专利名称：发动机自诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的自诊断装置，具体涉及能够低成本且高精度地进行发动机排气通路所具备的排气净化用催化剂的诊断的发动机自诊断装置。
背景技术：
近年来，随着北美、欧洲、日本等的汽车用发动机的自诊断控制的强化，有关发动机的排气性能的各装置的诊断精度也要求高精度化。尤其，净化从发动机排出的排气的特定成分(HC、CO、NOx)的催化剂的诊断精度尤为重要。一般，催化剂在规定温度以上发挥排气净化功能。排气净化率达到规定值以上的状态称为催化剂熄灯(light off)(或催化剂活性化)，但是以往的催化剂诊断对象是催化剂熄灯后的净化性能。另外，近年来，随着催化剂及催化剂控制的高性能化，从发动机排出的排气的所述特定成分的量，支配从发动机起动后到催化剂熄灯的期间的排出的量。因此，重要的是诊断催化剂的熄灯(light off)性能。
作为诊断催化剂的性能的装置，在下记专利文献1中，提出了利用设在催化剂下游的HC传感器等的排气成分传感器检测与发动机的运转状态及催化剂的工作状态对应的排气成分浓度，基于该检测值，诊断例如催化剂的熄灯性能的装置。
此外，在下记专利文献2中，提出了在催化剂下游具备O2传感器和检测催化剂的温度的传感器，在基于催化剂下游的O2传感器诊断催化剂的性能时，基于检测的催化剂温度变更诊断催化剂性能的基准值的诊断装置。
但是，上述的诊断装置都需要追加排气成分传感器或温度传感器等新的传感器，有装置成本提高的顾虑。
另外，在下记专利文献3中，提出了从配设在催化剂上下游的O2传感器的输出信号的相关关系，检测催化剂内的氧贮藏性能活性化的时间，基于该检测时间，诊断催化剂熄灯性能的装置。
在所述的诊断装置中，需要在催化剂熄灯前使催化剂下游的O2传感器活性化。但是，实际上，因催化剂内的水分，一般在以不引起传感器破碎等问题的方式，充分蒸发催化剂内的水分后，升温催化剂下游测的传感器。因而，如上述诊断装置，要在催化剂熄灯前使催化剂下游的O2传感器活性化，需要改进该传感器。
此外，在下记专利文献4中，鉴于在催化剂熄灯中，不能使催化剂下游的O2传感器(A/F传感器)充分活性化，提出了根据催化剂下游的O2传感器的温度，变更诊断判定值的装置。
但是，即使在该诊断装置中，在催化剂熄灯性能时，需要使催化剂O2传感器活性化到某种程度，与所述的诊断装置同样，具有传感器破碎的顾虑。此外，由于在催化剂下游的传感器活性化途中进行诊断，所以还担心降低精度。
此外，上述诊断装置，由于都直接检测熄灯时的特性，因此还存在不能区别是催化剂的熄灯性能劣化即催化剂本身劣化，还是使催化剂升温的机构的性能降低的问题。
专利文献1特开2003-176714号公报专利文献2特开平5-248227号公报专利文献3特开2001-317345号公报专利文献4特开平9-158713号公报发明内容本发明是鉴于以上的问题而提出的，其目的在于提供一种发动机自诊断装置，能够低成本且高精度地诊断催化剂的熄灯性能。
为达到上述目的，本发明的发动机自诊断装置的第1方式，其构成具备在排气净化用催化剂的温度或流入该催化剂的排气气体的温度处于规定温度范围时，直接或间接地检测所述催化剂的性能A的机构；和基于该检测的催化剂性能A，推断所述催化剂的温度处于所述规定温度范围外时的所述催化剂性能B的机构。
即，在本方式中，进行催化剂熄灯后的该催化剂的性能诊断(检测)，基于该性能诊断结果，推断、诊断催化剂熄灯前或熄灯中的性能。此处，催化剂的熄灯后的静态的(稳定)性能，一般，由用于其中的贵金属的比表面积大致支配地决定。另外，催化剂的熄灯性能也由其贵金属的比表面积大致支配地决定。因此，如果检测催化剂熄灯后的性能，就能够间接地推断催化剂熄灯前或熄灯中的性能(参照图1、图17)。
本发明的发动机自诊断装置的第2方式，其特征是所述催化剂至少具有三元性能。
本发明的发动机自诊断装置的第3方式，其特征是所述催化剂是HC吸附燃烧催化剂，该催化剂在其温度处于规定温度范围时吸附HC，在其温度达到所述规定温度范围以上时脱离吸附HC的同时净化该吸附·脱离HC。
本发明的发动机自诊断装置的第4方式，规定所述催化剂是稀NOx催化剂。
即，所述第2、第3及第4方式的催化剂，由于都是采用贵金属的催化剂，所以能够应用第1方式所述的诊断原理。
本发明的发动机自诊断装置的第5方式，其特征是，具有直接或间接地检测所述催化剂的温度的机构；在由该检测机构检测的所述催化剂的温度处于排气净化率达到规定值以上的温度范围时，直接或间接地检测出所述催化剂的性能A的机构；以及，基于所述催化剂性能A，推断在由该检测机构检测出的所述催化剂的温度处于使排气净化率达到规定值以下的温度范围时的所述催化剂的性能B的机构(参照图2)。
即，本方式，如前所述，按排气净化率在规定值以上、规定值以下，规定熄灯后和熄灯前的温度范围。
本发明的发动机自诊断装置的第6方式，其特征是所述催化剂性能B规定为排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0(参照图3)。
