧慮。
另外，在下記專利文獻3中，提出了從配設(shè)在催化劑上下游的02傳 感器的輸出信號的相關(guān)關(guān)系，檢測催化劑內(nèi)的氧貯藏性能活性化的時間， 基于該檢測時間，診斷催化劑熄燈性能的裝置。
在所述的診斷裝置中，需要在催化劑熄燈前使催化劑下游的02傳感 器活性化。但是，實際上，因催化劑內(nèi)的水分， 一般在以不引起傳感器破 碎等問題的方式，充分蒸發(fā)催化劑內(nèi)的水分后，升溫催化劑下游測的傳感 器。因而，如上述診斷裝置，要在催化劑熄燈前使催化劑下游的02傳感 器活性化，需要改進該傳感器。
此外，在下記專利文獻4中，鑒于在催化劑熄燈中，不能使催化劑下 游的02傳感器(A/F傳感器)充分活性化，提出了根據(jù)催化劑下游的 02傳感器的溫度，變更診斷判定值的裝置。
但是，即使在該診斷裝置中，在催化劑熄燈性能時，需要使催化劑 02傳感器活性化到某種程度，與所述的診斷裝置同樣，具有傳感器破碎的 顧慮。此外，由于在催化劑下游的傳感器活性化途中進行診斷，所以還擔(dān) 心降低精度。
此外，上述診斷裝置，由于都直接檢測熄燈時的特性，因此還存在不 能區(qū)別是催化劑的熄燈性能劣化即催化劑本身劣化，還是使催化劑升溫的 機構(gòu)的性能降低的問題。
專利文獻h特開2003-176714號公報
專利文獻2:特開平5-248227號公報
專利文獻3:特開2001-317345號公報
專利文獻4:特開平9-158713號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上的問題而提出的，其目的在于提供一種發(fā)動機自診 斷裝置，能夠低成本且高精度地診斷催化劑的熄燈性能。
為達到上述目的，本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第l方式，其構(gòu)成具
備在排氣凈化用催化劑的溫度或流入該催化劑的排氣氣體的溫度處f規(guī)定溫度范圍時，直接或間接地檢測所述催化劑的性能A的機構(gòu)；和基于該 檢測的催化劑性能A，推斷所述催化劑的溫度處于所述規(guī)定溫度范圍外時 的所述催化劑性能B的機構(gòu)。
艮P，在本方式中，進行催化劑熄燈后的該催化劑的性能診斷(檢測)， 基于該性能診斷結(jié)果，推斷、診斷催化劑熄燈前或熄燈中的性能。此處， 催化劑的熄燈后的靜態(tài)的(穩(wěn)定)性能， 一般，由用于其中的貴金屬的比 表面積大致支配地決定。另外，催化劑的熄燈性能也由其貴金屬的比表面 積大致支配地決定。因此，如果檢測催化劑熄燈后的性能，就能夠間接地 推斷催化劑熄燈前或熄燈中的性能(參照圖l、圖17)。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第2方式，其特征是所述催化劑至少 具有三元性能。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第3方式，其特征是所述催化劑是
HC吸附燃燒催化劑，該催化劑在其溫度處于規(guī)定溫度范圍時吸附HC，在 其溫度達到所述規(guī)定溫度范圍以上時脫離吸附HC的同時凈化該吸附 脫 離HC。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第4方式，規(guī)定所述催化劑是稀NOx 催化劑。
艮P，所述第2、第3及第4方式的催化劑，由于都是采用貴金屬的催 化劑，所以能夠應(yīng)用第l方式所述的診斷原理。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第5方式，其特征是，具有直接或間 接地檢測所述催化劑的溫度的機構(gòu)；在由該檢測機構(gòu)檢測的所述催化劑的 溫度處于排氣凈化率達到規(guī)定值以上的溫度范圍時，直接或間接地檢測出 所述催化劑的性能A的機構(gòu)；以及，基于所述催化劑性能A，推斷在由該
檢測機構(gòu)檢測出的所述催化劑的溫度處于使排氣凈化率達到規(guī)定值以下
的溫度范圍時的所述催化劑的性能B的機構(gòu)(參照圖2)。
艮口，本方式，如前所述，按排氣凈化率在規(guī)定值以上、規(guī)定值以下，
規(guī)定熄燈后和熄燈前的溫度范圍。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第6方式，其特征是所述催化劑性能
B規(guī)定為排氣凈化率達到規(guī)定值以上的催化劑溫度T0 (參照圖3)。
艮口，本方式，具體將從直接檢測的熄燈后的催化劑性能推斷時催化劑性能B，規(guī)定為熄燈溫度。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第7方式，其特征是具有催化劑劣化 判定機構(gòu)，該催化劑劣化判定機構(gòu)，當(dāng)在使排氣凈化率達到規(guī)定值以上的 所述催化劑溫度T0達到規(guī)定溫度以上時，判定所述催化劑劣化(參照圖4)。
艮口，在本方式中，由于在推斷的熄燈溫度達到規(guī)定值以上時，從發(fā)動
機起動到催化劑熄燈的時間延長，排氣的特定成分(HC、 CO、 NOx)增 大，因此進行該催化劑劣化的判定。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第8方式中，所述催化劑為HC吸附 燃燒催化劑，所述催化劑劣化判定機構(gòu)，當(dāng)在使排氣凈化率達到規(guī)定值以 上的所述催化劑溫度TO達到規(guī)定溫度以上時，判定所述HC吸附燃燒催 化劑劣化(參照圖4)。
