JPH08100635A

JPH08100635A - 内燃エンジンの触媒劣化検出装置

Info

Publication number: JPH08100635A
Application number: JP6237432A
Authority: JP
Inventors: Takuya Matsumoto; 卓也松本; Toru Hashimoto; 徹橋本; Mitsuhiro Miyake; 光浩三宅; Hitoshi Kamura; 均加村; Yasuhisa Yoshida; 泰久吉田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】内燃エンジンの排気通路に配設される排気浄
化触媒（三元触媒）の劣化判定をより正確かつ信頼性の
高いものにする。【構成】排気浄化触媒の上流側と下流側とにそれぞれ
設けられた第一の空燃比センサおよび第二の空燃比セン
サの双方の出力を用いて演算された演算結果の値と劣化
判定値とを比較して排気浄化触媒の劣化を判定する触媒
劣化判定手段(S16,S18,S20) と、第一の空燃比センサお
よび第二の空燃比センサの少なくとも一方の劣化度合い
を検出するセンサ劣化検出手段により空燃比センサの劣
化が検出されたとき、その劣化度合いに応じて劣化判定
値を補正する判定値補正手段(S14)とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの触媒劣
化検出装置に係り、特に排気浄化触媒の上流側と下流側
とにそれぞれ空燃比センサを備えた装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンの排気通路に設けられた排
気浄化触媒（以下、三元触媒という）は、使用期間が長
くなるにつれて劣化し、その浄化効率が低下する。しか
しながら、この三元触媒の劣化は、定期点検等のときに
しか確認することができず、浄化効率が低下しているに
もかかわらず、その三元触媒を知らずに使用し続ける虞
があった。

【０００３】そこで、三元触媒の上流側と下流側にそれ
ぞれ酸素濃度を検出する空燃比センサ（Ｏ₂センサ）
を設け、これらのＯ₂センサの出力信号に基づいて三元
触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置が、特開昭６１
−２８６５５０号公報等により知られている。この触媒
劣化検出装置では、目標空燃比（例えば、理論空燃比）
を境にして所定の周期で変動するようにフィードバック
制御される空燃比に対し、これに呼応して変化するＯ₂
センサの出力周波数を、上流側と下流側とで比較するこ
とによって三元触媒の劣化状態を検出するようにしてい
る。

【０００４】通常、三元触媒には、通過する排気ガス中
の残存酸素をその内部にストレージしておく能力があ
り、これにより三元触媒を通過した排気ガス中には僅か
な酸素しか含まれない。このため、三元触媒が正常な浄
化効率を維持している場合には、下流側のＯ₂センサの
出力信号はその変動が少なく、その周波数は略ゼロであ
り、上流側のＯ₂センサと下流側のＯ₂センサの各出力
周波数の比較値、すなわち出力周波数比（下流側Ｏ₂セ
ンサの出力周波数／上流側Ｏ₂センサの出力周波数）を
求めると、その値はゼロあるいはゼロに極めて近い一定
値となっている。

【０００５】ところが、三元触媒が劣化し浄化効率が低
下すると、炭化水素や一酸化炭素の酸化があまり促進さ
れなくなるとともに酸素のストレージ機能が低下し、排
気ガス中の残存酸素は三元触媒を通過し始める。これに
より、下流側のＯ₂センサの出力信号が上流側のＯ₂セ
ンサの出力信号と同様に変化することとなり、上記出力
周波数比はゼロ値から徐々に増加することになる。

【０００６】そこで、この触媒劣化検出装置では、この
ような三元触媒の浄化効率と出力周波数比との関係を利
用することで、三元触媒の劣化判定を実施するようにし
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のＯ₂
センサは、常時高温の排気ガスにさらされていることか
ら熱劣化し易く、劣化するとその出力が低下したり応答
遅れが生じたりすることになる。特に、この傾向は上流
側のＯ₂センサに関して顕著であり、Ｏ₂センサは、こ
のような出力低下や応答遅れが上流側のＯ₂センサに起
こると、出力信号の変化が正常に起こらず出力周波数が
小さくなってしまう。この場合には、あたかも下流側の
Ｏ₂センサの出力信号が変化しているかのように、出力
周波数比が増加することになり、正常に機能している三
元触媒を、劣化していると誤判定してしまう虞がある。

