JP3149714B2

JP3149714B2 - 内燃機関の触媒劣化診断装置

Info

Publication number: JP3149714B2
Application number: JP32741594A
Authority: JP
Inventors: 大羽　　拓; 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH08177469A

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劣化診断
装置に関し、詳しくは、触媒コンバータの上流側及び下
流側にそれぞれ配設された空燃比センサを用いて触媒の
劣化を診断するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に介装された触媒コ
ンバータの上流側及び下流側にそれぞれ酸素センサ（排
気中の酸素濃度を介して空燃比を検出する空燃比セン
サ）を配設し、上流側の酸素センサの出力信号を主にし
て、機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる
ための空燃比フィードバック制御を実行すると共に、前
記両酸素センサの出力信号の周期比較に基づいて触媒の
劣化を診断するよう構成された装置が、例えば特開昭６
３−２０５４４１号公報に開示されている。

【０００３】前記空燃比フィードバック制御において
は、上流側の酸素センサの出力信号に基づく目標空燃比
に対するリッチ・リーン判別による疑似的な比例積分制
御によって燃料供給量が制御されるので、上流側の酸素
センサの出力信号は、図３（ａ）に示すように、周期的
に目標空燃比に対するリッチ・リーンを繰り返す。これ
に対し、触媒コンバータの下流側では、触媒の酸素スト
レージ能力により残存酸素濃度の変動が非常に緩やかな
ものとなるため、下流側の酸素センサの出力信号は、図
３（ｃ）に示すように、上流側の酸素センサの出力信号
に比べて振幅が小さくかつ周期が長くなる。

【０００４】ところが、触媒が劣化してくると前記酸素
ストレージ能力が低下するため、触媒コンバータの上流
側と下流側とで酸素濃度が大きく変わらなくなり、その
結果、下流側の酸素センサの出力信号は、図３（ｄ）に
示すように、上流側の酸素センサの出力信号に近似した
周期で反転を繰り返すようになり、かつ、その振幅も大
きくなってくる。

【０００５】従って、空燃比フィードバック制御中にお
いて、上流側の酸素センサのリッチ・リーン反転周期Ｔ
１と下流側の酸素センサのリッチ・リーン反転周期Ｔ２
との比（Ｔ１／Ｔ２）を求め、この比が所定以上になっ
たとき、即ち、周期Ｔ２が短くなったときに、触媒が劣
化したものと判定するようにしている。また、特開平２
−３０９１５号公報には、強制的に空燃比を理論空燃比
からリッチ状態に遷移させてから、かかる空燃比のリッ
チ変動が下流側の酸素センサで検出されるまでの時間
（応答時間）が所定以下であるときには、前記酸素スト
レージ能力の低下によって前記応答時間が短くなったも
のと見做して、触媒の劣化診断を行う構成が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
周期比に基づく診断方法では、周期比と転換効率（劣化
レベル）との間には大きなばらつきがあるため、誤判定
を避けるためには劣化判定に用いるスライスレベルを比
較的大きな値にして、極端に劣化が進行した場合にのみ
劣化判定が行われるようにする必要があり、誤診断を回
避しつつ劣化診断の範囲を広げることが困難であるとい
う問題があった。

【０００７】一方、前記応答時間に基づく診断方法で
は、前記応答時間と転換効率（劣化レベル）との間には
比較的小さなばらつきしか発生しないため、精度良く広
い範囲の転換効率の触媒に対して診断を行うことが可能
である。ところが、前記応答時間に基づく診断において
は、空燃比を目標空燃比から強制的にずらす必要がある
ため、運転性，排気性状が悪化する惧れがある。また、
前記運転性への悪影響を極力回避するには限られた運転
条件で診断を行わせることが必要になるため、前記周期
比に基づいて精度の良い劣化判定が行えるような劣化が
極端に進んだ触媒であっても、周期比に基づく診断に比
べて実際に劣化判定がなされるまでに時間を要してしま
うという問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、特に極端に劣化が進行した触媒に対する劣化判定
の応答性を確保しつつ、劣化状態を広範囲に精度良く診
断でき、かつ、劣化診断による運転性への影響を極力少
なくできる触媒の劣化診断装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる内燃機関の触媒劣化診断装置は、図１に示すよ
うに構成される。図１において、機関の排気通路に介装
された触媒コンバータの上流側と下流側とにそれぞれ空
燃比センサが配設される。そして、空燃比フィードバッ
ク制御手段は、前記上流側空燃比センサによる検出結果
に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に一致
させるべく機関への燃料供給量をフィードバック制御す
る。

【００１０】一方、第１の劣化診断手段は、前記上流側
空燃比センサの出力と前記下流側空燃比センサの出力と
の比較に基づいて前記触媒の劣化診断を行う。また、第
２の劣化診断手段は、第１の劣化診断手段により正常又
は劣化のいずれにも診断できない診断不能状態であると
きにのみ、強制的に生じさせた空燃比変動が前記下流側
空燃比センサで検出されるまでの応答時間に基づいて前
記触媒の劣化診断を行う。