艮P， HC吸附燃燒催化劑的功能，分為HC吸附性能和吸附HC凈化 性能，但一般以貴金屬作為主成分的吸附HC凈化性能先劣化。因而，針 對診斷HC吸附燃燒催化劑中的吸附HC凈化性能的熄燈性能，即針對診 斷HC吸附燃燒催化劑的劣化而形成。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第9方式中，所述催化劑為稀NOx 催化劑，所述催化劑劣化判定機構(gòu)，當(dāng)在使排氣凈化率達到規(guī)定值以上的 所述催化劑溫度TO達到規(guī)定溫度以上時，判定所述稀NOx催化劑劣化(參 照圖4)。
艮口，本方式，針對稀NOx催化劑的NOx貯藏性能的熄燈性能也依賴 于該催化劑內(nèi)的貴金屬而形成。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第IO方式中，所述催化劑性能A規(guī) 定為排氣凈化性能(參照圖5)。
艮口，本方式，規(guī)定在催化劑達到規(guī)定溫度以上后(熄燈后)檢測的性 能是催化劑凈化性能。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第11方式中，規(guī)定所述催化劑性能 A是氧貯藏性能(參照圖6)。
艮口，本方式，規(guī)定在催化劑達到規(guī)定溫度以上后(熄燈后)的檢測的 性能是催化劑內(nèi)的氧貯藏性能。催化劑的氧貯藏性能(OSC)，由其采用的貴金屬的比表面積(分散性)及二氧化鈰(或氧化鋯)等助催化劑的載 有量的雙方?jīng)Q定。由于輔助催化劑的載有量從初期性能幾乎不變化，因此
osc性能大致由貴金屬的凝集決定。所以，通過診斷osc性能，能夠得
到貴金屬的凝集度，進而推斷該催化劑的熄燈性能(催化劑性能B)。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第12方式中，所述催化劑性能A規(guī) 定為排氣凈化性能，所述催化劑B規(guī)定為使排氣凈化率達到規(guī)定值以上的 催化劑溫度T0 (參照圖7)。
艮口，本方式，規(guī)定在催化劑達到規(guī)定溫度以上后(熄燈后)檢測的性 能是催化劑的排氣凈化性能，另外，具體將從熄燈后的排氣凈化性能推斷 的催化劑性能B規(guī)定為熄燈溫度。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第13方式中，所述催化劑性能A規(guī) 定為氧貯藏性能，所述催化劑B規(guī)定為使排氣凈化率達到規(guī)定值以上或氧 貯藏性能達到規(guī)定值以上的催化劑溫度TO (參照圖8)。
艮P，本方式，規(guī)定在催化劑達到規(guī)定溫度以上后(熄燈后)檢測的性 能是催化劑的氧貯藏性能，另外，具體將從熄燈后的氧貯藏性能推斷的催 化劑性能B規(guī)定為熄燈溫度。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第14方式，其特征是在所述催化劑 下游具有排氣成分檢測機構(gòu)(參照圖9)。
艮口，本方式，利用排氣成分檢測機構(gòu)直接檢測催化劑下游的排氣成分， 據(jù)此檢測熄燈后的催化劑凈化率，基于檢測的凈化性能，推斷熄燈性能。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第15方式，其特征是在所述催化劑 下游具有02傳感器或A/F傳感器(參照圖IO)。
艮口，在本方式中，利用02傳感器或A/F傳感器，直接檢測催化劑下 游的A/F，據(jù)此檢測熄燈后的催化劑的凈化性能，基于檢測的凈化性能， 推斷熄燈性能。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第16方式，其特征是具有基于來自 所述02傳感器或A / F傳感器的輸出信號，檢測所述催化劑的氧貯藏性能 的機構(gòu)(參照圖11)。
艮P，在本方式中，利用02傳感器或A/F傳感器，直接檢測催化劑下 游的A/F，據(jù)此檢測熄燈后的催化劑的氧貯藏性能，基于檢測的氧貯藏
7性能，推斷熄燈性能。
在本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第17方式中，具有具有
按規(guī)定頻率振動所述催化劑上游的02濃度或空燃比的機構(gòu)；運算所 述02傳感器或空燃比傳感器的輸出信號的規(guī)定頻率成分的機構(gòu)；基于所 述規(guī)定頻率成分，檢測所述催化劑的氧貯藏性能的機構(gòu)(參照圖12)。
艮口，在按規(guī)定頻率振動催化劑上游的02濃度或空燃比時，如果催化 劑(氧貯藏性能)熄燈，催化劑上游的02濃度或空燃比的振動，就通過 該催化劑的氧貯藏性能顯示與上游不同的舉動?；谒鲆娊猓诒痉绞?中，通過頻率分析催化劑下游的02濃度或空燃比的振動，檢測氧貯藏性 能，基于檢測的氧貯藏性能推斷熄燈性能。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第18方式，具有將所述催化劑上游 的02濃度或空燃比變化規(guī)定值的機構(gòu)；對于從在所述催化劑上游的02濃 度或空燃比變化規(guī)定值后，到催化劑下游的02傳感器的輸出信號變化規(guī) 定值之前的響應(yīng)滯后時間進行運算的響應(yīng)滯后時間運算機構(gòu)；基于所述響 應(yīng)滯后時間，檢測所述催化劑的氧貯藏性能的機構(gòu)(參照圖13)。