【０００８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、排気浄
化触媒（三元触媒）の劣化の判定に使用される空燃比セ
ンサ（Ｏ₂センサ）が劣化しても、正確な劣化判定能力
を維持し、信頼性の高い触媒劣化検出装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記した目的
を達成するために、請求項１の発明では、車両に搭載さ
れた内燃エンジンの排気通路に、排気浄化触媒の上流側
に位置して設けられ、前記内燃エンジンの排気ガス成分
を検出する第一の空燃比センサと、前記排気浄化触媒の
下流側に位置して設けられ、前記内燃エンジンの排気ガ
ス成分を検出する第二の空燃比センサと、前記第一の空
燃比センサの出力と前記第二の空燃比センサの出力を用
いて所定の演算を行い、この演算結果の値と劣化判定値
とを比較することにより、前記排気浄化触媒の劣化を判
定する触媒劣化判定手段と、前記第一の空燃比センサお
よび前記第二の空燃比センサの少なくとも一方の劣化度
合いを検出するセンサ劣化検出手段と、このセンサ劣化
検出手段により検出された空燃比センサの劣化度合いに
応じて前記劣化判定値を補正する判定値補正手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１０】これにより、第一の空燃比センサの出力と
第二の空燃比センサの出力を用いて演算した演算結果の
値と劣化判定値との比較により排気浄化触媒の劣化が判
定され、さらに、この劣化判定値は、センサ劣化検出手
段により第一の空燃比センサおよび第二の空燃比センサ
の少なくとも一方の劣化が検出されると、判定値補正手
段によりその劣化度合いに応じて劣化判定値が補正され
ることになり、排気浄化触媒の劣化判定が常に正確に実
施される。

【００１１】また、請求項２の発明では、前記内燃エン
ジンは、少なくとも一方の空燃比センサの出力に基づ
き、前記内燃エンジンに供給する混合ガスの空燃比を目
標空燃比近傍で周期的に変動させてその平均空燃比を目
標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御手段を有
し、前記触媒劣化判定手段は、前記空燃比フィードバッ
ク制御手段により周期的に変動する空燃比に応じて周期
的に変化する前記第一の空燃比センサの出力変化特性を
表す値と前記第二の空燃比センサの出力変化特性を表す
値とを比較することにより、前記排気浄化触媒の劣化を
判定することを特徴とする。

【００１２】これにより、排気浄化触媒の劣化は、第一
の空燃比センサの出力変化特性を表す値と第二の空燃比
センサの出力変化特性を表す値との比較によって良好に
判定される。また、請求項３の発明では、前記第一の空
燃比センサの出力変化特性を表す値および前記第二の空
燃比センサの出力変化特性を表す値は、それぞれ前記第
一の空燃比センサの出力周波数および前記第二の空燃比
センサの出力周波数であることを特徴とする。

【００１３】これにより、排気浄化触媒の劣化は、第一
の空燃比センサの出力周波数と第二の空燃比センサの出
力周波数との比較によって良好に判定される。また、請
求項４の発明では、前記センサ劣化検出手段は、前記内
燃エンジンに供給される混合気の空燃比を変動させる空
燃比変動手段と、この空燃比変動手段により前記混合気
の空燃比を変動させたときの前記第一の空燃比センサお
よび第二の空燃比センサの少なくとも一方の検出応答遅
れを検出する応答遅れ検出手段とを備え、前記判定値補
正手段は、前記応答遅れ検出手段によって検出された前
記検出応答遅れに応じて前記劣化判定値を補正すること
を特徴とする。

【００１４】これにより、空燃比変動手段によって内燃
エンジンに供給される混合気の空燃比が強制的に変動さ
せられたときに、応答遅れ検出手段によって第一の空燃
比センサおよび第二の空燃比センサの少なくとも一方の
検出応答遅れが検出され、劣化判定値は、この検出応答
遅れに応じて適正値に補正される。さらに、請求項５の
発明では、前記センサ劣化検出手段は、前記第一の空燃
比センサの劣化度合いを検出するものであることを特徴
とする。

【００１５】これにより、特に熱劣化し易い第一の空燃
比センサの劣化が検出されると、その第一の空燃比セン
サの劣化度合いに応じて劣化判定値が好適に補正される
ことになり、排気浄化触媒の劣化判定が良好かつ正確に
実施される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明に係る触媒劣化検出装置を
備えた内燃エンジンを示す概略構成図である。同図にお
いて、符号１は自動車用エンジン、例えば、直列６気筒
ガソリンエンジン本体（以下、単にエンジン本体と記
す）である。エンジン本体１の各気筒毎に設けられた吸
気ポート２には、燃料噴射弁３が取り付けられた吸気マ
ニホールド４を介し、エアクリーナ５、吸入空気量を検
出するエアフローセンサ６、スロットルバルブ７、ＩＳ
Ｃ（アイドルスピードコントロール）バルブ８等を備え
た吸気管９が接続されている。

【００１７】エアフローセンサ６としては、カルマン渦
式エアフローセンサ等が好適に使用される。ＩＳＣバル
ブ８は、アイドリング回転数を制御するためのものであ
り、図示しないエアコンの作動等によるエンジン負荷の
変動に応じてバルブ開度を調節し、吸入空気量を変化さ
せ、アイドリング運転を安定させる働きをするものであ
る。

【００１８】また、各気筒毎に設けられた排気ポート１
０には、排気マニホールド１１を介して排気管１４が接
続され、この排気管１４には、三元触媒（排気浄化触
媒）１３を介して、図示しないマフラが接続されてい
る。排気管１４には、空燃比を検出するためのＯ₂セン
サ（第一の空燃比センサ）１２が取付けられており、さ
らに、三元触媒１３の下流側にも同様のＯ₂センサ（第
二の空燃比センサ）２５が取付けられている。これらの
Ｏ₂センサ１２およびＯ₂センサ２５は、Ｏ₂（酸素）
濃度を感知し、そのＯ₂濃度に応じた電圧値の起電力を
発生するようになっており、この電圧値に基づいて混合
ガスの空燃比を検出可能になっている。