即，本方式，具体将从直接检测的熄灯后的催化剂性能推断的催化剂性能B，规定为熄灯温度。
本发明的发动机自诊断装置的第7方式，其特征是具有催化剂劣化判定机构，该催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述催化剂劣化(参照图4)。
即，在本方式中，由于在推断的熄灯温度达到规定值以上时，从发动机起动到催化剂熄灯的时间延长，排气的特定成分(HC、CO、NOx)增大，因此进行该催化剂劣化的判定。
在本发明的发动机自诊断装置的第8方式中，所述催化剂为HC吸附燃烧催化剂，所述催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述HC吸附燃烧催化剂劣化(参照图4)。
即，HC吸附燃烧催化剂的功能，分为HC吸附性能和吸附HC净化性能，但一般以贵金属作为主成分的吸附HC净化性能先劣化。因而，针对诊断HC吸附燃烧催化剂中的吸附HC净化性能的熄灯性能，即针对诊断HC吸附燃烧催化剂的劣化而形成。
在本发明的发动机自诊断装置的第9方式中，所述催化剂为稀NOx催化剂，所述催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述稀NOx催化剂劣化(参照图4)。
即，本方式，针对稀NOx催化剂的NOx贮藏性能的熄灯性能也依赖于该催化剂内的贵金属而形成。
在本发明的发动机自诊断装置的第10方式中，所述催化剂性能A规定为排气净化性能(参照图5)。
即，本方式，规定在催化剂达到规定温度以上后(熄灯后)检测的性能是催化剂净化性能。
在本发明的发动机自诊断装置的第11方式中，规定所述催化剂性能A是氧贮藏性能(参照图6)。
即，本方式，规定在催化剂达到规定温度以上后(熄灯后)的检测的性能是催化剂内的氧贮藏性能。催化剂的氧贮藏性能(OSC)，由其采用的贵金属的比表面积(分散性)及二氧化铈(或氧化锆)等助催化剂的载有量的双方决定。由于辅助催化剂的载有量从初期性能几乎不变化，因此OSC性能大致由贵金属的凝集决定。所以，通过诊断OSC性能，能够得到贵金属的凝集度，进而推断该催化剂的熄灯性能(催化剂性能B)。
在本发明的发动机自诊断装置的第12方式中，所述催化剂性能A规定为排气净化性能，所述催化剂B规定为使排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0(参照图7)。
即，本方式，规定在催化剂达到规定温度以上后(熄灯后)检测的性能是催化剂的排气净化性能，另外，具体将从熄灯后的排气净化性能推断的催化剂性能B规定为熄灯温度。
在本发明的发动机自诊断装置的第13方式中，所述催化剂性能A规定为氧贮藏性能，所述催化剂B规定为使排气净化率达到规定值以上或氧贮藏性能达到规定值以上的催化剂温度T0(参照图8)。
即，本方式，规定在催化剂达到规定温度以上后(熄灯后)检测的性能是催化剂的氧贮藏性能，另外，具体将从熄灯后的氧贮藏性能推断的催化剂性能B规定为熄灯温度。
本发明的发动机自诊断装置的第14方式，其特征是在所述催化剂下游具有排气成分检测机构(参照图9)。
即，本方式，利用排气成分检测机构直接检测催化剂下游的排气成分，据此检测熄灯后的催化剂净化率，基于检测的净化性能，推断熄灯性能。
本发明的发动机自诊断装置的第15方式，其特征是在所述催化剂下游具有O2传感器或A/F传感器(参照图10)。
即，在本方式中，利用O2传感器或A/F传感器，直接检测催化剂下游的A/F，据此检测熄灯后的催化剂的净化性能，基于检测的净化性能，推断熄灯性能。
本发明的发动机自诊断装置的第16方式，其特征是具有基于来自所述O2传感器或A/F传感器的输出信号，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构(参照图11)。
即，在本方式中，利用O2传感器或A/F传感器，直接检测催化剂下游的A/F，据此检测熄灯后的催化剂的氧贮藏性能，基于检测的氧贮藏性能，推断熄灯性能。
在本发明的发动机自诊断装置的第17方式中，具有具有按规定频率振动所述催化剂上游的O2浓度或空燃比的机构；运算所述O2传感器或空燃比传感器的输出信号的规定频率成分的机构；基于所述规定频率成分，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构(参照图12)。
即，在按规定频率振动催化剂上游的O2浓度或空燃比时，如果催化剂(氧贮藏性能)熄灯，催化剂上游的O2浓度或空燃比的振动，就通过该催化剂的氧贮藏性能显示与上游不同的举动。基于所述见解，在本方式中，通过频率分析催化剂下游的O2浓度或空燃比的振动，检测氧贮藏性能，基于检测的氧贮藏性能推断熄灯性能。
本发明的发动机自诊断装置的第18方式，具有将所述催化剂上游的O2浓度或空燃比变化规定值的机构；对于从在所述催化剂上游的O2浓度或空燃比变化规定值后，到催化剂下游的O2传感器的输出信号变化规定值之前的响应滞后时间进行运算的响应滞后时间运算机构；基于所述响应滞后时间，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构(参照图13)。