【００１１】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置では、前記第１の劣化診断手段が、前記上流
側空燃比センサの出力周期と前記下流側空燃比センサの
出力周期との比率に基づいて前記触媒の劣化診断を行う
構成であり、前記触媒が正常であると判定するための判
定レベルと、前記触媒が劣化していると判定するための
判定レベルとの間に前記比率が存在するときに、前記診
断不能状態であると判断する構成とした。

【００１２】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置では、前記第２の劣化診断手段が、前記空燃
比フィードバック制御手段に優先して、空燃比を目標空
燃比に対してリーン状態に強制的に制御し、かかるリー
ン状態が前記上流側及び下流側の空燃比センサで検出さ
れている状態から、空燃比を目標空燃比に対してリッチ
状態に強制的に切換え制御し、該リーン状態からリッチ
状態への切換え制御が上流側空燃比センサで検出されて
から前記下流側空燃比センサで前記切換え制御が検出さ
れるまでの応答時間を計測し、該応答時間と判定レベル
との比較に基づいて触媒の劣化，正常を判別する構成と
した。

【００１３】請求項４の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置では、前記第２の劣化診断手段が、前記応答
時間に基づく診断を複数回実行し、前記複数回の中で所
定割合以上劣化診断されたときに最終的な劣化判定を行
い、劣化診断の割合が所定未満であるときに正常判定を
行う構成とした。請求項５の発明にかかる内燃機関の触
媒劣化診断装置では、前記第２の劣化診断手段により劣
化又は正常の判定が行われた後、機関が停止されるまで
は、前記第２の劣化診断手段による劣化診断を禁止する
劣化診断禁止手段を設ける構成とした。

【００１４】

【作用】請求項１の発明にかかる内燃機関の触媒劣化診
断装置によると、第１の劣化診断手段によって上流側空
燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出力との比較
に基づいて触媒の正常又は劣化が診断できたときには、
第２の劣化診断手段による診断は行われず、第１の劣化
診断手段によって劣化又は正常のいずれにも診断できな
い診断不能状態であるときにのみ、第２の劣化診断手段
による劣化診断が行われる。

【００１５】即ち、両空燃比センサの出力信号を比較し
て行われる劣化診断では、明らかに正常或いは劣化と認
められる場合に判断を下し、ばらつき影響で正常或いは
劣化のいずれにも判別できないときに、より明確な劣化
診断が可能である第２の劣化診断手段により劣化診断を
行わせるものである。従って、極端に劣化が進行してい
る場合や明らかに正常と認められるときには、第１の劣
化診断手段によって応答良く診断結果を提供し、第１の
劣化診断手段によって誤診断する可能性のある状態にあ
るときには、第２の劣化診断手段による診断を行わせて
信頼性の高い診断結果を提供する。

【００１６】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、前記上流側空燃比センサの出力周
期と前記下流側空燃比センサの出力周期との比率に基づ
いて、触媒の酸素ストレージ能力の低下による下流側空
燃比センサの出力周期の短縮化を判別するが、ここで触
媒が正常であると判定するための判定レベルと触媒が劣
化していると判定するための判定レベルとの間に前記比
率が存在するときに、診断不能状態であると判断する。

【００１７】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、第２の劣化診断手段においては、
まず、空燃比をリーン化させておいてからリッチ側に反
転させ、かかる空燃比反転が上流側空燃比センサで検出
されてから下流側空燃比センサで検出されるまでの応答
時間を計測する。空燃比がリーンであれば、酸素ストレ
ージ能力によって触媒に多くの酸素が貯蔵されることに
なるから、空燃比がリッチに反転しても、大きな応答遅
れをもって触媒下流側の酸素濃度が変化することにな
り、前記応答時間がある時間以内になった場合には、前
記酸素ストレージ能力が許容レベル以下に低下したもの
と判断し、触媒劣化を判定する。

【００１８】請求項４の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、第１の劣化診断手段で診断できず
に第２の劣化診断手段による診断を行わせるに当たっ
て、１回の応答時間の計測で直ちに判断を下すのではな
く、複数回に渡って空燃比変動の発生と応答時間の計測
とを行わせ、劣化状態を示す応答時間が所定割合以上の
確率で計測されて初めて劣化判断を下し、第２の劣化診
断手段による診断精度の確保を図る。

【００１９】請求項５の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、第２の劣化診断手段による診断で
劣化又は正常の最終判断が下された後は、機関が停止さ
れるまでは、第２の劣化診断手段による劣化診断を禁止
し、空燃比変動を伴う第２の劣化診断手段による劣化診
断の頻度を低くする。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は実
施例のシステム構成図である。この図２において、内燃
機関１の吸気通路２には、各気筒の吸気ポートに向けて
燃料を噴射供給する燃料噴射弁３が各気筒毎に配設され
ていると共に、吸入空気量を調整するスロットル弁４が
介装されており、更に、前記スロットル弁４の上流側に
は吸入空気流量Ｑを検出する熱線式等のエアフローメー
タ５が配設されている。