【００１９】三元触媒１３は、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ
（一酸化炭素）を酸化させるとともに、ＮＯｘを還元す
る機能をもっており、この三元触媒１３によるＨＣ、Ｃ
Ｏの酸化およびＮＯｘの還元は、理論空燃比（１４．
７）付近での燃焼時において最も良好に促進されるよう
になっている。エンジン本体１には、吸気ポート２から
燃焼室１５に供給された空気と燃料との混合ガスに着火
するための点火プラグ１６が各気筒毎に配置されてい
る。また、符号１８は、カムシャフトと連動するエンコ
ーダからクランク角同期信号を検出するクランク角セン
サ、符号１９はスロットルバルブ７の開度を検出するス
ロットルセンサ、符号２０は冷却水温を検出する水温セ
ンサ、符号２１は大気圧を検出する大気圧センサ、符号
２２は吸気温度を検出する吸気温センサである。

【００２０】尚、エンジン回転速度（エンジン回転数）
Ｎｅは、クランク角センサ１８が検出するクランク角同
期信号の発生時間間隔から演算される。また、体積効率
ηvは、上記エアフローセンサ６により検出された空気
流量と上記エンジン回転速度Ｎｅ等とから演算され、大
気圧センサ２１が検出する大気圧、吸気温センサ２２が
検出する吸気温度等によって補正される。

【００２１】車室内には、図示しない入出力装置、多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タ
イマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２
３が設置されている。ＥＣＵ２３の入力側には、Ｏ₂セ
ンサ１２やＯ₂センサ２５等の上述した各種センサ類が
接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力
される。一方、ＥＣＵ２３の出力側には、上述の燃料噴
射弁３や点火ユニット２４等が接続されており、これら
に向けて各種センサ類からの入力情報に基づいて演算さ
れた最適値が出力される。つまり、ＥＣＵ２３は、エン
ジン本体１の点火時期制御、吸入空気量制御の他、後述
するようにＯ₂センサ１２、２５と協働して空燃比フィ
ードバック制御や触媒劣化検出制御等を好適に実施す
る。

【００２２】燃料噴射弁３は、このＥＣＵ２３からの指
令により、パルス状の電流が供給されて駆動するもので
あり、その電流のパルス幅によって燃料噴射量が決定さ
れる。点火ユニット２４は、ＥＣＵ２３からの指令によ
り、各気筒の点火プラグ１６に高電圧を出力するように
なっている。以下、空燃比フィードバック制御と触媒劣
化検出制御について説明する。

【００２３】空燃比フィードバック制御は、燃料噴射弁
３から噴射される燃料量を前述したＯ₂センサ１２およ
びＯ₂センサ２５からの検出信号に基づいて補正し、こ
れにより混合ガスの空燃比を常に目標空燃比（例えば、
理論空燃比）に保持しようとする制御である。この空燃
比フィードバック制御すなわち燃料噴射量の補正制御で
は、必ずしも一回の燃料噴射量補正だけでは空燃比を目
標空燃比に安定させることが困難であることから、燃料
噴射量は、Ｏ₂センサ１２とＯ₂センサ２５からの検出
信号に基づき、目標空燃比近傍で微量ずつ周期的に増減
されるようになっている。これにより、空燃比はその目
標空燃比の近傍を上下に変動しながら、結果的にその平
均値が目標空燃比に好適に維持される。

【００２４】図２は、Ｏ₂センサ１２とＯ₂センサ２５
の出力電圧の時間変化を示したグラフであり、上記燃料
噴射量の補正による空燃比の変動は、図２中の主として
Ｏ₂センサ１２の出力電圧値の時間変化と一致し、Ｏ₂
センサ１２の波形によってこの空燃比の変動状態を知る
ことができる。このＯ₂センサ１２とＯ₂センサ２５の
出力電圧値の変化は、目標空燃比に対応する出力電圧値
Ｖ1 （例えば、０．５Ｖ）を中心にして０Ｖと最大出力
電圧値Ｖ2 （例えば、１．０Ｖ）間を変動するようなも
のであり、その出力電圧値の変動周期はそれぞれＴF 、
ＴR で示され、また、その出力周波数はｆF （＝１／Ｔ
F ）、ｆR （＝１／ＴR ）で示される。

【００２５】Ｏ₂センサ１２については、三元触媒１３
より上流側の排気管１４のエンジン本体１近くに設置さ
れ、燃焼直後の排気ガスのＯ₂濃度を検出できることか
ら、図２中実線で示す出力の変動周期ＴF は、燃料噴射
量の増減補正の周期に一致し、その出力周波数ｆF は高
い値となっている。これに対し、三元触媒１３の下流側
に位置するＯ₂センサ２５については、通常、図２中破
線で示すように、出力の振幅は小さく、そして、その変
動周期ＴR は、Ｏ₂センサ１２のそれに比べて長く、つ
まり、その出力周波数ｆR は低い値となっている。