即，在按规定值变化催化剂上游的O2浓度或空燃比时，如果催化剂(氧贮藏性能)熄灯，到催化剂下游的O2浓度或空燃比的响应滞后时间，就依赖于该催化剂的氧贮藏性能。基于所述见解，在本方式中，通过求出到催化剂下游的O2浓度或空燃比变化的响应滞后时间，检测氧贮藏性能，基于检测的氧贮藏性能推断熄灯性能。
本发明的发动机自诊断装置的第19方式，具有升温所述催化剂的温度的机构；催化剂温度推断机构；配设在催化剂下游的O2传感器、A/F传感器或排气传感器；基于所述O2传感器、A/F传感器或排气传感器的输出信号，直接检测是否所述催化剂的净化率达到规定值以上而使所述催化剂熄灯的机构；异常判定机构，当在由所述催化剂温度推断机构得出的推断催化剂温度达到表示所述催化剂性能B的推断熄灯温度时，在所述催化剂熄灯直接检测机构中没有检测出所述催化剂熄灯的情况下，判定所述催化剂升温机构异常(参照图14)。
即，本方式，在催化剂的熄灯滞后的情况下，谋求区别是催化剂的熄灯性能劣化，还是催化剂的早期活性化(升温)机构劣化。具体是，在催化剂推断温度(不是实际温度)迟于所述的推断熄灯温度的情况下，催化剂应该(正常地)熄灯，但是，另外用O2传感器、A/F传感器或排气传感器等，检测催化剂是否熄灯，此时，在未熄灯时，判断催化剂未达到熄灯温度，判定该催化剂的升温机构异常。
本发明的发动机自诊断装置的第20方式，具有告知所述催化剂的性能A及/或B或与其相关的信息的机构。
本发明的发动机自诊断装置的第21方式，具有基于所述催化剂的性能A及B，修正发动机控制参数的机构(参照图15)。
即，根据按以上求出的催化剂的性能，修正发动机控制参数，谋求进一步降低从发动机排出的排气中的特定成分(HC、CO、NOx)。
本发明的发动机自诊断装置的第22方式，具有基于形成所述催化剂性能B的、使排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0，修正升温所述催化剂温度的机构的控制参数的机构(参照图16)。
即，本方式，根据按以上推断的催化剂的熄灯性能，修正例如发动机起动时的控制参数。
本发明的发动机自诊断装置的第23方式，所述对所述催化剂温度进行升温的机构的控制参数，是点火时期的滞后量及/或延迟点火时期的期间(参照图16)。
即，在本方式中，根据按以上推断的催化剂的熄灯性能，例如为了催化剂早期活性化，修正点火时的滞后量及/或延迟点火时间的期间。
另外，根据本发明的汽车，装备有形成如上所述构成的发动机自诊断装置。
根据本发明的发动机自诊断装置，由于检测·诊断催化剂熄灯后的催化剂性能A，基于该检测·诊断结果，推断熄灯前或熄灯中的催化剂性能(催化剂性能B)，所以能够在不需要追加传感器或其改进等的情况下，低成本且高精度地诊断催化剂的熄灯性能。
图1是用于说明本发明的发动机自诊断装置的第1～第4方式的说明的图示。
图2是用于说明本发明的自诊断装置的第5方式的说明的图示。
图3是用于说明本发明的自诊断装置的第6方式的说明的图示。
图4是用于说明本发明的自诊断装置的第7～第9方式的说明的图示。
图5是用于说明本发明的自诊断装置的第10方式的说明的图示。
图6是用于说明本发明的自诊断装置的第11方式的说明的图示。
图7是用于说明本发明的自诊断装置的第12方式的说明的图示。
图8是用于说明本发明的自诊断装置的第12方式的说明的图示。
图9是用于说明本发明的自诊断装置的第14方式的说明的图示。
图10是用于说明本发明的自诊断装置的第15方式的说明的图示。
图11是用于说明本发明的自诊断装置的第16方式的说明的图示。
图12是用于说明本发明的自诊断装置的第17方式的说明的图示。
图13是用于说明本发明的自诊断装置的第18方式的说明的图示。
图14是用于说明本发明的自诊断装置的第19方式的说明的图示。
图15是用于说明本发明的自诊断装置的第21方式的说明的图示。
图16是用于说明本发明的自诊断装置的第22、23方式的说明的图示。
图17是用于说明本发明的诊断原理的、表示催化剂温度和OSC指数的关系的图示。
图18是表示本发明的自诊断装置的第1实施方式和采用其的发动机的图示。
图19是本发明的实施方式中的控制单元的内部构成图。
图20是第1实施方式的控制系统图。
图21是用于说明第1实施方式的基本燃料喷射量运算机构的说明的图示。
图22是用于说明第1实施方式的劣化诊断许可判定机构的说明的图示。
图23是用于说明第1实施方式的空燃比修正项运算机构的说明的图示。
图24是用于说明第1实施方式的目标空燃比运算机构的说明的图示。
图25是用于说明第1实施方式的熄灯后的氧贮藏性能检测机构的说明的图示。
图26是用于说明第1实施方式的频率成分运算机构的说明的图示。
图27是用于说明第1实施方式的氧贮藏性能运算机构的说明的图示。
图28是用于说明第1实施方式的熄灯温度推断机构的说明的图示。
图29是第2实施方式的控制系统图。
图30是用于说明第2实施方式的目标空燃比运算机构的说明的图示。