【００２１】一方、排気通路６には、例えば三元触媒を
用いた触媒コンバータ７が介装されており、該触媒コン
バータ７の上流側と下流側とには、機関吸入混合気の空
燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃度を検出する第
１，第２酸素センサ８，９がそれぞれ配設されている。
前記第１，第２酸素センサ８，９は、排気中の酸素濃度
に応じた起電力を発生するもので、特に理論空燃比を境
に起電力が急変し、理論空燃比よりもリッチ側（過濃
側）で高レベル（約１Ｖ程度）の起電力を発生し、リー
ン側（希薄側）で低レベル（約100mV 程度) の起電力を
発生する。尚、前記第１酸素センサ８が上流側空燃比セ
ンサに相当し、前記第２酸素センサ９が下流側空燃比セ
ンサに相当する。

【００２２】前記下流側の第２酸素センサ９の下流に
は、マフラ10が介装され、前記触媒コンバータ７及びマ
フラ10を介して機関排気が排出される。また、機関１の
冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ11、所定クランク
角毎にパルス信号を発するクランク角センサ12が設けら
れており、前記クランク角センサ12からのパルス信号に
基づいて機関回転数Ｎが算出される。

【００２３】マイクロコンピュータを内蔵したコントロ
ールユニット13は、前記エアフローメータ５で検出され
る吸入空気流量Ｑ及び前記クランク角センサ12からのパ
ルス信号に基づいて算出した機関回転数Ｎに基づいて基
本パルス巾（基本燃料噴射量）ＴｐをＴｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ
（Ｋは定数）として演算し、更に、かかる基本パルス巾
に種々の増量補正や空燃比フィードバック補正を施して
最終的な噴射パルス巾（燃料噴射量）ＴＩを決定する。

【００２４】具体的には、次式に従ってパルス巾ＴＩが
算出される。ＴＩ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓここで、ＣＯＥＦは各種増量補正係数であり、例えば水
温Ｔｗに応じた水温増量補正、高速高負荷時の空燃比補
正などからなる。Ｔｓは、燃料噴射弁の無効噴射時間を
補償するようにバッテリ電圧に応じて付加される電圧補
正分である。

【００２５】また、αは、主に上流側の第１酸素センサ
８の出力信号に基づいて演算される空燃比フィードバッ
ク補正係数である。即ち、第１酸素センサ８の出力信号
を目標空燃比（理論空燃比）相当のスライスレベルと比
較して実際の空燃比の目標空燃比に対するリッチ・リー
ンを判別し、かかる判別結果に基づく疑似的な比例積分
制御によって求められる値であり、初期値の1.0 以上に
制御されればリッチ側へ、1.0 以下に制御されればリー
ン側へ空燃比が制御されることになる。

【００２６】図３の（ａ）は、前記空燃比フィードバッ
ク制御中の第１酸素センサ８の出力信号の一例を示し、
（ｂ）は前記出力信号に対応する空燃比フィードバック
補正係数αを示している。前記空燃比フィードバック補
正係数αは、上述したように、疑似的な比例積分制御に
より求めれるもので、第１酸素センサ８の出力が所定の
スライスレベルを横切ってリッチ側からリーン側へ反転
すると、補正係数αには一定の比例分Ｐ_Lが加算され、
かつ、所定の積分定数Ｉ_Lによる傾きで積分分が徐々に
加算されていく。同様に、リーン側からリッチ側へ反転
すると、補正係数αから一定の比例分Ｐ_Rが減算され、
かつ、所定の積分定数Ｉ_Rによる傾きで積分分だけ徐々
に減算されていく。このような作用の繰り返しによっ
て、実際の空燃比は１〜２Ｈｚ程度の周期で変化しつつ
略理論空燃比近傍に維持される。

【００２７】上記のコントロールユニット13による空燃
比フィードバック補正係数αの比例積分制御機能が、本
実施例における空燃比フィードバック制御手段に相当す
る。尚、燃料増量補正を行う必要がある低水温時や高速
高負荷時、或いは、減速中の燃料カット時等には、上記
空燃比フィードバック補正係数αが１にクランプされ、
実質的にオープン制御状態となる。