艮口，在按規(guī)定值變化催化劑上游的02濃度或空燃比時，如果催化劑 (氧貯藏性能)熄燈，到催化劑下游的02濃度或空燃比的響應(yīng)滯后時間， 就依賴于該催化劑的氧貯藏性能?；谒鲆娊猓诒痉绞街?，通過求出 到催化劑下游的02濃度或空燃比變化的響應(yīng)滯后時間，檢測氧貯藏性能， 基于檢測的氧貯藏性能推斷熄燈性能。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第19方式，具有升溫所述催化劑的
溫度的機構(gòu)；催化劑溫度推斷機構(gòu)；配設(shè)在催化劑下游的02傳感器、A/ F傳感器或排氣傳感器；基于所述02傳感器、A/F傳感器或排氣傳感器 的輸出信號，直接檢測是否所述催化劑的凈化率達到規(guī)定值以上而使所述 催化劑熄燈的機構(gòu)；異常判定機構(gòu)，當(dāng)在由所述催化劑溫度推斷機構(gòu)得出 的推斷催化劑溫度達到表示所述催化劑性能B的推斷熄燈溫度時，在所述
催化劑熄燈直接檢測機構(gòu)中沒有檢測出所述催化劑熄燈的情況下，判定所 述催化劑升溫機構(gòu)異常(參照圖14)。
艮口，本方式，在催化劑的熄燈滯后的情況下，謀求區(qū)別是催化劑的熄 燈性能劣化，還是催化劑的早期活性化(升溫)機構(gòu)劣化。具體是，在催化劑推斷溫度(不是實際溫度)遲于所述的推斷熄燈溫度的情況下，催化
劑應(yīng)該(正常地)熄燈，但是，另外用02傳感器、A/F傳感器或排氣傳
感器等，檢測催化劑是否熄燈，此時，在未熄燈時，判斷催化劑未達到熄 燈溫度，判定該催化劑的升溫機構(gòu)異常。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第20方式，具有告知所述催化劑的性 能A及/或B或與其相關(guān)的信息的機構(gòu)。 "
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第21方式，具有基于所述催化劑的性 能A及B，修正發(fā)動機控制參數(shù)的機構(gòu)(參照圖15)。
艮口，根據(jù)按以上求出的催化劑的性能，修正發(fā)動機控制參數(shù)，謀求進 一步降低從發(fā)動機排出的排氣中的特定成分(HC、 CO、 NOx)。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第22方式，具有基于形成所述催化劑 性能B的、使排氣凈化率達到規(guī)定值以上的催化劑溫度T0，修正升溫所 述催化劑溫度的機構(gòu)的控制參數(shù)的機構(gòu)(參照圖16)。
艮口，本方式，根據(jù)按以上推斷的催化劑的熄燈性能，修正例如發(fā)動機 起動時的控制參數(shù)。
本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第23方式，所述對所述催化劑溫度進 行升溫的機構(gòu)的控制參數(shù)，是點火時期的滯后量及/或延遲點火時期的期 間(參照圖16)。
艮口，在本方式中，根據(jù)按以上推斷的催化劑的熄燈性能，例如為了催 化劑早期活性化，修正點火時的滯后量及/或延遲點火時間的期間。
另外，根據(jù)本發(fā)明的汽車，裝備有形成如上所述構(gòu)成的發(fā)動機自診斷裝置。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置，由于檢測，診斷催化劑熄燈后的催 化劑性能A，基于該檢測，診斷結(jié)果，推斷熄燈前或熄燈中的催化劑性能
(催化劑性能B)，所以能夠在不需要追加傳感器或其改進等的情況下， 低成本且高精度地診斷催化劑的熄燈性能。


圖1是用于說明本發(fā)明的發(fā)動機自診斷裝置的第1 第4方式的說明
的圖示。 '圖2是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第5方式的說明的圖示。
圖3是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第6方式的說明的圖示。 圖4是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第7 第9方式的說明的圖示。 圖5是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第IO方式的說明的圖示。 圖6是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第11方式的說明的圖示。 圖7是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第12方式的說明的圖示。