图31是用于说明第2实施方式的熄灯后的氧贮藏性能检测机构的说明的图示。
图32是用于说明第2实施方式的响应滞后时间运算机构的说明的图示。
图33是用于说明第2实施方式的氧贮藏性能运算机构的说明的图示。
图34是第3实施方式的控制系统图。
图35是用于说明第3实施方式的熄灯温度推断机构的说明的图示。
图36是第4实施方式的控制系统图。
图37是用于说明第4实施方式的劣化诊断许可判定机构的说明的图示。
图38是用于说明第4实施方式的熄灯温度推断机构的说明的图示。
图39是用于说明第4实施方式的点火时间设定机构的说明的图示。
图中10-发动机，17-燃烧室，19-水温传感器，20-吸气通路，24-气流传感器，25-电控节流阀，28-节流阀开度传感器，30-燃料喷射阀，34-节流阀开度传感器，35-火花塞，36-油门开度传感器，37-曲柄角(发动机转速)传感器，40-排气通路，40B-排气集合部，50-三元催化剂，51-O2传感器，52-A/F传感器，53-NOx传感器，100-控制单元，110-基本燃料喷射量运算机构，120-空燃比修正项运算机构，130-劣化诊断许可判定机构，140、240、340、440-熄灯后的氧贮藏性能检测机构，150、250、350、450-熄灯温度推断机构。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。
图18是与一例车载用发动机一同表示本发明的自诊断装置的第1实施方式和采用其的发动机的图示。
图示中的发动机10，例如是具有4个气缸的多缸发动机，具有气缸12和滑动自如地嵌插在该气缸12的各缸体#1、#2、#3、#4内的活塞15，在该活塞15的上方配置燃烧室17。在燃烧室17上邻接地设置火花塞35。
用于燃烧燃料的空气，从设在吸气通路20的始端部上的空气过滤器21进入，通过气流传感器24，经过电控节流阀25，进入到收集器56，从该收集器56经由配设在所述吸气通路20的下游端(吸气口)的吸气阀28，吸入到各缸体#1、#2、#3、#4的燃烧室17。此外，在所述吸气通路20的下游端，邻接地设置燃料喷射阀30。
吸入燃烧室17的空气与从燃料喷射阀30喷射的燃料混合的混合气，被火花塞36点火，爆发燃烧，其燃烧废气(排气)从燃烧室17，经由排气阀48，被排放到形成排气通路40的上游部分的单一通路部40A，从该单一通路部40A，通过排气集合部40B，流入排气通路40所具备的三元催化剂50，净化后向外部排放。
此外，在排气通路40的三元催化剂50的下游侧配置O2传感器51，在排气通路40的三元催化剂50的上游侧的排气集合部40B附近配置A/F传感器52。
所述A/F传感器52相对于排气中所含的氧的浓度具有线形的输出特性。排气中的氧浓度和空燃比的关系大致为线形，因而，通过检测氧浓度的A/F传感器52，能够求出所述排气集合部40B中的空燃比。此外，通过来自所述O2传感器51的信号，能够求出相对于三元催化剂50的下游的氧浓度或理论空燃比，空燃比是浓还是稀。
此外，从燃烧室17排到排气通路40的排气的一部分，根据需要，经由EGR通路41，被导入到吸气通路20，经由吸气通路20的分支通路部，环流到各气缸的燃烧室17。在所述EGR通路41上，夹装用于调整EGR率的EGR阀42。
而且，在本实施方式的自诊断装置1中，为了进行发动机10的种种控制，具有内设微型计算机的控制单元100。
控制单元100，基本上，如图19所示，由CPU101、输入电路102、输入键盘103、RAM104、ROM105等构成。
向控制单元100，作为输入信号，供给根据由气流传感器24检测的吸入空气量的信号；根据由节流阀传感器34检测的节流阀25的开度的信号；表示从曲柄角传感器37得到的曲轴18的旋转(发动机旋转所度)·相位的信号；根据由配设在排气通路40的催化剂50的下游侧的O2传感器51检测的排气中的氧浓度的信号；根据由配设在排气通路40的催化剂50的上游侧的排气集合部40B上的A/F传感器52检测的氧浓度(空燃比)的信号；根据由配设在气缸12上的水温传感器19检测的发动机冷却水温的信号；根据从油门开度传感器36得到的油门踏板39的压入量(表示驾驶者的要求转矩)的信号；根据从车速传感器29得到的搭载该发动机10的汽车的车速的信号等。
在控制单元100，输入A/F传感器52、O2传感器51、节流阀传感器34、气流传感器24、曲柄角传感器37、水温传感器16及油门传感器36等各传感器的输出，在用输入电路102进行了噪声除去等信号处理后，送入输入输出口103。输入口的值保存在RAM104，在CPU101内运算处理。记述运算处理的内容的控制程序预先写入ROM105。表示按照控制程序运算的各驱动器操作量的值保存在RAM104，然后送给输入输出口103。