【００２８】一方、下流側の第２酸素センサ９の出力信
号に基づくリッチ・リーンの判別結果から、前記比例積
分制御で用いる比例分Ｐ_L，Ｐ_Rが、第２酸素センサ９
で検出される空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に近づ
く方向に補正されるようにしてある。尚、第１，第２酸
素センサ８，９の出力信号に基づく空燃比フィードバッ
ク制御を、上記に示した例に限定するものではなく、特
に下流側の第２酸素センサ９の出力に基づく補正制御
は、第１酸素センサ８の出力信号に基づきリッチ・リー
ン判別するときに用いるスライスレベルを補正する構成
や、リッチ・リーン反転から比例制御を行わせるまでの
ディレー時間を、第２酸素センサ９の出力に基づいて制
御する構成などであっても良い。

【００２９】ところで、本実施例において、前記コント
ロールユニット13は、後述するようにして前記触媒コン
バータ７の触媒の劣化診断を行い、所定レベル以上の劣
化が判定されたときには、警告灯14を点灯させ、運転者
に警告するよう構成されている。ここで、図４及び図５
のフローチャートに従って前記触媒劣化診断の実施例を
詳細に説明する。尚、本実施例において、第１の劣化診
断手段，第２の劣化診断手段としての機能は、前記図４
及び図５のフローチャートに示すように、コントロール
ユニット13がソフトウェア的に備えている。

【００３０】図４及び図５のフローチャートに示すルー
チンは所定時間毎に繰り返し実行されるものであり、ま
ず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）
では、触媒劣化の診断条件が成立しているか否かを判別
する。この診断条件とは、機関始動時の水温が所定値以
上であること、機関暖機完了後所定時間が経過している
こと、下流側の第２酸素センサ９が活性化していること
（活性状態は出力信号レベルに基づいて判断される）の
３条件であり、全ての条件を満たす場合に限ってステッ
プ２へ進む。

【００３１】ステップ２では、現在の機関運転条件が、
前記空燃比フィードバック制御を行う領域内にあるか否
かの判定を行う。具体的には、車速が所定範囲内にある
こと、機関回転数Ｎが所定範囲内にあること、基本パル
ス巾Ｔｐで代表される機関負荷が所定範囲内にあること
を、フィードバック制御の条件としており、これらの全
ての条件を満たす場合に、空燃比フィードバック制御が
行われる状態であって、触媒の診断が行える条件である
と判断してステップ４へ進み、空燃比フィードバック制
御が実行されない条件であるときには、触媒の診断も不
能であるとして、ステップ３へ進み、各種パラメータ
（後述するFO2CT,RO2CT, D20K,D2STB)をクリヤする。

【００３２】即ち、本実施例では、後述するように、空
燃比フィードバック制御に伴って目標空燃比に対するリ
ッチ・リーンを繰り返すときの第１，第２酸素センサ
８，９の出力変動周期に基づいて触媒の劣化診断を行う
ので、空燃比フィードバック制御中であることが、劣化
診断の必要条件となる。ステップ４では、第２診断への
移行を示すフラグD20Kに０がセットされていて、第１診
断を行うべき条件にあるか否かを判別する。尚、第１診
断（第１の劣化診断手段）とは、後述するように、第
１，第２酸素センサ８，９の出力信号の周期比に基づく
劣化診断を示し、第２診断（第２の劣化診断手段）と
は、空燃比変動に対する触媒下流側での応答遅れ時間に
基づく劣化診断を示す。

【００３３】前記フラグD20Kが０であるときには、ステ
ップ５へ進み、上流側の第１酸素センサ８のリッチ・リ
ーン反転回数を計数するカウンタFO2CT が所定値CMSW以
上になっているか否かを判別する。前記リッチ・リーン
反転回数とは、第１，第２酸素センサ８，９の出力信号
が理論空燃比相当のスライスレベルを横切って空燃比の
リッチからリーンへの又はリーンからリッチへの反転を
示した状態の回数を示すものである。

【００３４】ここで、前記リッチ・リーン反転回数FO2C
T が所定値CMSW未満であるときには、ステップ６へ進ん
で、上流側の第１酸素センサ８のリッチ・リーン反転回
数FO2CT 及び下流側の第２酸素センサ９のリッチ・リー
ン反転回数RO2CT との計数を行わせる。一方、ステップ
５で、上流側の第１酸素センサ８のリッチ・リーン反転
回数FO2CT が所定値CMSW以上になったことが判別される
と、ステップ７へ進んで、前記反転回数RO2CT ，FO2CT
の比率ＨＺＲ（ＨＺＲ＝RO2CT ／FO2CT ）を算出する。

【００３５】触媒が劣化しておらず、所期の酸素ストレ
ージ能力を有する場合には、上流側の反転回数FO2CT に
対して下流側の反転回数RO2CT は所定以上に小さな値と
なるが、触媒劣化に伴って酸素ストレージ能力が低下す
ると、下流側の反転回数RO2CT が劣化の進行に伴って上
流側の反転回数FO2CT に徐々に近づくことになり、結
果、前記比率ＨＺＲは、劣化進行に応じて大きな値とな
る（図３参照）。