【００２６】このようにＯ₂センサ２５の出力電圧値が
殆ど変化せず、かつ、その出力周波数ｆR が低いのは、
三元触媒１３が内部にＯ₂（酸素）を一旦ストレージし
ておく機能を有していることから、この三元触媒１３を
通過した排気ガス中のＯ₂濃度に殆ど時間的変化が見ら
れないためである。これらのＯ₂センサ１２、Ｏ₂セン
サ２５や三元触媒１３が良好に機能している場合には、
Ｏ₂センサ１２、Ｏ₂センサ２５からの出力周波数ｆF
およびｆRは、それらＯ₂センサ１２、２５の固有の応
答速度等に拘束されてそれぞれ安定的に略一定の値とな
る。すなわち、図２中実線で示すＯ₂センサ１２の出力
の変動周期ＴF は所定値ＴF0に、また破線で示すＯ₂セ
ンサ２５の出力の変動周期ＴR は所定値ＴR0になってお
り、各出力周波数ｆF 、ｆR はそれぞれ所定値ｆF0（＝
１／ＴF0）および所定値ｆR0（＝１／ＴR0）となってい
る。このとき、所定値ｆR0は、所定値ｆF0に比べて非常
に小さな値となり（ｆF0≫ｆR0）、実際には略ゼロ値で
ある。

【００２７】図３は、Ｏ₂センサ１２、Ｏ₂センサ２５
が劣化なく良好に機能しているときの三元触媒１３の浄
化効率ＥCAT と上述した各出力周波数ｆF 、ｆR に基づ
く出力周波数比ｆR/ｆF との関係を示したグラフであ
る。同図に示すように、Ｏ₂センサ１２、Ｏ₂センサ２
５が良好に機能し、三元触媒１３の浄化効率ＥCAT が高
い（１００％）場合には、上述したように、各出力周波
数ｆF 、ｆR はそれぞれ所定値ｆF0および所定値ｆR0
（ｆF0≫ｆR0）であることから、その周波数比ｆR0/ ｆ
F0は略ゼロ値の一定値（図３では値０で示す）となって
いる。

【００２８】しかしながら、三元触媒１３が経時劣化
し、その浄化効率ＥCAT すなわちＨＣ、ＣＯの酸化促進
能力の低下とともに三元触媒１３の酸素ストレージ機能
が低下し、排気ガス中のＯ₂が三元触媒１３を通過し始
めると、そのＯ₂濃度は三元触媒１３の上流側のＯ₂濃
度に次第に近づくことになる。これにより、Ｏ₂センサ
２５の出力電圧値は、その振幅が大きく、またその出力
周波数ｆR が所定値ｆR0よりも高くなり、Ｏ₂センサ１
２の出力電圧の波形に近くなる。従って、その出力周波
数比ｆR/ｆF は、図３に示すように、三元触媒１３の劣
化とともに急激に増加し、浄化効率ＥCAT が例えば８０
％程度に低下したときには最大値１に達することにな
る。

【００２９】このように、三元触媒１３の浄化効率ＥCA
T と出力周波数比ｆR/ｆF との間には、浄化効率ＥCAT
が低下すると出力周波数比ｆR/ｆF が急激に増加すると
いう関係があることから、出力周波数ｆR の変化に基づ
く出力周波数比ｆR/ｆF の変化を知ることにより、三元
触媒１３の劣化状態を検出し、劣化を判定することがで
きる。以下、図４に示す触媒劣化検出制御のフローチャ
ートに沿って、三元触媒１３の劣化判定手順を説明す
る。

【００３０】この触媒劣化検出制御は、エンジン本体１
の始動毎に実行されるものであり、先ず、図４のステッ
プＳ１０では、当該ルーチンが既に一旦実行され、三元
触媒１３が良好に機能しているか否かを示すフラグｆ(O
K)の値を判別する。このフラグｆ(OK)は、イグニッショ
ンＳＷがＯＦＦにされ、エンジン本体１が停止する毎に
値０にリセットされ、そして、三元触媒１３が良好であ
ると判定されたときに値１にセットされるものであり、
エンジン本体１の始動直後には必ず値０である。従っ
て、最初の判別ではその判別結果はＮｏ（否定）とな
り、次にステップＳ１２に進む。

【００３１】ステップＳ１２では、触媒劣化判定を実施
するための条件が成立しているか否かを判別する。ここ
では、上述した空燃比フィードバック制御が好適に実施
されているか否か、エンジン回転速度Ｎｅや体積効率η
v が所定範囲内にあるか否かの判別等が実行される。こ
の触媒劣化検出制御は、上述した空燃比フィードバック
制御によって発生する空燃比変動すなわち出力電圧値の
変化に基づく出力周波数ｆF 、ｆR を利用するものであ
るため、先ず、Ｏ₂センサ１２、Ｏ₂センサ２５が正常
に作動し、空燃比フィードバック制御が好適に実施され
ていることが触媒劣化判定を行うための一条件となる。