相对于火花塞35的工作信号，调节在点火输出电路116内的初级侧线圈的通流时为ON，在非流通时为OFF的ON·OFF信号。点火时间是从ON变为OFF的时间。在输入输出口103调节的火花塞35用的信号，用点火输出电路增幅到点火所需的足够的能量，供给火花塞35。此外，燃料喷射阀30的驱动信号(空燃比控制信号)调节在开阀时为ON，在关阀时为OFF的ON·OFF信号，用燃料喷射阀驱动电路117增幅到足以打开燃料喷射阀30，供给燃料喷射阀30。实现电控节流阀25的目标开度的驱动信号，经过电控节流阀驱动电路118，送给电控节流阀25。
在控制单元100，从A/F传感器52的信号计算三元催化剂50上游的空燃比，从O2传感器51的信号，计算相对于催化剂50下游的氧浓度或理论空燃比，是浓还是稀。此外，采用两传感器51、52的输出，进行催化剂50的净化效率达到最佳的逐次修正燃料喷射量或吸入空气量的反馈控制。
下面，具体说明控制单元100进行的催化剂50的性能诊断。
图20是第1实施方式的控制系统图，控制单元100，如功能方块图所示，具有基本燃料喷射量运算机构110、空燃比修正项运算机构120、劣化诊断许可判定机构130、催化剂特性A(熄灯后的氧贮藏性能)检测机构140及催化剂特性B(熄灯温度)推断机构150。
控制单元100，在通常时候，以利用基本燃料喷射量Tp及空燃比修正项Lalpha，而使全部气缸的空燃比达到理论空燃比的方式，运算相对于各缸体#1～#4的燃料喷射量Ti。与之相对，在劣化诊断许可时，按规定频率振动目标空燃比，基于A/F传感器52和O2传感器51的各自的输出信号的规定频率成分，进行三元催化剂50的熄灯后的氧贮藏性能(催化剂性能A)的检测，然后基于其结果，推断熄灯温度。
下面，详细说明各处理机构。
<基本燃料喷射量运算机构110(图21)>
本运算机构110，基于发动机的流入空气量，在任意的运转条件下，运算同时实现目标转矩和目标空燃比的燃料喷射量。具体是，如图21所示，运算基本燃料喷射量Tp。此处，K是常数，是相对于流入空气量，通常能够实现理论空燃比的可调节的值。此外，Cy1表示发动机的气缸数。
<劣化诊断许可判定机构130(图22)>
在本许可判定机构130中，进行三元催化剂50的劣化诊断的许可判定。
具体，如图22所示，在满足Twn≥Twndag、NedagH≥Ne≥NedagL、QadagH≥Qa≥QadagL、ΔNe≥DNedag、ΔQa≥Dpadag、及Tcat≥Tcatdag全部时，设定劣化诊断许可标志Fpdag＝1，许可诊断。在其以外时禁止诊断，设定Fpdag＝0。
此处，Twn发动机冷却水温、Ne发动机转速、Qa流入空气量、ΔNe发动机转速变化率、ΔQa流入空气量变化率、Tcat催化剂推断温度。
ΔNe及ΔQa也可以规定为在上次job运算的值和在本次job运算的值的差。此外，由于催化剂温度与流入其中的排气的温度相符，排气的温度与流入空气量Qa(燃料喷射量)等相符，因此能够采用Twn、Qa、Qa的合计值等推断所述催化剂温度。具体已经提出多种方法，由于在书籍、文献等中有记载，因此此处不详细介绍。Tcatdag可以设定在三元催化剂50充分熄灯的温度。
<空燃比修正项运算机构120(图23)>
在本运算机构120中，基于A/F传感器52检测的空燃比，控制F/B(反馈)控制，以在任意的运转条件下，催化剂50入口的空燃比达到目标空燃比。具体如图23所示，从由目标空燃比运算机构131设定的目标空燃比Tabf和A/F传感器检测空燃比Rabf的偏差Dltabf，利用PI控制运算空燃比修正项Lalpha。空燃比修正项Lalpha乘以所述的基本燃料喷射量Tp。
<目标空燃比运算机构121(频率响应)(图24)>
在本运算机构121中，运算频率响应方式的目标空燃比。具体是按图24所示的处理进行。即在Fpdag＝1时，按频率fa[Hz]切换目标空燃比Tabf1L和目标空燃比Tabf1R。其以外，规定为通常的目标空燃比Tabf0。在本实施方式中，Tabf0规定为相当理论空燃比的值，Tabf1R规定为从理论空燃比变换为浓规定值的值，Tabf1L规定为从理论空燃比变换为稀规定值的值。Tabf1R(L)及fa的值，最好根据实验从诊断精度、排气性能(放出特性)的双方确定。
<熄灯后的氧贮藏性能检测机构140(频率响应)(图25)>
在本运算机构140中，检测熄灯后的氧贮藏性能。具体是按图25所示的处理进行。由运算A/F传感器52的输出Rabf及后O2传感器的输出RVO2的频率成分的频率成分运算机构141、和基于该频率成分，运算三元催化剂50的氧贮藏性能的氧贮藏性能运算机构142构成。
下面，说明所述频率成分运算机构141和氧贮藏性能运算机构142。
<频率成分运算机构141(图26)>
在本运算机构141中，运算A/F传感器52的输出Rabf及O2传感器51的输出RVO2的频率成分。具体是，如图26所述，从Rabf和RVO2的信号，采用DFT(Discrete Fourier Transform)，运算频率fa[Hz]的功率(Power1、Power2)及相位(Phase1、Phase2)。
<氧贮藏性能运算机构142(图27)>