【００３６】尚、前記比率ＨＺＲは、上流側の第１酸素
センサ８のリッチ・リーン反転周期に対する下流側の第
２酸素センサ９のリッチ・リーン反転周期の比率を示す
ことになる。従って、反転回数を計数させる代わりに、
反転周期又は反転周波数を検出させる構成であっても良
い。ステップ８では、前記反転回数RO2CT ，FO2CT をそ
れぞれクリヤし、次回の反転回数の計測に備える。

【００３７】ステップ９では、前記比率ＨＺＲと正常判
定に用いる所定値COKHZ （判定レベル）とを比較し（図
６参照）、前記比率ＨＺＲが所定値COKHZ 以下であって
充分に小さいときには、触媒が所期の酸素ストレージ能
力を発揮しているものと判断し（図３参照）、ステップ
10へ進んで、「正常」の判定を下し、触媒劣化を示す前
記警告灯14を消灯する。

【００３８】一方、ステップ９で前記比率ＨＺＲが所定
値COKHZ を越えていると判断され、少なくとも正常と判
定できない状態であるときには、ステップ11へ進み、劣
化判定に用いる判定レベルとしての所定値CNGHZ （図６
参照）と前記比率ＨＺＲとを比較する。ここで、前記比
率ＨＺＲが前記所定値CNGHZ 以上であるときには、明ら
かに劣化と認められる程度に触媒の酸素ストレージ能力
が低下しているために、下流側の第２酸素センサ９の出
力信号の反転周期が、上流側の第１酸素センサ８の反転
周期に近づいているものと見做し（図３参照）、ステッ
プ12へ進んで、「劣化」の判定を下し、触媒劣化を示す
前記警告灯14を点灯させ、運転者に警告する。

【００３９】また、ステップ11で、前記比率ＨＺＲが前
記所定値CNGHZ 未満であると判別されたときには、前記
比率ＨＺＲに基づく診断では、正常とも劣化とも判定で
きない状態（診断不能状態）であり、この場合には、後
述するように異なる方法を用いて劣化診断を行う第２診
断を実行させるべく、ステップ13へ進み、前記フラグD2
0Kに１をセットする。

【００４０】即ち、前記比率ＨＺＲと実際の酸素ストレ
ージ能力（触媒の劣化レベル或いは転換効率）との関係
には大きなばらつきの発生が予測されるため、１つの判
定レベルに基づいて正常，劣化の２つに弁別する構成と
すると、誤診断を招く惧れがある。そこで、明らかに劣
化又は正常と判定できる領域を、２つの所定値COKHZ,CN
GHZ （判定レベル）で判別させ、誤診断の可能性がある
領域（２つの所定値COKHZ,CNGHZ で挟まれる領域：図３
参照）については診断不能として、後述する異なる診断
方法による第２診断によって劣化診断を行わせる。

【００４１】ステップ13で前記フラグD20Kに１をセット
すると、第２診断を実行すべくステップ14へ進む。尚、
前記ステップ４でフラグD20Kに１がセットされていると
判別れたときには、ステップ４からステップ14へジャン
プして進む。ステップ14では、第２診断を行う準備がで
きているか否かを示すフラグD2STBの判別を行う。ここ
で、前記第２診断を行う準備とは、機関吸入混合気の空
燃比を強制的にリーン化し、かかるリーン状態が第１，
第２酸素センサ８，９によってそれぞれ検出されている
状態を示すものとする。

【００４２】前記フラグD2STB に０がセットされてい
て、第２診断の準備ができていないときには、ステップ
15へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、予め空
燃比をリーン化すべく設定された所定値αＬに強制的に
クランプする。そして、次のステップ16では、上流側の
第１酸素センサ８の出力信号FO2 と、リーン判定のスラ
イスレベルSLL とを比較し、前記出力信号FO2 が前記ス
ライスレベルSLL 未満となって、上流側の第１酸素セン
サ８で空燃比のリーン化が検出されると、ステップ17へ
進む。

【００４３】ステップ17では、同様にして下流側の第２
酸素センサ９の出力信号RO2 と、リーン判定のスライス
レベルSLL とを比較し、前記出力信号RO2 が前記スライ
スレベルSLL 未満となって、下流側の第２酸素センサ９
で空燃比のリーン化が検出されると、ステップ18へ進ん
で、前記フラグD2STB に１をセットする。そして、ステ
ップ19では、空燃比をリッチ状態に反転させるべく予め
設定された所定値αＲに空燃比フィードバック補正係数
αを強制的にクランプする。これにより、理論空燃比に
対するリーン状態からリッチ状態への空燃比の変動を強
制的に生ぜしめるものである。

