JPH1113458A - 内燃機関の触媒状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度がよくない温度センサを排気温センサと
して用いた場合でも、精度のよい温度センサを用いた場
合と同等の精度でＮＯｘ触媒の劣化状態を判定できるよ
うにすること。 【解決手段】 内燃機関の触媒状態検出装置は、エンジ
ンが始動した時のＮＯｘ触媒の上流側排気温（ＴＨＣ
Ｆ）と下流側排気温（ＴＨＣＲ）の差分（ΔＴＨＣ）を
算出する差分算出手段（ＣＰＵ１９）と、この差分算出
手段に応じて上流側排気温測定用の上流側温度センサ１
０と下流側排気温測定用の下流側温度センサ１１のうち
精度のあまりよくない下流側温度センサ１１が検出した
値を補正する補正値を求める補正値演算手段（ＣＰＵ１
９）と、この補正値演算手段によって演算した補正値を
前記一方の温度センサが検出した値に加算し、これによ
って得た値を下流側温度センサ１１の補正後温度とする
補正後温度演算手段（ＣＰＵ１９）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の触媒状態検出
装置、詳しくは排気系にＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の
触媒状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
空燃比領域でエンジン排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯ
ｘ触媒は、所定の温度範囲にあるときに、効率よく排ガ
ス成分中のＨＣとＮＯｘを吸着してＮＯｘを浄化する。

【０００３】また、ＮＯｘ触媒は、内燃機関の運転中、
排ガスが入って来る側の温度と出て行く側の温度とで差
があり、出て行く側の温度が高い。これは、触媒の反応
熱の影響によるものである。

【０００４】そして、ＮＯｘ触媒は、酸素を吸着すると
浄化性能機能が著しく低下するほどに劣化し、その結
果、反応熱を発しなくなるので前記触媒前後の温度差が
縮まってしまうという特性を有する。

【０００５】そこで、例えば特開平５−３１２０２４号
公報では、排気管内におけるＮＯｘ触媒の配置箇所近傍
の上流側および下流側の位置にそれぞれ温度センサを配
置し、両位置におけるセンサ出力値の温度差が所定の
値、すなわち、しきい値よりも小さい場合には、ＮＯｘ
触媒が劣化状態にあると判定する技術を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、温度センサ
の精度が悪いと、誤判定をおこし、実際にはしきい値よ
りも高い温度差であるのにも拘らず、温度差はしきい値
以下であるという判定をしてしまい、その結果、ＮＯｘ
触媒が劣化していないのにも拘らず、劣化しているとい
う判定をしてしまう虞れがある。

【０００７】また、排気温センサには、通常、高精度の
温度センサが用いられるが、精度のよい温度センサは量
産化が難しく高価である。本発明は上記実情に鑑みなさ
れたものであって、精度があまりよくない温度センサを
排気温センサとして用いた場合でも、精度のよい温度セ
ンサを用いていると同等の精度でＮＯｘ触媒の劣化状態
を判定できる内燃機関の触媒状態検出装置を提供するこ
とを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
本発明の内燃機関の触媒状態検出装置は、以下の構成と
した。

【０００９】すなわち、内燃機関の排気管に取り付けた
触媒の排気上流側および排気下流側の位置にそれぞれ上
流側温度センサおよび下流側温度センサを配置し、これ
らの温度センサが検出した前記触媒の上流側排気温と下
流側排気温の差分に基づいて前記触媒の劣化状態の有無
を検出する内燃機関の触媒状態検出装置において、前記
内燃機関の始動時における前記差分を算出する差分算出
手段と、この差分算出手段によって算出した差分値に応
じて前記上流側温度センサおよび下流側温度センサのう
ちいずれか一方の温度センサの出力値を補正する補正手
段と、を有することを特徴とする。

【００１０】本発明の内燃機関の触媒状態検出装置で
は、まず、差分算出手段によって内燃機関が始動した時
の触媒の上流側排気温と下流側排気温の差分を算出す
る。内燃機関の始動時は、触媒の上流側排気温と下流側
排気温とでまだ差がないので、触媒の上流側と下流側と
にそれぞれ配置した温度センサの雰囲気条件は同じとな
るはずである。それにも拘らず上流側排気温と下流側排
気温とに差があれば、それは、少なくともいずれか一方
の温度が正確に検出されなかった、換言すれば、上流側
温度センサおよび下流側温度センサのうち少なくとも一
方の温度センサの精度が良くないことを意味する。