在本运算机构142中，进行三元催化剂50的氧贮藏性能的运算。具体是，如图27所述，从Phase2-Phase1及Power2/Power，参照图形，求出熄灯后性能劣化指数Ind_det0。求出Ind_det0时所用的图形，可以根据排气性能与该催化剂的氧贮藏性能的关系决定，优选通过实验决定。此外，在Phase2-Phase1≥(规定值A)，且(Power2/Power)≥(规定值B)时，判断氧贮藏性能(催化剂性能)劣化到界限，规定为熄灯后性能劣化标志Fdet0＝1。另外，表示劣化界限的规定值A及规定值B，根据作为目标的排气性能(诊断性能)决定。
<熄灯温度推断机构150(图28)>
在本运算机构150中，进行三元催化剂50的熄灯温度的运算(推断)。具体是，如图28所述，从熄灯后性能劣化指数Ind_det0，参照图形，求出熄灯温度的运算(推断)T0。求出T0时所用的图形，例如如图17所示，可以根据实验结果，从熄灯后的氧贮藏性能的劣化带和熄灯温度的变化带(上升带)决定，但也可以考虑采用催化剂模型推断。此外，在T0≥(规定值C)或熄灯后性能劣化标志Fdet0＝1时，假设三元催化剂50超过性能界限，例如，应点亮用于告知外部的劣化告知灯，规定劣化告知灯标志Fdet＝1。另外，表示催化剂50的(熄灯性能)的劣化界限的规定值C，根据作为目标的排气性能(诊断性能)决定。
从以上说明可以看出，采用本实施方式的自诊断装置10，由于按规定频率振动目标空然比，基于A/F传感器52和O2传感器51的输出信号的规定频率成分，进行三元催化剂50的熄灯后的氧贮藏性能(催化剂性能A)的检测，并基于该结果，推断熄灯温度(催化剂性能B)，因此能够在不需要追加传感器或其改进等的情况下，低成本且高精度地诊断催化剂的熄灯性能。
图29是第2实施方式的控制系统图，与第1实施方式同样，控制单元100，如功能方块图所示，具有基本燃料喷射量运算机构110、空燃比修正项运算机构120、劣化诊断许可判定机构130(以上与第1实施方式相同)、催化剂特性A(熄灯后的氧贮藏性能)检测机构240及催化剂特性B(熄灯温度)推断机构250。
控制单元100，在通常时，以通过基本燃料喷射量Tp及空燃比修正项Lalpha，运算总气缸的空燃比达到理论空燃比的各气缸的燃料喷射量Ti。以上与第1实施方式相同，在本实施方式中，在劣化诊断许可时，只按规定值从规定时间、理论空燃比变换空燃比，基于A/F传感器52和O2传感器51的响应滞后时间，进行三元催化剂50的熄灯后的氧贮藏性能(催化剂性能A)的检测，然后基于其结果，推断熄灯温度。
下面，详细说明进行与第1实施方式不同的处理的机构221、240、250。
<目标空燃比运算机构221(阶跃响应)(图30)>
本运算机构121，代替第1实施方式的空燃比修正项运算机构120(参照图23)具有的目标空燃比运算机构121(参照图24)，在本实施方式的目标空燃比运算机构221中，具体是进行图30所示的处理。即在Fpdag＝1时，将目标空燃比规定为诊断时用目标空燃比Tabf1。其以外，规定为通常的目标空燃比Tabf0。即，在A/F传感器52的输出相当于Tabf1后，到O2传感器51的输出相当于Tabf1，发生响应滞后时间，但这依赖于三元催化剂50的氧贮藏(放出)性能。另外，在本实施方式中，将Tabf0规定为相当理论空燃比的值，将Tabf1规定为从理论空燃比变换为稀规定值的值，Tabf1的值，最好根据实验从诊断精度、排气性能(放出特性)的双方确定。
<熄灯后的氧贮藏性能检测机构240(阶跃响应)(图31)>
在本运算机构240中，检测熄灯后的氧贮藏性能。具体是，图31所示，由运算从A/F传感器52的输出Rabf到O2传感器的输出RVO2的响应滞后时间的响应滞后时间运算机构241、和基于该响应滞后时间，运算三元催化剂50的氧贮藏性能的氧贮藏性能运算机构242构成。
下面，详细说明所述响应滞后时间运算机构241和氧贮藏性能运算机构242。
<响应滞后时间运算机构241(图32)>
在本运算机构241中，运算从A/F传感器52的输出Rabf到后O2传感器的输出RVO2的响应滞后时间。具体是，如图32所述，在用目标空燃比运算机构运算的Fpdag＝1时，在达到Rabf＞Tabf1-K_Tabf1后，到达到RVO2＜KRVO2的时间规定为响应滞后时间T_det。
<氧贮藏性能运算机构242(图33)>
在本运算机构242中，进行三元催化剂50的氧贮藏性能的运算。具体是，如图33所述，从响应滞后时间T_det及空气量Qa，参照图形，求出熄灯后性能劣化指数Ind_det0。求出Ind_det0时所用的图形，可以根据排气性能与该催化剂的氧贮藏性能的关系决定，优选通过实验决定。此外，在Ind_det0≥Ind_det_NG时，判断氧贮藏性能(催化剂性能)劣化到界限，规定为熄灯后性能劣化标志Fdet0＝1。另外，表示劣化界限的Ind_det_NG，根据作为目标的排气性能(诊断性能)决定。
<熄灯温度推断机构250>
由于构成大致与第1实施方式相同，因此省略详细的说明。