【００４４】次のステップ20では、上流側の第２酸素セ
ンサ８の出力信号FO2 と、リッチ判定のスライスレベル
SLR とを比較し、前記出力信号FO2 が前記スライスレベ
ルSLR を越えてリッチ反転が検出されるまでは、ステッ
プ21へ進んで、下流側の第２酸素センサ９の応答時間を
計測するためのタイマTIMER をゼロリセットする。即
ち、空燃比フィードバック補正係数αをαＬからαＲに
切換え、かかる切換えによる空燃比のリーン→リッチ反
転が、上流側の第１酸素センサ８で実際に検出されるよ
うになるまでは、前記タイマTIMER はゼロに保持され
る。

【００４５】ここで、前記出力信号FO2 が前記スライス
レベルSLR を越えてリッチ反転が検出されると、ステッ
プ22へ進んで前記タイマTIMER をインクリメントさせ、
ステップ23では、下流側の第２酸素センサ９の出力信号
RO2 と、リッチ判定のスライスレベルSLR とを比較し、
前記出力信号RO2 が前記スライスレベルSLR を越えてリ
ッチ反転が検出されるまでは、前記ステップ22における
前記タイマTIMER をインクリメントを継続させる。従っ
て、前記タイマTIMER は、上流側の第１酸素センサ８に
よってリーン→リッチ反転が検出されてから、下流側の
第２酸素センサ９でかかる空燃比反転が検出されるまで
の遅れ時間を計測することになる。

【００４６】そして、ステップ23で下流側の第２酸素セ
ンサ９によって空燃比のリッチ反転が検出されたことが
判別されると、ステップ24へ進む。ステップ24では、前
記タイマTIMER の値、即ち、上流側の第１酸素センサ８
でリーン→リッチ反転が検出されてから下流側の第２酸
素センサ９でかかる反転が遅れて検出されるまでに要し
た応答時間と、所定値TMOKとを比較する（図７参照）。

【００４７】ここで、前記タイマTIMER の値が所定値TM
OK以上であるときには、触媒の酸素ストレージ能力によ
って触媒上流側でのリーン→リッチ反転に対して触媒下
流側での空燃比反転が所期の遅れを見せたものと判断
し、ステップ25へ進む。即ち、空燃比のリーン状態では
酸素ストレージ能力によって触媒に多くの酸素が貯蔵さ
れるから、触媒上流側の酸素濃度が低下しても（排気空
燃比がリッチに反転しても）、触媒下流側では、前記貯
蔵された酸素によって酸素濃度が低下（排気空燃比のリ
ッチ化）が遅れることになるものである。

【００４８】ステップ25では、「正常」の判定を下し、
触媒劣化を示す前記警告灯14を消灯させる。一方、ステ
ップ24で、前記タイマTIMER の値が所定値TMOK未満であ
ると判別されたときには、触媒劣化に伴う酸素ストレー
ジ能力の低下によって比較的応答遅れなく触媒下流側の
排気空燃比が変動したものと判断し、ステップ26へ進
む。

【００４９】ステップ26では、「劣化」の判定を下し、
触媒劣化を示す前記警告灯14を点灯させ、運転者に警告
する。上記のように強制的な空燃比変動を発生させたと
きに、触媒下流側の排気空燃比が遅れて変動するときの
応答遅れ時間に基づく劣化診断では、上流側の第１酸素
センサ８のリーン→リッチ反転から下流側の第２酸素セ
ンサ９のリーン→リッチ反転までの時間に基づいて診断
を行うことになるから、前記時間と酸素ストレージ能力
との相関にばらつきが比較的少なく、所定の基準に基づ
いて劣化又は正常を明確に診断できる（図７参照）。こ
れに対し、前述の第１診断における周期比率に基づく診
断では、周期比率の変動ばらつきが比較的大きいため、
中間的な劣化状態では誤診断の可能性が高い（図６参
照）。

【００５０】しかしながら、第２診断では、診断のため
に強制的に空燃比変動を発生させる必要があるため、運
転性，排気性状に悪影響を及ぼす可能性があるのに対
し、第１診断では、空燃比フィードバック制御中の酸素
センサ出力をモニタする構成であるから、運転性への影
響はない。そこで、第１診断で明確な診断結果を出力で
きないときに限って第２診断を行わせることで、第１診
断で明確に正常又は劣化と判定できるときには、運転性
に影響を与える第２診断を実行することなく第１診断に
よって応答良く診断結果を提供できるようにする一方、
第１診断で誤診断する可能性がある状態では、より精度
の良い第２診断を実行させて、信頼性の高い診断結果を
提供できるようにしている。

【００５１】図８及び図９のフローチャートは、第２実
施例の診断制御を示すものであり、図４のフローチャー
トに示されるから図８のフローチャートのに流れる
ものとする。従って、図４のフローチャートに示される
部分については説明を省略し、第２実施例において特徴
を有する第２診断に関わる図８及び図９のフローチャー
トに示される部分を説明する。