【００３２】また、この空燃比フィードバック制御は、
エンジン本体１のエンジン回転速度Ｎｅや体積効率ηv
が安定していないときには、排気ガスのＯ₂濃度も安定
せず、正常なフィードバック制御が実施されないことか
ら、エンジン本体１のエンジン回転速度Ｎｅや体積効率
ηv が次式(1) 、(2) の範囲内で正常な空燃比フィード
バック制御が実施されている場合にのみ触媒劣化判定を
行うようにしている。

【００３３】Ｎｅ1 ＜Ｎｅ＜Ｎｅ2 …(1) ηv1＜ηv ＜ηv2 …(2) ここに、Ｎｅ1 、Ｎｅ2 、ηv1、ηv2はそれぞれ閾値を
示し、これらの値は、例えば、エンジン本体１がオート
マティックトランスミッション（ＡＴ）に連結されてい
る場合であれば、Ｎｅ1 は１４００rpm であり、Ｎｅ2
は３０００rpmであり、ηv1は２５％であり、ηv2は６
０％である。

【００３４】これ以外にも触媒劣化判定の実施条件とし
てエンジン本体１の冷却水温が所定範囲であることやエ
アフローセンサ６等の各種センサが正常に作動している
こと等が上げられるが、ここではそれらの詳細な説明を
省略する。そして、これらの条件のいずれかひとつでも
成立していないときには、ステップＳ１２の判別結果は
Ｎｏ（否定）であり、この場合には触媒劣化判定を実施
せず、全ての条件が成立するのを待つ。

【００３５】一方、全ての条件が成立した場合には、ス
テップＳ１２の判別結果はＹｅｓ（肯定）となり、触媒
劣化判定を実施するのに適当な状態であると判定でき、
次にステップＳ１４に進み、触媒劣化判定を開始する。
ステップＳ１４では、後述の触媒劣化判定（ステップＳ
２０）をする際に閾値として使用する劣化判定値ＴHc(T
D)を設定する。

【００３６】図７には、前述した図３の関係を実線で示
してあるが、通常、Ｏ₂センサ１２が良好に機能してい
る場合には、劣化判定値ＴHc(TD)は、この実線で示す関
係に基づき、三元触媒１３が良好に機能可能な浄化効率
ＥCAT の下限値Ｅ1 （例えば、８５％）に対応するよう
所定値ＴHc1 （例えば、０．８）に設定される。しかし
ながら、Ｏ₂センサ１２が熱影響等により劣化した場合
には、その応答性が低下して出力周波数ｆF が減少する
ため、浄化効率ＥCAT と出力周波数比ｆR/ｆF との関係
が、例えば、図７中一点鎖線で示すようにシフトし、所
定値ＴHc1 （０．８）に対応する浄化効率ＥCAT が下限
値Ｅ1 （８５％）と一致しなくなってしまう。従って、
この場合、劣化判定値ＴHc(TD)を所定値ＴHc1 （０．
８）のままにしておくと誤判定してしまうことになる。
そこで、Ｏ₂センサ１２の劣化度合いに応じて補正を行
い、適正な劣化判定値ＴHc(TD)を設定するようにしてい
る。以下、その設定方法について説明する。

【００３７】この劣化判定値ＴHc(TD)は、Ｏ₂センサ１
２の応答性、すなわち応答遅れ時間ＴD に対応してお
り、ここでは先ず応答遅れ時間ＴD を求める。図８は、
空燃比を所定の周波数ｆSTで変動させたときに応答する
Ｏ₂センサ１２の出力周波数ｆF と応答遅れ時間ＴD と
の関係を示したマップである。このマップは予め実験等
によって設定されたものであり、ＥＣＵ２３のＲＯＭに
記憶されている。Ｏ₂センサ１２は劣化すると上記の所
定の周波数ｆSTに追従できなくなることから、その出力
周波数ｆF はその劣化度合いに応じて減少していくこと
になるが、このマップには、このときの応答性の低下が
応答遅れ時間ＴD として示されている。従って、空燃比
を所定の周波数ｆSTで変動させたときの出力周波数ｆF
を検出すれば、応答遅れ時間ＴD をこのマップから好適
に求めることができる。

【００３８】この応答遅れ時間ＴD を求めるためには、
空燃比を所定の周波数ｆSTで変動させることになるが、
ここでは、前述した空燃比フィードバック制御とは異な
る空燃比変動制御（空燃比変動手段）を実施する。この
空燃比変動制御では、所定時間に亘り燃料噴射弁３の開
度を変化させ、強制的に空燃比をリッチ側とリーン側と
に周波数ｆSTに対応する周期で変動させる。このように
空燃比を変動させることにより、所定の周波数ｆSTに対
して応答するＯ₂センサ１２の出力周波数ｆFを検出す
ることができるため、この出力周波数ｆF に基づいて図
８のマップから応答遅れ時間ＴD を読み取ることができ
る（応答遅れ検出手段）。尚、この所定の周波数ｆST
は、Ｏ₂センサ１２が出力可能な範囲、例えば前述した
所定値ｆF0以下に設定される。