【００１１】また、補正手段により、上流側排気温と下
流側排気温との差分値に応じて前記上流側温度センサお
よび下流側温度センサのうちいずれか一方の温度センサ
の出力値を補正する。

【００１２】したがって、補正された一方の温度センサ
の触媒補正後温度と、他方の温度センサの出力した温度
との差がしきい値内にあるように、一方の温度センサの
出力値を補正手段によって補正してやれば、一方の温度
センサの精度が悪い場合でも、精度のよい温度センサを
用いた場合と同じ効果を期待できる。

【００１３】換言すれば、精度の悪い一方の温度センサ
を補正によって補って、結果として精度のよい温度セン
サと同じにすれば、精度があまりよくない温度センサで
あっても、精度のよい温度センサを用いていると同等の
精度でＮＯｘ触媒の劣化状態を判定できる。

【００１４】一方、補正手段を次に示す補正値演算手段
および補正後温度演算手段で構成してもよい。補正値演
算手段とは、差分算出手段によって算出した差分値と上
流側排気温センサの示す排気温とが独立変数である関数
から求められる関数値を特定のマップに基づいて求め、
この関数値を下流側排気温センサの補正値とするための
手段である。また、補正後温度演算手段とは、前記補正
値を下流側温度センサが元々検出した値に加算したり、
あるいは加算する代わりに適宜な補正係数を乗算したり
して得た値を下流側温度センサの補正後温度として取り
扱う手段である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基づいて説明する。 〈装置構成の説明〉図１に示すように、内燃機関として
のガソリンエンジン１は、そのシリンダブロック１ａか
ら吸気管３と排気管８が延びており、一方の排気管８に
は、ＮＯｘ触媒９が設けられている。

【００１６】ＮＯｘ触媒９は、空燃比が理論空燃比より
も希薄なリーン運転時にＮＯｘを還元浄化する触媒であ
る。そして、このＮＯｘ触媒９の上流側における近傍に
上流側排気温センサ１０が設置され、ＮＯｘ触媒９の下
流側における近傍に下流側排気温センサ１１が設置され
ている。なお、ここでいう上流側および下流側とは排ガ
スの流れ方向における上流側および下流側の意味であ
る。

【００１７】また、シリンダブロック１ａには、図示し
ないウォータジャケットに通じる冷却水センサ１２が取
付けられている。そして、図示しない車輛の適所には外
気温を検出する外気温センサ１４が取り付けられてい
る。

【００１８】これら、冷却水センサ１２、外気温センサ
１４、前記上流側排気温センサ１０および下流側排気温
センサ１１は、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）
１６の入力側に電気的に接続されている。

【００１９】ＥＣＵ１６には、冷却水センサ１２からエ
ンジン水温信号が入力され、外気温センサ１４からは外
気温信号が入力される。また、上流側排気温センサ１０
および下流側排気温センサ１１からは、それぞれの排気
温度信号が入力される。

【００２０】次に、ＥＣＵ１６の電気的構成および機能
的構成について、それぞれ図２および図３のブロック図
に従って説明する。ＥＣＵ１６は、図２に示すように、
中央演算処理装置（以下「ＣＰＵ」という）１８と、Ｃ
ＰＵ１８に所望の動作をさせるための制御プログラムや
初期データが記憶され、これらを必要に応じて読み出す
読み出し専用メモリ（以下「ＲＯＭ」という）２０と、
ＣＰＵ１８の演算結果を一時記憶するランダムアクセス
メモリ（以下「ＲＡＭ」という）２２と、入力ポート２
４とを備え、これらは互いにバス２６によって接続され
ている。

【００２１】また、上流側排気温センサ１０、下流側排
気温センサ１１、冷却水センサ１２および外気温センサ
１４からの各検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２８を介して入
力ポート２４に入力される。

【００２２】そして、前記各検出信号に基づいて、ＣＰ
Ｕ１８がプログラムを実行することで、図３に示し、か
つ以下に順を追って説明する、差分算出手段と補正
手段とを実現する。

【００２３】の差分算出手段は、前記各種検出信号の
うち上流側排気温センサ１０および下流側排気温センサ
１１の検出信号に基づいて、エンジン１の始動時におけ
る、排気管８の上流側排気温（ＴＨＣＦ）と下流側排気
温（ＴＨＣＲ）の差分を差分値（ΔＴＨＣ）として算出
する手段である。

【００２４】の補正手段は、差分算出手段によって算
出した差分値に応じて前記上流側温度センサおよび下流
側温度センサのうちいずれか一方の温度センサの出力値
を補正する手段である。この補正手段には、補正値演
算手段および補正後温度演算手段が含まれる。