圖8是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第12方式的說明的圖示。 圖9是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第14方式的說明的圖示。 圖IO是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第15方式的說明的圖示。 圖11是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第16方式的說明的圖示。 圖12是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第17方式的說明的圖示。 圖13是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第18方式的說明的圖示。 圖14是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第19方式的說明的圖示。 圖15是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第21方式的說明的圖示。 圖16是用于說明本發(fā)明的自診斷裝置的第22、23方式的說明的圖示。 圖17是用于說明本發(fā)明的診斷原理的、表示催化劑溫度和OSC指數(shù) 的關(guān)系的圖示。
圖18是表示本發(fā)明的自診斷裝置的第1實施方式和采用其的發(fā)動機 的圖示。
圖19是本發(fā)明的實施方式中的控制單元的內(nèi)部構(gòu)成圖。 圖20是第1實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖21是用于說明第1實施方式的基本燃料噴射量運算機構(gòu)的說明的 圖示。
圖22是用于說明第1實施方式的劣化診斷許可判定機構(gòu)的說明的圖示。
圖23是用于說明第1實施方式的空燃比修正項運算機構(gòu)的說明的圖
圖24是用于說明第1實施方式的目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)的說明的圖示。 圖25是用于說明第1實施方式的熄燈后的氧貯藏性能檢測機構(gòu)的說
明的圖示。圖26是用于說明第1實施方式的頻率成分運算機構(gòu)的說明的圖示。
圖27是用于說明第1實施方式的氧貯藏性能運算機構(gòu)的說明的圖示。 圖28是用于說明第1實施方式的熄燈溫度推斷機構(gòu)的說明的圖示。 圖29是第2實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖30是用于說明第2實施方式的目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)的說明的圖示。 圖31是用于說明第2實施方式的熄燈后的氧貯藏性能檢測機構(gòu)的說
明的圖示。
圖32是用于說明第2實施方式的響應(yīng)滯后時間運算機構(gòu)的說明的圖示。
圖33是用于說明第2實施方式的氧貯藏性能運算機構(gòu)的說明的圖示。 圖34是第3實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖35是用于說明第3實施方式的熄燈溫度推斷機構(gòu)的說明的圖示。 圖36是第4實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖37是用于說明第4實施方式的劣化診斷許可判定機構(gòu)的說明的圖示。
圖38是用于說明第4實施方式的熄燈溫度推斷機構(gòu)的說明的圖示。 圖39是用于說明第4實施方式的點火時間設(shè)定機構(gòu)的說明的圖示。 圖中IO —發(fā)動機，47 —燃燒室，19 —水溫傳感器，20 —吸氣通路， 24 —氣流傳感器，25 —電控節(jié)流閥，28 —節(jié)流閥開度傳感器，30 —燃料噴 射闊，34 —節(jié)流閥開度傳感器，35 —火花塞，36 —油門開度傳感器，37 — 曲柄角(發(fā)動機轉(zhuǎn)速)傳感器，40 —排氣通路，40B —排氣集合部，50 — 三元催化劑，51—02傳感器，52—A/F傳感器，53—NOx傳感器，100 一控制單元，110 —基本燃料噴射量運算機構(gòu)，120 —空燃比修正項運算機 構(gòu)，130 —劣化診斷許可判定機構(gòu)，140、 240、 340、 440 —熄燈后的氧貯 藏性能檢測機構(gòu)，150、 250、 350、 450 —熄燈溫度推斷機構(gòu)。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。 [第1實施方式]
圖18是與一例車載用發(fā)動機一同表示本發(fā)明的自診斷裝置的第1實施方式和采用其的發(fā)動機的圖示。
圖示中的發(fā)動機10，例如是具有4個氣缸的多缸發(fā)動機，具有氣缸
12和滑動自如地嵌插在該氣缸12的各缸體#1、 #2、 #3、 #4內(nèi)的活塞15， 在該活塞15的上方配置燃燒室17。在燃燒室17上鄰接地設(shè)置火花塞35。
用于燃燒燃料的空氣，從設(shè)在吸氣通路20的始端部上的空氣過濾器 21進入，通過氣流傳感器24，經(jīng)過電控節(jié)流閥25，進入到收集器56，從 該收集器56經(jīng)由配設(shè)在所述吸氣通路20的下游端(吸氣口 )的吸氣閥28， 吸入到各缸體#1、 #2、 #3、 #4的燃燒室17。此外，在所述吸氣通路20的 下游端，鄰接地設(shè)置燃料噴射閥30。
吸入燃燒室17的空氣與從燃料噴射閥30噴射的燃料混合的混合氣， 被火花塞36點火，爆發(fā)燃燒，其燃燒廢氣(排氣)從燃燒室17，經(jīng)由排 氣閥48，被排放到形成排氣通路40的上游部分的單一通路部40A，從該 單一通路部40A，通過排氣集合部40B，流入排氣通路40所具備的三元 催化劑50，凈化后向外部排放。