【００５２】本第２実施例では、第１診断により診断不
能であるときには、ステップ31へ進み、第２診断の許可
フラグD2GOの判別を行う。前記許可フラグD2GOは、診断
許可状態を示す１が始動時にセットされるようになって
いる。ステップ31で許可フラグD2GOに１がセットされて
いると判別されると、ステップ32に以降へ進む。

【００５３】ステップ32〜ステップ41の処理は、空燃比
を一旦リーンに制御してからリッチに反転させ、かかる
反転が上流側の第１酸素センサ８で検出されてから下流
側の第２酸素センサ９で検出されるようになるまでの時
間を計測するものであり、前記図５のフローチャートに
示されるステップ14〜ステップ23の処理と全く同様であ
るので説明を省略する。

【００５４】ステップ41で下流側の第２酸素センサ９で
空燃比のリッチ反転が検出されると、ステップ42へ進
み、第２診断の実行回数を計数するカウンタD2COUNT を
カウントアップさせる。尚、前記第２診断実行回数D2CO
UNT は、始動時にゼロリセットされるようになってい
る。ステップ43では、前記第２診断実行回数D2COUNT
と、第２診断の実行回数の最大値を示す所定値D2MAX と
を比較し、第２診断の実行回数が最大値に達していない
ときには、ステップ44へ進む。

【００５５】ステップ44では、上流側の第１酸素センサ
８が空燃比のリーン→リッチ反転を検出してから、かか
る反転を下流側の第２酸素センサ９が検出するまでの触
媒の酸素ストレージ能力による遅れ時間を示すタイマTI
MER の値と所定値TMOKとを比較する。ここで、タイマTI
MER の値が所定値TMOK以上であって、触媒は正常である
と見込まれる場合には（図７参照）、再度第２診断を行
わせるようにするが、タイマTIMER の値が所定値TMOK未
満であって触媒の劣化が見込まれるときには（図７参
照）、ステップ45へ進んで第２診断による劣化判定回数
D2NGをカウントアップさせる。尚、前記劣化判定回数D2
NGは始動時にはクリヤされているものとする。

【００５６】そして、次のステップ46では、前記カウン
トアップさせた劣化判定回数D2NGと所定値D2NGSLとを比
較し、劣化判定回数D2NGが所定値D2NGSL未満であるとき
には、再度第２診断を行わせるようにするが、劣化判定
回数D2NGが所定値D2NGSL以上であるときには、ステップ
47へ進んで触媒の「劣化」を判定し、警告灯14を点灯
し、更に、次のステップ48では、第２診断の許可フラグ
D2GOをゼロリセットし、その後機関が停止されるまでの
間は、第２診断の実行を禁止する（劣化診断禁止手
段）。前記許可フラグD2GOは始動時に１がセットされる
ようになっているから、再始動時には第２診断が行える
状態となる。

【００５７】一方、ステップ43で、第２診断の実行回数
が最大値に達したと判別されたとき、即ち、最大値D2MA
X だけ第２診断を実行した中で、劣化判定の回数が所定
値D2NGSLに達しなかったときには、ステップ49へ進ん
で、触媒の「正常」を判定し、警告灯14を消灯する。更
に、ステップ50へ進んで、前記第２診断の許可フラグD2
GOをゼロリセットし、その後機関が停止されるまでの間
は、第２診断の実行を禁止する（劣化診断禁止手段）。

【００５８】即ち、前記比率ＨＺＲに基づく第１診断で
正常又は劣化のいずれにも判別できない場合には、強制
的な空燃比変動に対する下流側の排気空燃比の応答遅れ
時間に基づく第２診断を複数回に渡って実行し、かかる
複数回の診断において所定回数以上（所定割合以上）劣
化判定がなされたときに初めて最終的な劣化判定を行
い、それ以外は正常と判定させるものであり、更に、前
記複数回に渡る劣化診断を行った後は、その後機関が停
止されるまでの間、第２診断の実行を禁止するものであ
る。

【００５９】かかる構成によれば、複数回に渡る第２診
断の実行によって判定精度を向上させた上で、その後の
第２診断が禁止され、運転性に影響を与える第２診断の
実行頻度をより低下させることが可能となる。即ち、第
２実施例によれば、第１実施例と同様に、第２診断の実
行は第１診断で診断不能な場合に限定され、更に、その
実行回数は１トリップ中に最大でも前記最大値D2MAX に
限定されることになり、診断精度を確保しつつ、第２診
断の実行による運転性への影響を極力小さくできるもの
である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる内燃機関の触媒劣化診断装置によると、極端に劣化
が進行している場合や明らかに正常と認められるときに
は、上下流の空燃比センサ間での出力信号の比較に基づ
く劣化診断によって応答良く診断結果を提供できる一
方、前記出力信号の比較に基づく劣化診断によっては誤
診断する可能性のある診断不能状態にあるときに限っ
て、より信頼性の高い空燃比変動に対する応答時間に基
づく劣化診断を行わせるので、信頼性の高い診断結果を
提供しつつ劣化診断による運転性への影響を抑制できる
という効果がある。