图34是第3实施方式的控制系统图，与第1、第2实施方式同样，控制单元100，如功能方块图所示，具有基本燃料喷射量运算机构110、空燃比修正项运算机构120、劣化诊断许可判定机构130(以上与第1实施方式相同)、催化剂特性A(熄灯后的氧贮藏性能)检测机构340及催化剂特性B(熄灯温度)推断机构350。另外，在本实施方式中，在三元催化剂50的下游，没有O2传感器，而有NOx传感器53，也向控制单元100供给来自NOx传感器53的输出信号。
控制单元100，在通常时，以通过基本燃料喷射量Tp及空燃比修正项Lalpha，运算全部气缸的空燃比达到理论空燃比的各气缸的燃料喷射量Ti。以上与第1实施方式相同，但在本实施方式中，在劣化诊断许可时，只按规定频率振动目标空燃比，基于此时的NOx传感器53的输出，进行三元催化剂50的熄灯后的排气净化性能(催化剂性能A)的检测，然后基于其结果，推断熄灯温度(催化剂性能B)。
下面，详细说明进行与第1及第2实施方式不同的处理的机构340、350。
<熄灯后的排气净化性能检测机构340(图35)>
在本检测机构340中，检测熄灯后的排气净化性能。具体是，按图35所示的处理进行。从NOx传感器53的输出值RNOx及空气量Qa，参照图形，求出熄灯后性能劣化指数Ind_det0。求出Ind_det0时所用的图形，可以根据该催化剂的NOx净化性能决定，优选通过实验决定。此外，在Ind_det0≥Ind_det_NG时，判断氧贮藏性能(催化剂性能)劣化到界限，规定为熄灯后性能劣化标志Fdet0＝1。另外，表示劣化界限的Ind_det_NG，根据作为目标的排气性能(诊断性能)决定。
<熄灯温度推断机构350(图34)>
由于该机构与第1、第2实施方式相同，因此省略详细的说明。
另外，在本实施方式，采用NOx传感器，例如，采用HC传感器、CO传感器等，也能够进行相同的处理。
图36是第4实施方式的控制系统图，与第1～第3实施方式同样，控制单元100，如功能方块图所示，具有基本燃料喷射量运算机构110、空燃比修正项运算机构120、劣化诊断许可判定机构430、催化剂特性A(熄灯后的氧贮藏性能)检测机构440及催化剂特性B(熄灯温度)推断机构450。另外，具有点火时间设定机构160，基于推断熄灯温度，设定使起动时的点火时期的滞后量及点火时间滞后的时间。在本实施方式中，劣化诊断许可判定机构430、催化剂特性B(熄灯温度)推断机构450形成如图37、图38所示的构成，在上述实施方式中不具有的点火时间设定机构160，形成如以下所述的构成。
<点火时间设定机构160(图39)>
在本设定机构160中，设定点火时间。具体是，按图39所示的处理进行。从Tb(基本燃料喷射量)及Ne(发动机转速)决定基本点火时间ADV0。此外，在催化剂推断温度达不到熄灯温度时，即，Tcat≤T0时，根据熄灯温度T0，将参照图形的值规定为点火时期的滞后量ADVRTD。将从基本点火时间ADV0减去点火时期的滞后量ADVRTD的值规定为点火时间ADV。
另外，在上述实施方式中，采用三元催化剂，但也不局限于此，只要是具有三元性能的催化剂，就能够应用到本发明。尤其在HC吸附燃烧催化剂中，由于其熄灯温度是决定该催化剂的性能的重要因素，所以不用说应用到本发明是当然有效。
权利要求
1.一种发动机自诊断装置，其特征是，具备以下机构而构成在排气净化用催化剂的温度或流入该催化剂的排气气体的温度处于规定温度范围时，直接或间接地检测出所述催化剂的性能A的机构；以及，基于该被检测出的催化剂性能A，推断在所述催化剂的温度处于所述规定温度范围外时的所述催化剂的性能B的机构。
2.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂至少具有三元性能。
3.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂是HC吸附燃烧催化剂，所述催化剂当在其温度处于规定温度范围时吸附HC，而当在其温度达到所述规定温度范围以上时脱离所述吸附HC并净化其吸附·脱离HC。
4.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂是稀NOx催化剂。
5.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是，具有直接或间接地检测所述催化剂的温度的机构；在由该检测机构检测的所述催化剂的温度处于排气净化率达到规定值以上的温度范围时，直接或间接地检测出所述催化剂的性能A的机构；以及，基于所述催化剂性能A，推断在由该检测机构检测出的所述催化剂的温度处于使排气净化率达到规定值以下的温度范围时的所述催化剂的性能B的机构。
6.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂性能B是使排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0。
7.如权利要求6所述的发动机自诊断装置，其特征是具有催化剂劣化判定机构，该催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述催化剂劣化。