此外，在排氣通路40的三元催化劑50的下游側(cè)配置02傳感器51， 在排氣通路40的三元催化劑50的上游側(cè)的排氣集合部40B附近配置A / F傳感器52。
所述A / F傳感器52相對于排氣中所含的氧的濃度具有線形的輸出特
性。排氣中的氧濃度和空燃比的關(guān)系大致為線形，因而，通過檢測氧濃度 的A/F傳感器52，能夠求出所述排氣集合部40B中的空燃比。此外，通 過來自所述02傳感器51的信號，能夠求出相對于三元催化劑50的下游 的氧濃度或理論空燃比，空燃比是濃還是稀。
此外，從燃燒室17排到排氣通路40的排氣的一部分，根據(jù)需要，經(jīng) 由EGR通路41，被導(dǎo)入到吸氣通路20，經(jīng)由吸氣通路20的分支通路部， 環(huán)流到各氣缸的燃燒室17。在所述EGR通路41上，夾裝用于調(diào)整EGR 率的EGR閥42。
而且，在本實施方式的自診斷裝置1中，為了進行發(fā)動機10的種種 控制，具有內(nèi)設(shè)微型計算機的控制單元100。
控制單元IOO，基本上，如圖19所示，由CPUIOI、輸入電路102、 輸入鍵盤103、 RAM104、 ROM105等構(gòu)成。向控制單元100，作為輸入信號，供給根據(jù)由氣流傳感器24檢測的
吸入空氣量的信號；根據(jù)由節(jié)流閥傳感器34檢測的節(jié)流閥25的開度的信 號；表示從曲柄角傳感器37得到的曲軸18的旋轉(zhuǎn)(發(fā)動機旋轉(zhuǎn)所度)*相 位的信號；根據(jù)由配設(shè)在排氣通路40的催化劑50的下游側(cè)的02傳感器 51檢測的排氣中的氧濃度的信號；根據(jù)由配設(shè)在排氣通路40的催化劑50 的上游側(cè)的排氣集合部40B上的A / F傳感器52檢測的氧濃度(空燃比) 的信號；根據(jù)由配設(shè)在氣缸12上的水溫傳感器19檢測的發(fā)動機冷卻水溫 的信號；根據(jù)從油門開度傳感器36得到的油門踏板39的壓入量(表示駕 駛者的要求轉(zhuǎn)矩)的信號；根據(jù)從車速傳感器29得到的搭載該發(fā)動機10 的汽車的車速的信號等。
在控制單元IOO，輸入A/F傳感器52、 02傳感器51、節(jié)流閥傳感器 34、氣流傳感器24、曲柄角傳感器37、水溫傳感器16及油門傳感器36 等各傳感器的輸出，在用輸入電路102進行了噪聲除去等信號處理后，送 入輸入輸出口 103。輸入口的值保存在RAM104，在CPUIOI內(nèi)運算處理。 記述運算處理的內(nèi)容的控制程序預(yù)先寫入ROM105d表示按照控制程序運 算的各驅(qū)動器操作量的值保存在RAM104，然后送給輸入輸出口 103。
相對于火花塞35的工作信號，調(diào)節(jié)在點火輸出電路116內(nèi)的初級側(cè) 線圈的通流時為ON，在非流通時為OFF的ON'OFF信號。點火時間是 從ON變?yōu)镺FF的時間。在輸入輸出口 103調(diào)節(jié)的火花塞35用的信號， 用點火輸出電路增幅到點火所需的足夠的能量，供給火花塞35。此外，燃 料噴射閥30的驅(qū)動信號(空燃比控制信號)調(diào)節(jié)在開闊時為ON，在關(guān)閥 時為OFF的ON OFF信號，用燃料噴射閥驅(qū)動電路117增幅到足以打開 燃料噴射閥30，供給燃料噴射閥30。實現(xiàn)電控節(jié)流閥25的目標(biāo)開度的驅(qū) 動信號，經(jīng)過電控節(jié)流閥驅(qū)動電路118，送給電控節(jié)流閥25。
在控制單元100，從A / F傳感器52的信號計算三元催化劑50上游 的空燃比，從02傳感器51的信號，計算相對于催化劑50下游的氧濃度 或理論空燃比，是濃還是稀。此外，采用兩傳感器51、 52的輸出，進行 催化劑50的凈化效率達到最佳的逐次修正燃料噴射量或吸入空氣量的反 饋控制。
下面，具體說明控制單元100進行的催化劑50的性能診斷。圖20是第1實施方式的控制系統(tǒng)圖，控制單元100，如功能方塊圖所
示，具有基本燃料噴射量運算機構(gòu)110、空燃比修正項運算機構(gòu)120、劣 化診斷許可判定機構(gòu)130、催化劑特性A (熄燈后的氧貯藏性能)檢測機 構(gòu)140及催化劑特性B (熄燈溫度)推斷機構(gòu)150。
控制單元100，在通常時候，以利用基本燃料噴射量Tp及空燃比修 正項Lalpha，而使全部氣缸的空燃比達到理論空燃比的方式，運算相對于 各缸體#1 斜的燃料噴射量Ti。與之相對，在劣化診斷許可時，按規(guī)定 頻率振動目標(biāo)空燃比，基于A / F傳感器52和02傳感器51的各自的輸出 信號的規(guī)定頻率成分，進行三元催化劑50的熄燈后的氧貯藏性能(催化 劑性能A)的檢測，然后基于其結(jié)果，推斷熄燈溫度。
下面，詳細(xì)說明各處理機構(gòu)。
<基本燃料噴射量運算機構(gòu)110 (圖21) >
本運算機構(gòu)110，基于發(fā)動機的流入空氣量，在任意的運轉(zhuǎn)條件下， 運算同時實現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)空燃比的燃料噴射量。具體是，如圖21所 示，運算基本燃料噴射量Tp。此處，K是常數(shù)，是相對于流入空氣量，通 常能夠?qū)崿F(xiàn)理論空燃比的可調(diào)節(jié)的值。此外，Cyl表示發(fā)動機的氣缸數(shù)。
<劣化診斷許可判定機構(gòu)130 (圖22) >