【００２５】補正値演算手段とは、前記差分値（ΔＴ
ＨＣ）と上流側排気温センサ１０の示す排気温（ＴＨＣ
Ｆ）とが独立変数である関数ｆ（ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ）
から求められる関数値を、図４に示すマップ（Ｍ１）に
基づいて求め、この関数値を下流側排気温センサ１１の
補正値とするための手段である。

【００２６】マップ（Ｍ１）は、ＲＯＭ２０に予め記憶
されており、上流側排気温センサ１０の示す上流側排気
温（ＴＨＣＦ）と下流側排気温センサ１１の示す下流側
排気温（ＴＨＣＲ）との差（ΔＴＨＣ）の程度に応じて
複数設けたグラフ線のうち、ある特定の温度差（ΔＴＨ
Ｃ）のグラフ線から前記関数値、すなわち下流側排気温
センサ１１の補正値を求めるためのものである。

【００２７】下流側排気温センサ１１の補正値とは、下
流側排気温センサ１１の精度を是正するための値であ
り、この実施の形態では、下流側排気温センサ１１の方
が上流側排気温センサ１０よりも精度がよくないことを
前提としている。

【００２８】また、マップ（Ｍ１）の縦軸は、関数ｆ
（ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ）から求められる関数値であり、
横軸は、上流側排気温センサ１０の示す排気温（ＴＨＣ
Ｆ）である。そして、マップ（Ｍ１）には、６種類のΔ
ＴＨＣに基づくグラフ線をそれぞれ符号ΔＴＨＣ１〜Δ
ＴＨＣ６で示している。

【００２９】ΔＴＨＣ１、ΔＴＨＣ２およびΔＴＨＣ３
は、上流側排気温センサ１０の示す値の方が、下流側排
気温センサ１１の示す値よりも高い場合を示しており、
それぞれ例えば１０゜Ｃの差、５゜Ｃの差および１゜Ｃ
の差の場合を示している。

【００３０】ΔＴＨＣ４、ΔＴＨＣ５およびΔＴＨＣ６
は、上流側排気温センサ１０の示す値の方が、下流側排
気温センサ１１の示す値よりも低い場合を示しており、
それぞれ例えば１０゜Ｃの差、５゜Ｃの差および１゜Ｃ
の差の場合を示している。

【００３１】そして、補正値演算手段によって、各温度
差ごとにマップ（Ｍ１）が照合され、上流側排気温セン
サ１０の示す値に応じた下流側排気温センサ１１の補正
値（関数値）が前記温度差ごとに求められるようになっ
ている。なお、上流側排気温センサ１０の方が下流側排
気温センサ１１よりも精度がよくないことを前提とした
場合は、ＣＰＵ１８は、これを上流側排気温センサ１０
の補正値演算手段として機能させることができることは
もちろんである。この場合、マップＭ１の横軸は、下流
側排気温センサ１１の示す排気温（ＴＨＣＲ）となる。

【００３２】また、マップ（Ｍ１）では、例示的に前記
６つのグラフ線を示したが、もっとグラフ線の数を増や
して温度差を細分化することが望ましい。 補正後温度演算手段とは、前記補正値を下流側温度セ
ンサ１１が元々検出した値に加算し、この加算して得た
値を下流側温度センサ１１の補正後温度として取り扱う
ものである。

【００３３】このように、ＣＰＵ１８を差分算出手段、
補正値演算手段および補正後温度演算手段を含む補正手
段として実現させたものが、本発明の実施の形態に係る
内燃機関の触媒状態検出装置である。

【００３４】次に、下流側温度センサ１１の補正後温度
を求めるためのルーチンについて図５を参照しながら説
明する。まず、ステップ１０１〜ステップ１０３におい
て、下流側排気温センサ１１を補正するための条件を満
たしているかどうかの判定を行う。なお、ステップのこ
とを以下単に「Ｓ」で表す。

【００３５】Ｓ１０１では、エンジン１が始動時かどう
かを判定する。この判定には、従来よりエンジン制御で
用いられている始動時判定フラグが適用される。エンジ
ン１が始動時であるときは肯定判定してＳ１０２に進
む。そうでないときは否定判定してＳ１０５へ進む。