【００６１】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、上下流の空燃比センサ間での出力
信号の比較に基づく劣化診断において、正常判定レベル
及び劣化判定レベルと前記出力信号の周期比率との比較
によって、触媒を正常，劣化，診断不能の３種類のいず
れかの状態に判別できるという効果がある。請求項３の
発明にかかる内燃機関の触媒劣化診断装置によると、空
燃比を強制的にリーン化させておいてからリッチに反転
させ、かかる空燃比反転に対する触媒下流側の空燃比変
化の応答遅れ時間から、酸素ストレージ能力の低下を伴
う触媒劣化を精度良く診断できるという効果がある。請
求項４の発明にかかる内燃機関の触媒劣化診断装置によ
ると、前記応答時間に基づく劣化診断を複数回に渡って
行わせ、劣化状態を示す応答時間が所定以上の確率で計
測されて初めて劣化判断を下すから、一層精度の良い診
断結果を提供できるという効果がある。

【００６２】請求項５の発明にかかる内燃機関の触媒劣
化診断装置によると、前記応答時間に基づく劣化診断で
触媒の劣化又は正常が診断された後は、機関が停止され
るまで前記応答時間に基づく劣化診断が再実行されるこ
とがないので、空燃比変動を伴う劣化診断の実行頻度を
低くでき、劣化診断による運転性への影響を充分に抑制
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる触媒劣化診断装置の構
成ブロック図。

【図２】実施例のシステム構成図。

【図３】空燃比フィードバック制御と酸素センサ出力と
の相関を示す図。

【図４】第１実施例の触媒劣化診断制御を示すフローチ
ャート。

【図５】第１実施例の触媒劣化診断制御を示すフローチ
ャート。

【図６】周期比率に基づく劣化診断の特性を示す線図。

【図７】応答時間に基づく劣化診断の特性を示す線図。

【図８】第２実施例の触媒劣化診断制御を示すフローチ
ャート。

【図９】第２実施例の触媒劣化診断制御を示すフローチ
ャート。

【符号の説明】

１内燃機関２吸気通路３燃料噴射弁４スロットル弁５エアフローメータ６排気通路７触媒コンバータ８第１酸素センサ９第２酸素センサ 11 水温センサ 12 クランク角センサ 13 コントロールユニット 14 警告灯

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/20 F02D 45/00 341 F02D 45/00 368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の排気通路に介装された触媒コンバー
タの上流側に配設された上流側空燃比センサと、前記触
媒コンバータの下流側に配設された下流側空燃比センサ
と、前記上流側空燃比センサによる検出結果に基づいて
機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるべく
機関への燃料供給量をフィードバック制御する空燃比フ
ィードバック制御手段と、を含んで構成された内燃機関
において、前記上流側空燃比センサの出力と前記下流側空燃比セン
サの出力との比較に基づいて前記触媒の劣化診断を行う
第１の劣化診断手段と、該第１の劣化診断手段により正
常又は劣化のいずれにも診断できない診断不能状態であ
るときにのみ、強制的に生じさせた空燃比変動が前記下
流側空燃比センサで検出されるまでの応答時間に基づい
て前記触媒の劣化診断を行う第２の劣化診断手段と、を
備えてなる内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】前記第１の劣化診断手段が、前記上流側空
燃比センサの出力周期と前記下流側空燃比センサの出力
周期との比率に基づいて前記触媒の劣化診断を行う構成
であり、前記触媒が正常であると判定するための判定レ
ベルと、前記触媒が劣化していると判定するための判定
レベルとの間に前記比率が存在するときに、前記診断不
能状態であると判断することを特徴とする請求項１記載
の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】前記第２の劣化診断手段が、前記空燃比フ
ィードバック制御手段に優先して、空燃比を目標空燃比
に対してリーン状態に強制的に制御し、かかるリーン状
態が前記上流側及び下流側の空燃比センサで検出されて
いる状態から、空燃比を目標空燃比に対してリッチ状態
に強制的に切換え制御し、該リーン状態からリッチ状態
への切換え制御が上流側空燃比センサで検出されてから
前記下流側空燃比センサで前記切換え制御が検出される
までの応答時間を計測し、該応答時間と判定レベルとの
比較に基づいて触媒の劣化，正常を判別することを特徴
とする請求項１又は２に記載の内燃機関の触媒劣化診断
装置。
【請求項４】前記第２の劣化診断手段が、前記応答時間
に基づく診断を複数回実行し、前記複数回の中で所定割
合以上劣化診断されたときに最終的な劣化判定を行い、
劣化診断の割合が所定未満であるときに正常判定を行う
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の
内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】前記第２の劣化診断手段により劣化又は正
常の判定が行われた後、機関が停止されるまでは、前記
第２の劣化診断手段による劣化診断を禁止する劣化診断
禁止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１つに記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。