在本許可判定機構(gòu)130中，進行三元催化劑50的劣化診斷的許可判定。
具體，如圖22所示，在滿足Twn^Twndag、 NedagH》Ne^NedagL、 QadagH》Qa^QadagL、 ANe^DNedag、 △ Qa^Dpadag、及Tcat^Tcatdag 全部時，設(shè)定劣化診斷許可標(biāo)志Fpdag二l,許可診斷。在其以外時禁止診 斷，設(shè)定Fpdag二O。
此處，Twn:發(fā)動機冷卻水溫、Ne:發(fā)動機轉(zhuǎn)速、Qa:流入空氣量、 ANe:發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率、AQa:流入空氣量變化率、Tcat:催化劑推斷溫度。
△ Ne及△ Qa也可以規(guī)定為在上次job運算的值和在本次job運算的 值的差。此外，由于催化劑溫度與流入其中的排氣的溫度相符，排氣的溫 度與流入空氣量Qa (燃料噴射量)等相符，因此能夠采用Twn、 Qa、 Qa 的合計值等推斷所述催化劑溫度。具體已經(jīng)提出多種方法，由于在書籍、文獻等中有記載，因此此處不詳細(xì)介紹。Tcatdag可以設(shè)定在三元催化劑 50充分熄燈的溫度。
<空燃比修正項運算機構(gòu)120 (圖23) >
在本運算機構(gòu)120中，基于A/F傳感器52檢測的空燃比，控制F/ B (反饋)控制，以在任意的運轉(zhuǎn)條件下，催化劑50入口的空燃比達到目 標(biāo)空燃比。具體如圖23所示，從由目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)131設(shè)定的目標(biāo) 空燃比Tabf和A / F傳感器檢測空燃比Rabf的偏差Dltabf，利用PI控制 運算空燃比修正項Lalpha。空燃比修正項Lalpha乘以所述的基本燃料噴射 量Tp。
<目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)121 (頻率響應(yīng))(圖24) > 在本運算機構(gòu)121中，運算頻率響應(yīng)方式的目標(biāo)空燃比。具體是按圖 24所示的處理進行。即在Fpdag二l時，按頻率fa[Hz]切換目標(biāo)空燃比 TabflL和目標(biāo)空燃比TabflR。其以外，規(guī)定為通常的目標(biāo)空燃比TabfO。 在本實施方式中，TabfO規(guī)定為相當(dāng)理論空燃比的值，TabflR規(guī)定為從理 論空燃比變換為濃規(guī)定值的值，TabflL規(guī)定為從理論空燃比變換為稀規(guī)定 值的值。TabflR (L)及fa的值，最好根據(jù)實驗從診斷精度、排氣性能(放 出特性)的雙方確定。
<熄燈后的氧貯藏性能檢測機構(gòu)140 (頻率響應(yīng))(圖25)〉 在本運算機構(gòu)140中，檢測熄燈后的氧貯藏性能。具體是按圖25所 示的處理進行。由運算A / F傳感器52的輸出Rabf及后02傳感器的輸出 RV02的頻率成分的頻率成分運算機構(gòu)141、和基于該頻率成分，運算三 元催化劑50的氧貯藏性能的氧貯藏性能運算機構(gòu)142構(gòu)成。
下面，說明所述頻率成分運算機構(gòu)141和氧貯藏性能運算機構(gòu)142。 <頻率成分運算機構(gòu)141 (圖26) >
在本運算機構(gòu)141中，運算A/F傳感器52的輸出Rabf及02傳感器 51的輸出RV02的頻率成分。具體是，如圖26所述，從Rabf和RV02 的信號，采用DFT(Discrete Fourier Transform),運算頻率fa[Hz]的功率 (Powerl、 Power2)及相位(Phase 1、 Phase2)。
<氧貯藏性能運算機構(gòu)142 (圖27)〉
在本運算機構(gòu)142中，進行三元催化劑50的氧貯藏性紫的運算。具體是，如圖27所述，從Phase2-Phasel及Power2 / Power,參照圖形，求 出熄燈后性能劣化指數(shù)Ind—det0。求出Ind一detO時所用的圖形，可以根據(jù) 排氣性能與該催化劑的氧貯藏性能的關(guān)系決定，優(yōu)選通過實驗決定。此外， 在Phase2-Phasel》(規(guī)定值A(chǔ))，且(Power2 / Power)》(規(guī)定值B)時， 判斷氧貯藏性能(催化劑性能)劣化到界限，規(guī)定為熄燈后性能劣化標(biāo)志 Fdet0二l。另外，表示劣化界限的規(guī)定值A(chǔ)及規(guī)定值B，根據(jù)作為目標(biāo)的 排氣性能(診斷性能)決定。
<熄燈溫度推斷機構(gòu)150 (圖2S)〉
在本運算機構(gòu)150中，進行三元催化劑50的熄燈溫度的運算(推斷)。 具體是，如圖28所述，從熄燈后性能劣化指數(shù)In《detO，參照圖形，求出 熄燈溫度的運算(推斷)T0。求出T0時所用的圖形，例如如圖17所示， 可以根據(jù)實驗結(jié)果，從熄燈后的氧貯藏性能的劣化帶和熄燈溫度的變化帶 (上升帶)決定，但也可以考慮采用催化劑模型推斷。此外，在T0^ (規(guī) 定值C)或熄燈后性能劣化標(biāo)志Fdet0=l時，假設(shè)三元催化劑50超過性 能界限，例如，應(yīng)點亮用于告知外部的劣化告知燈，規(guī)定劣化告知燈標(biāo)志 Fdet=l。另外，表示催化劑50的(熄燈性能)的劣化界限的規(guī)定值C， 根據(jù)作為目標(biāo)的排氣性能(診斷性能)決定。