【００３６】Ｓ１０２では、冷却水温（ＴＨＷ）が、外
気温（ＴＨＡＯ）にある所定の温度（ＴＨＷ１）を加え
た温度よりも低いかどうかを判定する。冷却水温は、外
気温が２５度位までの常温のときは外気温に追随しほぼ
同温度であるが、外気温がマイナスの場合等、かなり低
い場合は、追随できずそこまでは下がらない。したがっ
て、両者の対応関係をマップ（図示せず）にしてＳ１０
２の適用範囲を決めるようにしてもよい。Ｓ１０２で肯
定判定されればエンジン１が冷却状態、すなわちエンジ
ン１が始動状態にあるという判断がされ、次のＳ１０３
へ移行する。そうでないときは否定判定してＳ１０５へ
進む。

【００３７】Ｓ１０３では、外気温（ＴＨＡＯ）が最低
外気温（ＴＨＡＯＭＩＮ）よりも高いかどうかを判定す
る。これは、排気管８の温度が外気温（ＴＨＡＯ）と同
じであって、かつその温度が上流側排気温センサ１０と
下流側排気温センサ１１との測定可能範囲にあるかどう
かを見極めるためである。図６に温度センサの抵抗温度
特性を示す。この図からわかるように、一般に、温度セ
ンサは、外気温が低いと、その抵抗値が大きく成り過ぎ
て機能しなくなる。したがって、上流側排気温センサ１
０と下流側排気温センサ１１とを十分機能させるために
もＳ１０３の判定は必要である。

【００３８】Ｓ１０４で排気管８におけるＮＯｘ触媒９
の上流側排気温度（ＴＨＣＦ）と下流側排気温度（ＴＨ
ＣＲ）との差分（ΔＴＨＣ）を取る。Ｓ１０５でマップ
（Ｍ１）と前記差分（ΔＴＨＣ）とから下流側排気温セ
ンサ１１の温度補正量ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ） を求
める。この温度補正量ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ） は、
Ｓ１０４で求めた温度差に応じて変わる。例えば上流側
温度センサ１０の示す値（ＴＨＣＦ）が２５゜Ｃで下流
側温度センサ１１の示す値（ＴＨＣＲ）が２０゜Ｃであ
った場合、その温度差は５゜Ｃであるから、マップ（Ｍ
１）に示したΔＴＨＣ２の線図を用いてそのときの関数
値を求める。具体的には、マップ（Ｍ１）の横軸から上
流側温度センサ１０の示す値２５゜Ｃを見つけ、ΔＴＨ
Ｃ２の線図と交差する位置に対応する関数値ｆ （ΔＴ
ＨＣ，ＴＨＣＦ）を見つければ、これが下流側排気温セ
ンサ１１の温度補正量ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ）とな
る。

【００３９】なお、この補正量は、エンジン１の始動時
において、下流側温度センサ１１に係る補正後温度（Ｔ
ＨＣＲＮ）と、上流側温度センサ１０の出力した温度
（ＴＨＣＦ）との差が、所定のしきい値以下の値になる
値であればよく、経験に基づいた実測値であっても、ま
た、これらの実測値から統計的手法により割だした所定
の計算式から導き出したものでもよい。

【００４０】いずれにしろ、ΔＴＨＣとＴＨＣＦとをベ
ースにして補正値は割り出される値であるので、これら
をしきい値を求めるための関数に係る独立変数として取
り扱っている。

【００４１】Ｓ１０６でＳ１０５で求めた温度補正量ｆ
（ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ） を下流側排気温センサ１１の
出力値、すなわち前記の例でいえば２０゜Ｃに付け足
し、その加算値ＴＨＣＲ＋ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ）
を下流側温度センサ１１の補正後温度（ＴＨＣＲＮ）と
する。なお、加算する代わりに適宜な補正係数を掛ける
ようにしてもよい。

【００４２】〈実施形態の作用効果〉このような内燃機
関の触媒状態検出装置では、まず、差分算出手段によっ
てエンジン１が始動した時のＮＯｘ触媒９の上流側排気
温（ＴＨＣＦ）と下流側排気温（ＴＨＣＲ）との差分
（ΔＴＨＣ）を算出する。

【００４３】エンジン１の始動時は、ＮＯｘ触媒９の上
流側排気温（ＴＨＣＦ）と下流側排気温（ＴＨＣＲ）と
でまだ差がないので、ＮＯｘ触媒９の上流側と下流側と
にそれぞれ配置した温度センサ１０，１１の雰囲気条件
は同じになるはずである。それにも拘らず、上流側排気
温（ＴＨＣＦ）と下流側排気温（ＴＨＣＲ）とに差があ
れば、それは、少なくともいずれか一方の温度が正確に
検出されなかった、換言すれば上流側温度センサ１０お
よび下流側温度センサ１１のうち少なくとも一方の温度
センサの精度が良くないことを意味する。この実施の形
態では、既述のように上流側排気温センサ１０を正しい
ものとし、下流側温度センサ１１の方が精度が良くない
ことを前提としている。