8.如权利要求7所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂为HC吸附燃烧催化剂，所述催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述HC吸附燃烧催化剂劣化。
9.如权利要求7所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂为稀NOx催化剂，所述催化剂劣化判定机构，当在使排气净化率达到规定值以上的所述催化剂温度T0达到规定温度以上时，判定所述稀NOx催化剂劣化。
10.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂性能A是排气净化性能。
11.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂性能A是氧贮藏性能。
12.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂性能A为排气净化性能，所述催化剂性能B是处于使排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0。
13.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是所述催化剂性能A为氧贮藏性能，所述催化剂性能B是处于使排气净化率达到规定值以上或使氧贮藏性能达到规定值以上的催化剂温度T0。
14.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是在所述催化剂下游具有排气成分检测机构。
15.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是在所述催化剂下游具有O2传感器或A/F传感器。
16.如权利要求15所述的发动机自诊断装置，其特征是具有基于来自所述O2传感器或A/F传感器的输出信号，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构。
17.如权利要求15所述的发动机自诊断装置，其特征是，具有按规定频率振动所述催化剂上游的O2浓度或空燃比的机构；运算所述O2传感器或空燃比传感器的输出信号的规定频率成分的机构；基于所述规定频率成分，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构。
18.如权利要求15所述的发动机自诊断装置，其特征是，具有将所述催化剂上游的O2浓度或空燃比变化规定值的机构；对于从在所述催化剂上游的O2浓度或空燃比变化规定值后，到催化剂下游的O2传感器的输出信号变化规定值之前的响应滞后时间进行运算的响应滞后时间运算机构；基于所述响应滞后时间，检测所述催化剂的氧贮藏性能的机构。
19.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是，具有升温所述催化剂的温度的机构；催化剂温度推断机构；配设在催化剂下游的O2传感器、A/F传感器或排气传感器；基于所述O2传感器、A/F传感器或排气传感器的输出信号，直接检测是否所述催化剂的净化率达到规定值以上而使所述催化剂熄灯的机构；异常判定机构，当在由所述催化剂温度推断机构得出的推断催化剂温度达到表示所述催化剂性能B的推断熄灯温度时，在所述催化剂熄灯直接检测机构中没有检测出所述催化剂熄灯的情况下，判定所述催化剂升温机构异常。
20.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是具有告知所述催化剂性能A及/或B、或与其相关的信息的机构。
21.如权利要求1所述的发动机自诊断装置，其特征是具有基于所述催化剂性能A及B，修正发动机控制参数的机构。
22.如权利要求21所述的发动机自诊断装置，其特征是具有基于形成所述催化剂性能B的、使排气净化率达到规定值以上的催化剂温度T0，修正对所述催化剂温度进行升温的机构的控制参数的机构。
23.如权利要求21所述的发动机自诊断装置，其特征是所述对所述催化剂温度进行升温的机构的控制参数，是点火时期的滞后量及/或延迟点火时期的期间。
24.一种汽车，装备有如权利要求1所述的发动机自诊断装置。
全文摘要
本发明提供一种发动机自诊断装置，能够在不需要追加传感器或其改进等的情况下，低成本且高精度地诊断催化剂的熄灯性能。其构成具备在排气净化用催化剂的温度处于规定温度范围时，直接或间接地检测所述催化剂的性能A的机构、和基于该检测的催化剂性能A，推断所述催化剂的温度处于规定温度范围外时的所述催化剂性能B的机构。
文档编号F02D45/00GK1776204SQ20051011873
公开日2006年5月24日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年11月15日
发明者中川慎二, 加藤木工三, 大须贺稔 申请人:株式会社日立制作所