從以上說明可以看出，采用本實施方式的自診斷裝置10，由于按規(guī)定 頻率振動目標(biāo)空然比，基于A / F傳感器52和02傳感器51的輸出信號的 規(guī)定頻率成分，進行三元催化劑50的熄燈后的氧貯藏性能(催化劑性能A) 的檢測，并基于該結(jié)果，推斷熄燈溫度(催化劑性能B)，因此能夠在不 需要追加傳感器或其改進等的情況下，低成本且高精度地診斷催化劑的熄 燈性能。
圖29是第2實施方式的控制系統(tǒng)圖，與第l實施方式同樣，控制單 元100，如功能方塊圖所示，具有基本燃料噴射量運算機構(gòu)110、空燃比 修正項運算機構(gòu)120、劣化診斷許可判定機構(gòu)130 (以上與第1實施方式 相同)、催化劑特性A (熄燈后的氧貯藏性能)檢測機構(gòu)240及催化劑特 性B (熄燈溫度)推斷機構(gòu)250?？刂茊卧?00，在通常時，以通過基本燃料噴射量Tp及空燃比修正
項Lalpha，運算總氣缸的空燃比達到理論空燃比的各氣缸的燃料噴射量 Ti。以上與第l實施方式相同，在本實施方式中，在劣化診斷許可時，只 按規(guī)定值從規(guī)定時間、理論空燃比變換空燃比，基于A/F傳感器52和 02傳感器51的響應(yīng)滯后時間，進行三元催化劑50的熄燈后的氧貯藏性能 (催化劑性能A)的檢測，然后基于其結(jié)果，推斷熄燈溫度。
下面，詳細(xì)說明進行與第1實施方式不同的處理的機構(gòu)221、240、250。 <目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)221 (階躍響應(yīng))(圖30) > 本運算機構(gòu)121，代替第1實施方式的空燃比修正項運算機構(gòu)120(參 照圖23)具有的目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)121 (參照圖24)，在本實施方式的 目標(biāo)空燃比運算機構(gòu)221中，具體是進行圖30所示的處理。即在Fpdag =1時，將目標(biāo)空燃比規(guī)定為診斷時用目標(biāo)空燃比Tabfl。其以外，規(guī)定為 通常的目標(biāo)空燃比TabfD。即，在A/F傳感器52的輸出相當(dāng)于Tabfl后， 到02傳感器51的輸出相當(dāng)于Tabfl，發(fā)生響應(yīng)滯后時間，但這依賴于三 元催化劑50的氧貯藏(放出)性能。另外，在本實施方式中，將TabfO 規(guī)定為相當(dāng)理論空燃比的值，將Tabfl規(guī)定為從理論空燃比變換為稀規(guī)定 值的值，Tabfl的值，最好根據(jù)實驗從診斷精度、排氣性能(放出特性) 的雙方確定。
<熄燈后的氧貯藏性能檢測機構(gòu)240 (階躍響應(yīng))(圖31)〉 在本運算機構(gòu)240中，檢測熄燈后的氧貯藏性能。具體是，圖31所 示，由運算從A / F傳感器52的輸出Rabf到02傳感器的輸出RV02的響 應(yīng)滯后時間的響應(yīng)滯后時間運算機構(gòu)241、和基于該響應(yīng)滯后時間，運算 三元催化劑50的氧貯藏性能的氧貯藏性能運算機構(gòu)242構(gòu)成。
下面，詳細(xì)說明所述響應(yīng)滯后時間運算機構(gòu)241和氧貯藏性能運算機 構(gòu)242。
<響應(yīng)滯后時間運算機構(gòu)241 (圖32)〉
在本運算機構(gòu)241中，運算從A/F傳感器52的輸出Rabf到后02 傳感器的輸出RV02的響應(yīng)滯后時間。具體是，如圖32所述，在用目標(biāo) 空燃比運算機構(gòu)運算的Fpdag二l時，在達到Rabf〉Tabfl—K;Tabfl后，到 達到RV02<KRV02的時間規(guī)定為響應(yīng)滯后時間T一det。
17<氧貯藏性能運算機構(gòu)242 (圖33) >
在本運算機構(gòu)242中，進行三元催化劑50的氧貯藏性能的運算。具 體是，如圖33所述，從響應(yīng)滯后時間T一det及空氣量Qa，參照圖形，求 出熄燈后性能劣化指數(shù)IncLdetO。求出IncLdetO時所用的圖形，可以根據(jù) 排氣性能與該催化劑的氧貯藏性能的關(guān)系決定，優(yōu)選通過實驗決定。此外， 在ln《detO^Incldet—NG時，判斷氧貯藏性能(催化劑性能)劣化到界限， 規(guī)定為熄燈后性能劣化標(biāo)志FdetO二l。另夕卜，表示劣化界限的Ind—det—NG， 根據(jù)作為目標(biāo)的排氣性能(診斷性能)決定。
<熄燈溫度推斷機構(gòu)250>
由于構(gòu)成大致與第1實施方式相同，因此省略詳細(xì)的說明。 [第3實施方式]
圖34是第3實施方式的控制系統(tǒng)圖，與第1、第2實施方式同樣，控 制單元100，如功能方塊圖所示，具有基本燃料噴射量運算機構(gòu)110、空 燃比修正項運算機構(gòu)120、劣化診斷許可判定機構(gòu)130 (以上與第1實施 方式相同)、催化劑特性A (熄燈后的氧貯藏性能)檢測機構(gòu)340及催化 劑特性B (熄燈溫度)推斷機構(gòu)350。另外，在本實施方式中，在三元催 化劑50的下游，沒有02傳感器，而有NOx傳感器53，也向控制單元IOO 供給來自NOx傳感器53的輸出信號。