【００４４】また、補正手段に含まれる補正値演算手段
は、上流側排気温（ＴＨＣＦ）と下流側排気温（ＴＨＣ
Ｒ）との差分値（ΔＴＨＣ）が少なくとも独立変数であ
る関数ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ） によって求められる
関数値を、下流側温度センサ１１の補正値としている。

【００４５】そして、補正手段に含まれる補正後温度演
算手段は、前記補正値を下流側温度センサ１１が検出し
た値に加算し、これによって得た値を下流側温度センサ
１１の補正後温度とする。

【００４６】したがって、エンジン１の始動時に、この
下流側温度センサ１１に係る補正後温度（ＴＨＣＲＮ）
と、上流側温度センサ１０の出力した温度（ＴＨＣＦ）
との差が所定の許容値である、しきい値以下の値になる
ように、関数ｆ （ΔＴＨＣ，ＴＨＣＦ） によって求め
られる値、すなわち下流側温度センサ１１を補正するた
めの補正値を予め設定しておけば、下流側温度センサ１
１の精度が悪い場合でも、これを精度のよい温度センサ
を用いた場合と同じ効果を期待できる。

【００４７】換言すれば、精度の悪い一方の温度センサ
を補正によって補って、結果として精度のよい温度セン
サと同じにすれば、精度があまりよくない温度センサで
あっても、精度のよい温度センサを用いていると同等の
精度でＮＯｘ触媒の劣化状態を判定できる。

【００４８】なお、この実施の形態では、内燃機関の触
媒状態検出装置をガソリンエンジンに適用した場合につ
いて説明したが、ディーゼルエンジンにも適用できるこ
とはもちろんである。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、内燃機関が始動した時の触媒
の上流側排気温と下流側排気温の差分を算出する差分算
出手段と、差分算出手段によって算出した差分値に応じ
て上流側温度センサおよび下流側温度センサのうちいず
れか一方の温度センサが出力した値を補正する補正手段
とを有しているので、結果として精度があまりよくない
温度センサを排気温センサとして用いた場合でも、精度
のよい温度センサを用いていると同等の精度でＮＯｘ触
媒の劣化状態を判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】・・・本発明の全体構成図

【図２】・・・ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図

【図３】・・・ＣＰＵの機能的構成を示すブロック図

【図４】・・・温度補正量を示すマップ

【図５】・・・下流側温度センサの補正後温度を求める
ためのルーチンを説明するためのフローチャート

【図６】・・・温度センサの抵抗温度特性を示す図

【符号の説明】

１…エンジン １ａ…シリンダブロック ３…吸気管 ８…排気管 ９…ＮＯｘ触媒 １０…上流側排気温センサ １１…下流側排気温センサ １２…冷却水センサ １４…外気温センサ １６…ＥＣＵ １８…ＣＰＵ（差分算出手段、補正手段） ２０…ＲＯＭ ２２…ＲＡＭ ２４…入力ポート ２６…バス ２８…Ａ／Ｄ変換器 ＴＨＣＦ…排気管の上流側排気温 ＴＨＣＲ…排気管の下流側排気温 ΔＴＨＣ…ＴＨＣＦとＴＨＣＲとの差分値 ｆ…関数 Ｍ１…マップ ＴＨＷ１…冷却水温のある所定の温度 ＴＨＷ…冷却水温 ＴＨＡＯ…外気温 ＴＨＯＭＩＮ…最低外気温（上流側排気温センサと下流
側排気温センサの測定可能な最低温度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管に取り付けた触媒の排
   気上流側および排気下流側の位置にそれぞれ上流側温度
   センサおよび下流側温度センサを配置し、これらの温度
   センサが検出した前記触媒の上流側排気温と下流側排気
   温の差分に基づいて前記触媒の劣化状態の有無を検出す
   る内燃機関の触媒状態検出装置において、 前記内燃機関の始動時における前記差分を算出する差分
   算出手段と、 この差分算出手段によって算出した差分値に応じて前記
   上流側温度センサおよび下流側温度センサのうちいずれ
   か一方の温度センサの出力値を補正する補正手段と、 を有することを特徴とする内燃機関の触媒状態検出装
   置。