【００３９】このとき、検出される出力周波数ｆF が所
定の周波数ｆSTと一致している場合には、Ｏ₂センサ１
２は劣化しておらず、同図に示すように応答遅れ時間Ｔ
D はゼロである。このように、所定の周波数ｆSTに対し
て検出されるＯ₂センサ１２の出力周波数ｆF に応じた
応答遅れ時間ＴD が求まったら、次に、この応答遅れ時
間ＴD に基づき、これに対応する劣化判定値ＴHc(TD)を
求める。

【００４０】図９は、応答遅れ時間ＴD と、劣化判定値
ＴHc(TD)との関係を示すマップであり、このマップから
応答遅れ時間ＴD に対応する劣化判定値ＴHc(TD)を読み
取る。このマップは、図８と同様に実験値に基づいて予
め設定され、ＥＣＵ２３のＲＯＭに記憶されている。同
図に示すように、応答遅れ時間ＴD がゼロのときには、
Ｏ₂センサ１２は劣化しておらず良好に機能しているた
め、上述したように劣化判定値ＴHc(TD)は所定値ＴHc1
（０．８）となる。そして、応答遅れ時間ＴDが大きく
なるに従い、その応答遅れに応じて上方補正された値
が、適正な劣化判定値ＴHc(TD)として設定されることに
なる。

【００４１】そして、このように適正な判定値ＴHc(TD)
が設定されると、Ｏ₂センサ１２が劣化して出力周波数
比ｆR/ｆF と浄化効率ＥCAT との関係が図７中の一点鎖
線のようにシフトしたとしても、出力周波数比ｆR/ｆF
が判定値ＴHc(TD)となったときの浄化効率ＥCAT を確実
に下限値Ｅ1 （８５％）に一致させることができる。従
って、この判定値ＴHc(TD)の補正を行うことにより、Ｏ
₂センサ１２がいかなる劣化度合いであっても、常に正
確な触媒劣化判定（ステップＳ２０）を実施できること
になる。

【００４２】ステップＳ１６では、ＥＣＵ２３は、Ｏ₂
センサ１２からの検出信号に基づいて出力周波数ｆF を
算出する。この算出方法としては、例えば、前述した出
力電圧値Ｖ1 （例えば、０．５Ｖ）を閾値とし、所定時
間（例えば、１０秒）に、この閾値（０．５Ｖ）を横切
った回数を求め、この回数を出力周波数ｆF とみなすよ
うにして行う。

【００４３】ステップＳ１８では、ＥＣＵ２３は、Ｏ₂
センサ２５からの検出信号に基づいて出力周波数ｆR を
算出する。ここでは、例えば、上述した出力周波数ｆF
の算出方法と同様にして、変化する電圧値が所定時間
（１０秒）に出力電圧値Ｖ1 （０．５Ｖ）を横切った回
数を求める。ステップＳ２０では、ステップＳ１６で求
めた出力周波数ｆF とステップＳ１８で求めた出力周波
数ｆR とから出力周波数比ｆR/ｆF を算出し、この出力
周波数比ｆR/ｆF がステップＳ１４で求めた劣化判定値
ＴHc(TD)より大であるか否かを判別する。上述したよう
に、Ｏ₂センサ１２が良好に機能している場合には、判
定値ＴHc(TD)は所定値ＴHc1 （０．８）であるが、Ｏ₂
センサ１２が劣化しているときには、判定値ＴHc(TD)は
その劣化度合いに応じて設定された値である。

【００４４】ステップＳ２０の判別結果がＮｏ（否定）
の場合には、三元触媒１３は劣化しておらず、図７に示
すように、高い浄化効率ＥCAT の下限値Ｅ1 （約８５
％）以上で良好に機能していると判定でき、この場合に
は、次にステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、
図５に示すＯＫ制御ルーチンを実行する。

【００４５】このＯＫ制御ルーチンでは、先ず、ステッ
プＳ３２において、図示しないが車室内に設置された警
告灯を消灯した状態にし、三元触媒１３が正常に機能し
ていることを運転者に示す。次に、ステップＳ３４にお
いて、ＥＣＵ２３は三元触媒１３の劣化に対応する故障
コードがＲＡＭに残っていないよう故障コード消去の操
作を行う。そして、ステップＳ３６において、フラグｆ
(OK)に値１を設定し、三元触媒１３が正常に機能してい
ることを記憶する。

【００４６】このように、ステップＳ３０を実行し、フ
ラグｆ(OK)に一旦値１が設定されると、当該触媒劣化検
出制御ルーチンの次回の実行時には、ステップＳ１０で
の判別結果はＹｅｓ（肯定）となる。従って、この場合
には、触媒劣化判定を再度実施することなく当該ルーチ
ンを終了することになる。一方、ステップＳ２０の判別
結果がＹｅｓ（肯定）で出力周波数比ｆR/ｆF が判定値
ＴHc(TD)を超えた場合には、浄化効率ＥCAT が下限値Ｅ
1 （約８５％）以下で三元触媒１３が劣化していると判
定でき、この場合には次にステップＳ４０に進む。