控制單元100,在通常時，以通過基本燃料噴射量Tp及空燃比修正 項Lalpha，運算全部氣缸的空燃比達到理論空燃比的各氣缸的燃料噴射量 Ti。以上與第l實施方式相同，但在本實施方式中，在劣化診斷許可時， 只按規(guī)定頻率振動目標(biāo)空燃比，基于此時的NOx傳感器53的輸出，進行 三元催化劑50的熄燈后的排氣凈化性能(催化劑性能A)的檢測，然后 基于其結(jié)果，推斷熄燈溫度(催化劑性能B)。
下面，詳細(xì)說明進行與第1及第2實施方式不同的處理的機構(gòu)340、
350。
<熄燈后的排氣凈化性能檢測機構(gòu)340 (圖35)〉 在本檢測機構(gòu)340中，檢測熄燈后的排氣凈化性能。具體是，-按圖35 所示的處理進行。從NOx傳感器53的輸出值RNOx及空氣量Qa，參照圖形，求出熄燈后性能劣化指數(shù)Ind—det0。求出Ind—detO時所用的圖形， 可以根據(jù)該催化劑的NOx凈化性能決定，優(yōu)選通過實驗決定。此外，在 Ind一detO》Ind—det一NG時，判斷氧貯藏性能(催化劑性能)劣化到界限，規(guī) 定為熄燈后性能劣化標(biāo)志FdetO二l。另外，表示劣化界限的Ind—det_NG， 根據(jù)作為目標(biāo)的排氣性能(診斷性能)決定。 <熄燈溫度推斷機構(gòu)350 (圖34) >
由于該機構(gòu)與第l、第2實施方式相同，因此省略詳細(xì)的說明。 另外，在本實施方式，采用NOx傳感器，例如，采用HC傳感器、 CO傳感器等，也能夠進行相同的處理。
圖36是第4實施方式的控制系統(tǒng)圖，與第1 第3實施方式同樣，控 制單元100，如功能方塊圖所示，具有基本燃料噴射量運算機構(gòu)110、空 燃比修正項運算機構(gòu)120、劣化診斷許可判定機構(gòu)430、催化劑特性A(熄 燈后的氧貯藏性能)檢測機構(gòu)440及催化劑特性B (熄燈溫度)推斷機構(gòu) 450。另外，具有點火時間設(shè)定機構(gòu)160，基于推斷熄燈溫度，設(shè)定使起動 時的點火時期的滯后量及點火時間滯后的時間。在本實施方式中，劣化診 斷許可判定機構(gòu)430、催化劑特性B (熄燈溫度)推斷機構(gòu)450形成如圖 37、圖38所示的構(gòu)成，在上述實施方式中不具有的點火時間設(shè)定機構(gòu)160， 形成如以下所述的構(gòu)成。
<點火時間設(shè)定機構(gòu)160 (圖39) >
在本設(shè)定機構(gòu)160中，設(shè)定點火時間。具體是，按圖39所示的處理進 行。從Tb(基本燃料噴射量)及Ne(發(fā)動機轉(zhuǎn)速)決定基本點火時間ADVO。 此外，在催化劑推斷溫度達不到熄燈溫度時，S卩，Tcat《TO時，根據(jù)熄燈 溫度TO，將參照圖形的值規(guī)定為點火時期的滯后量ADVRTD。將從基本點 火時間ADVO減去點火時期的滯后量ADVRTD的值規(guī)定為點火時間ADV。
另外，在上述實施方式中，采用三元催化劑，但也不局限于此，只要 是具有三元性能的催化劑，就能夠應(yīng)用到本發(fā)明。尤其在HC吸附燃燒催 化劑中，由于其熄燈溫度是決定該催化劑的性能的重要因素，所以不用說 應(yīng)用到本發(fā)明是當(dāng)然有效。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)動機自診斷裝置，具有 對催化劑的溫度進行升溫的催化劑升溫機構(gòu)； 催化劑溫度檢測機構(gòu)； 催化劑凈化性能檢測機構(gòu)；檢測催化劑的熄燈狀況的催化劑熄燈檢測機構(gòu)；以及判定機構(gòu)，其在由所述催化劑溫度檢測機構(gòu)檢測的催化劑溫度已達到推定熄燈溫度而所述催化劑熄燈檢測機構(gòu)檢測出未熄燈時，將所述催化劑升溫機構(gòu)判定為異常。
2. —種發(fā)動機自診斷裝置，具有 推定催化劑溫度的催化劑溫度推定機構(gòu)； 檢測催化劑溫度的催化劑溫度檢測機構(gòu)；直接或者間接檢測所述催化劑的凈化性能的催化劑凈化性能檢測機A催化劑升溫機構(gòu)異常判斷機構(gòu)，其在啟動后規(guī)定時間內(nèi)，由所述催化 劑溫度檢測機構(gòu)檢測的溫度比由所述催化劑溫度推定機構(gòu)推定的溫度低 規(guī)定值以上時，判斷對催化劑溫度進行升溫的機構(gòu)為異常；以及催化劑熄燈性能判定機構(gòu)，其在由所述催化劑升溫機構(gòu)異常判斷機構(gòu) 判斷為沒有異常時，在所述啟動后規(guī)定時間內(nèi)，根據(jù)由所述催化劑凈化性 能檢測機構(gòu)檢測的催化劑凈化性能，判定所述催化劑的熄燈性能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動機自診斷裝置，具有對催化劑的溫度進行升溫的催化劑升溫機構(gòu)；催化劑溫度檢測機構(gòu)；催化劑凈化性能檢測機構(gòu)；檢測催化劑的熄燈狀況的催化劑熄燈檢測機構(gòu)；以及判定機構(gòu)，其在由所述催化劑溫度檢測機構(gòu)檢測的催化劑溫度已達到推定熄燈溫度而所述催化劑熄燈檢測機構(gòu)檢測出未熄燈時，將所述催化劑升溫機構(gòu)判定為異常。
文檔編號F01N3/20GK101311507SQ20081010002
公開日2008年11月26日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者中川慎二, 加藤木工三, 大須賀稔 申請人:株式會社日立制作所