【００４７】このステップＳ４０では、図６に示すＦＡ
ＩＬ制御ルーチンを実行する。このＦＡＩＬ制御ルーチ
ンでは、先ず、ステップＳ４２において、上述の警告灯
を点灯させ、運転者に三元触媒１３の劣化を知らせて修
理を促す。そして、ステップＳ４４において、ＥＣＵ２
３は三元触媒１３の劣化に対応する故障コードをＲＡＭ
に記憶する。これにより、修理をする際には、この故障
コードを読みだすことで容易に故障内容を知ることがで
き、三元触媒１３の交換等の対応を迅速に行うことがで
きる。

【００４８】以上詳細に説明したように、当該触媒劣化
検出装置を用いることにより、Ｏ₂センサ１２およびＯ
₂センサ２５から検出される出力周波数の比ｆR/ｆF を
算出し、この算出値と劣化判定値ＴHc(TD)とを比較する
ことによって触媒劣化判定を良好に実施することがで
き、そして、さらに、Ｏ₂センサ１２が劣化していると
きには、その劣化度合いに応じて劣化判定値ＴHc(TD)を
適宜補正するようにしたので、触媒劣化判定を常に正確
に実施でき、その誤判定を確実に防止することができ
る。

【００４９】尚、上記実施例では、エンジン本体１に近
く、熱劣化し易いＯ₂センサ１２の劣化度合い、すなわ
ち応答遅れ時間ＴD に応じて劣化判定値ＴHc(TD)を補正
するようにしたが、Ｏ₂センサ２５についても、劣化に
より出力周波数ｆR が減少し、出力周波数比ｆR/ｆF に
影響を与えることから、このＯ₂センサ２５の応答遅れ
時間ＴD に応じて劣化判定値ＴHc(TD)を補正するように
してもよい。そして、さらに、Ｏ₂センサ１２とＯ₂セ
ンサ２５の双方の応答遅れ時間ＴD に応じた劣化判定値
ＴHc(TD)の補正を実施すれば、より正確な触媒劣化判定
を行うことができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
請求項１の触媒劣化検出装置によれば、車両に搭載され
た内燃エンジンの排気通路に、排気浄化触媒の上流側に
位置して設けられ、内燃エンジンの排気ガス成分を検出
する第一の空燃比センサと、排気浄化触媒の下流側に位
置して設けられ、内燃エンジンの排気ガス成分を検出す
る第二の空燃比センサと、第一の空燃比センサの出力と
第二の空燃比センサの出力を用いて所定の演算を行い、
この演算結果の値と劣化判定値とを比較することによ
り、排気浄化触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段
と、第一の空燃比センサおよび第二の空燃比センサの少
なくとも一方の劣化度合いを検出するセンサ劣化検出手
段と、このセンサ劣化検出手段により検出された空燃比
センサの劣化度合いに応じて劣化判定値を補正する判定
値補正手段とを備えるようにしたので、第一の空燃比セ
ンサの出力と第二の空燃比センサの出力に基づいて排気
浄化触媒の劣化を容易に検出でき、さらに、空燃比セン
サの劣化度合いに応じて劣化判定値を適正に補正でき、
排気浄化触媒の劣化判定を常に正確に実施できる。

【００５１】また、請求項２の触媒劣化検出装置によれ
ば、内燃エンジンは、少なくとも一方の空燃比センサの
出力に基づき、内燃エンジンに供給する混合ガスの空燃
比を目標空燃比近傍で周期的に変動させてその平均空燃
比を目標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御手
段を有し、触媒劣化判定手段は、空燃比フィードバック
制御手段により周期的に変動する空燃比に応じて周期的
に変化する第一の空燃比センサの出力変化特性を表す値
と第二の空燃比センサの出力変化特性を表す値とを比較
することにより、排気浄化触媒の劣化を判定するように
したので、排気浄化触媒の劣化は、第一の空燃比センサ
の出力変化特性を表す値と第二の空燃比センサの出力変
化特性を表す値との比較によって容易かつ確実に検出可
能である。

【００５２】また、請求項３の触媒劣化検出装置によれ
ば、第一の空燃比センサの出力変化特性を表す値および
第二の空燃比センサの出力変化特性を表す値は、それぞ
れ第一の空燃比センサの出力周波数および第二の空燃比
センサの出力周波数としたので、排気浄化触媒の劣化
は、第一の空燃比センサの出力周波数と第二の空燃比セ
ンサの出力周波数との比較によって容易かつ確実に検出
可能である。

【００５３】また、請求項４の触媒劣化検出装置によれ
ば、センサ劣化検出手段は、内燃エンジンに供給される
混合気の空燃比を変動させる空燃比変動手段と、この空
燃比変動手段により混合気の空燃比を変動させたときの
第一の空燃比センサおよび第二の空燃比センサの少なく
とも一方の検出応答遅れを検出する応答遅れ検出手段と
を備え、判定値補正手段は、応答遅れ検出手段によって
検出された検出応答遅れに応じて劣化判定値を補正する
ようにしたので、第一の空燃比センサおよび第二の空燃
比センサの少なくとも一方の検出応答遅れに応じて劣化
判定値をより適正に補正できる。

【００５４】さらに、請求項５の触媒劣化検出装置によ
れば、センサ劣化検出手段は、第一の空燃比センサの劣
化度合いを検出するようにしたので、特に熱劣化し易い
第一の空燃比センサの劣化度合いに応じて劣化判定値を
好適に補正でき、排気浄化触媒の劣化判定を良好かつ正
確に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用される触媒劣化検出装
置を備えた内燃エンジンの概略構成図である。

【図２】図１中のＯ₂センサ１２およびＯ₂センサ２５
の出力電圧の時間変化を示したグラフである。

【図３】Ｏ₂センサ１２およびＯ₂センサ２５の出力周
波数比ｆR/ｆF と三元触媒１３の浄化効率ＥCAT との関
係を示したグラフである。

【図４】図１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が実行する
触媒劣化検出制御ルーチンのフローチャートである。

【図５】図４のフローチャートのＯＫ制御のサブルーチ
ンを示すフローチャートである。

【図６】図４のフローチャートのＦＡＩＬ制御のサブル
ーチンを示すフローチャートである。

【図７】Ｏ₂センサ１２の劣化度合いに応じた触媒劣化
判定値ＴHc(TD)と浄化効率ＥCAT の下限値Ｅ1 との関係
を示すグラフである。

【図８】所定の周波数ｆSTで変動させた空燃比に対して
検出されるＯ₂センサ１２の出力周波数ｆF とこれに応
じて設定される応答遅れ時間ＴD との関係を示すマップ
である。

【図９】Ｏ₂センサ１２の応答遅れ時間ＴD とこれに応
じて設定される触媒劣化判定値ＴHc(TD)との関係を示す
マップである。

【符号の説明】

１エンジン本体３燃料噴射弁６エアフローセンサ１２Ｏ₂センサ（第一の空燃比センサ）１３三元触媒１４排気管１６点火プラグ２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２５Ｏ₂センサ（第二の空燃比センサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加村均東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者吉田泰久東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載された内燃エンジンの排気通
路に、排気浄化触媒の上流側に位置して設けられ、前記
内燃エンジンの排気ガス成分を検出する第一の空燃比セ
ンサと、前記排気浄化触媒の下流側に位置して設けられ、前記内
燃エンジンの排気ガス成分を検出する第二の空燃比セン
サと、前記第一の空燃比センサの出力と前記第二の空燃比セン
サの出力を用いて所定の演算を行い、この演算結果の値
と劣化判定値とを比較することにより、前記排気浄化触
媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、前記第一の空燃比センサおよび前記第二の空燃比センサ
の少なくとも一方の劣化度合いを検出するセンサ劣化検
出手段と、このセンサ劣化検出手段により検出された空燃比センサ
の劣化度合いに応じて前記劣化判定値を補正する判定値
補正手段と、を備えたことを特徴とする内燃エンジンの触媒劣化検出
装置。
【請求項２】前記内燃エンジンは、少なくとも一方の
空燃比センサの出力に基づき、前記内燃エンジンに供給
する混合ガスの空燃比を目標空燃比近傍で周期的に変動
させてその平均空燃比を目標空燃比に制御する空燃比フ
ィードバック制御手段を有し、前記触媒劣化判定手段は、前記空燃比フィードバック制
御手段により周期的に変動する空燃比に応じて周期的に
変化する前記第一の空燃比センサの出力変化特性を表す
値と前記第二の空燃比センサの出力変化特性を表す値と
を比較することにより、前記排気浄化触媒の劣化を判定
することを特徴とする、請求項１記載の内燃エンジンの
触媒劣化検出装置。
【請求項３】前記第一の空燃比センサの出力変化特性
を表す値および前記第二の空燃比センサの出力変化特性
を表す値は、それぞれ前記第一の空燃比センサの出力周
波数および前記第二の空燃比センサの出力周波数である
ことを特徴とする、請求項２記載の内燃エンジンの触媒
劣化検出装置。
【請求項４】前記センサ劣化検出手段は、前記内燃エ
ンジンに供給される混合気の空燃比を変動させる空燃比
変動手段と、この空燃比変動手段により前記混合気の空
燃比を変動させたときの前記第一の空燃比センサおよび
第二の空燃比センサの少なくとも一方の検出応答遅れを
検出する応答遅れ検出手段とを備え、前記判定値補正手段は、前記応答遅れ検出手段によって
検出された前記検出応答遅れに応じて前記劣化判定値を
補正することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか
記載の内燃エンジンの触媒劣化検出装置。
【請求項５】前記センサ劣化検出手段は、前記第一の
空燃比センサの劣化度合いを検出するものであることを
特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の内燃エン
ジンの触媒劣化検出装置。