JPH1054226A - 内燃機関の触媒劣化判別装置 - Google Patents
内燃機関の触媒劣化判別装置Info
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Abstract
ず正確に触媒の劣化判別を行う。 【解決手段】 内燃機関1の排気浄化触媒12の上流側
と下流側とにそれぞれO 2 センサ13、15を配置す
る。制御回路10は、通常運転時にはO2 センサの出力
に基づいて機関空燃比を理論空燃比にフィードバック制
御する。また、制御回路は触媒劣化判別を行うときには
上流側O2 センサの出力の軌跡長に対する下流側O2 セ
ンサの出力の軌跡長の比と、上流側O2 センサの出力の
反転回数に対する下流側O2 センサの出力反転回数の比
とを算出し、軌跡長比が予め定められた第一の閾値を越
えた場合には触媒劣化ありと判定し、軌跡長比が第一の
閾値を越えない場合であっても第一の閾値よりも小さい
予め定められた第二の閾値を越え且つ反転回数比が予め
定められた値を越えた場合には触媒劣化ありと判定す
る。
Description
ンバータ上流側の空燃比センサ出力に基づいて機関空燃
比を目標空燃比にフィードバック制御すると共に、触媒
コンバータ上流側および下流側の空燃比センサ出力に基
づいて触媒コンバータの劣化の有無を判別する内燃機関
の触媒劣化判別装置に関する。
流側と下流側との排気通路にそれぞれ空燃比センサを配
置し、これらの空燃比センサ出力に基づいて機関空燃比
を理論空燃比に制御すると共に、下流側空燃比センサ出
力に基づいて触媒劣化の有無を判別する技術が知られて
いる。
空燃比のときに排気中の酸素を吸着し、通過する排気空
燃比がリッチ空燃比のときに吸着した酸素を放出するO
2 ストレージ作用を行う。このため、触媒コンバータ上
流側の排気空燃比が比較的短い周期でリーン空燃比とリ
ッチ空燃比との間で変動を繰り返しているような場合で
も、三元触媒が正常であれば触媒コンバータ通過後の排
気の空燃比変動は触媒のO2 ストレージ作用により緩和
され、触媒下流側の排気空燃比は理論空燃比近傍に維持
される。このため、三元触媒が正常であれば、下流側空
燃比センサ出力の振幅は小さく変動周期は長くなる。
劣化に応じて低下するため、三元触媒が劣化すると触媒
コンバータで吸収、放出される酸素量が少なくなり触媒
コンバータ下流側の排気空燃比の変動は触媒コンバータ
上流側での排気空燃比の変動に近づくようになる。この
ため、三元触媒が劣化すると触媒下流側でも排気空燃比
はリッチとリーンとの間を短い周期で交互に変動するよ
うになる。従って、三元触媒下流側空燃比センサ出力の
一定時間当たりの変動軌跡の長さ(軌跡長)を監視する
ことにより三元触媒の劣化の有無を判別することができ
る。
力の一定時間当たりの軌跡長に基づいて触媒劣化の有無
を判別する触媒劣化判別装置の例としては、特開平5−
98948号公報に記載されたものがある。同公報の装
置は、触媒上流側空燃比センサ出力に基づいて機関空燃
比を理論空燃比に維持するフィードバック制御中に、触
媒下流側空燃比センサ出力の一定時間当たりの軌跡長が
増大した場合に三元触媒が劣化したと判定するものであ
る。
力の軌跡長に基づいて三元触媒の劣化を判別する場合に
は、触媒の一部破損という形態の劣化を判定できない場
合がある。触媒の一部が破損してその破損箇所を排気ガ
スが吹き抜けてしまう場合、浄化されていない排気ガス
が触媒から流出されるため、前述のように下流側空燃比
センサ出力の振幅は触媒が正常な場合に比べて大きくな
るが、触媒全体における劣化程度は小さいため、下流側
空燃比センサ出力の振幅が小さく、触媒が劣化したと判
定する値まで軌跡長が増大しない。このため、触媒の一
部が破損している場合でも劣化と判定されないという問
題が生じる。また、前述のように、下流側空燃比センサ
出力の振幅は触媒の劣化が進むにつれて大きくなるが、
下流側空燃比センサが劣化している場合、下流側空燃比
センサ出力の振幅が小さく、触媒が劣化したと判定する
値まで軌跡長が増大しない。このため、触媒が劣化して
いる場合でも劣化と判定されないという問題が生じる。
比センサの劣化や触媒の劣化形態に係わらず正確に触媒
の劣化判別を行うことを可能とする内燃機関の触媒劣化
判別装置を提供することにある。
関の排気通路に配置された、O2 ストレージ作用を有す
る三元触媒と、前記三元触媒の上流側の排気通路に配置
され、三元触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空
燃比センサと、前記三元触媒の下流側の排気通路に配置
され、三元触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空
燃比センサと、少なくとも前記上流側空燃比センサの出
力に基づいて空燃比をフィードバック制御する空燃比制
御手段と、前記上流側空燃比センサの出力の軌跡長に対
する前記下流側空燃比センサの出力の軌跡長の比を演算
する軌跡長比演算手段と、前記上流側空燃比センサの出
力の反転回数に対する前記下流側空燃比センサの出力反
転回数の比を演算する反転回数比演算手段と、前記軌跡
長比が予め定められた第一の閾値を越えた場合には三元
触媒が劣化したと判定すると共に、前記軌跡長比が前記
第一の閾値を越えない場合であって該第一の閾値よりも
小さい予め定められた第二の閾値を越え且つ前記反転回
数比が予め定められた値を越えた場合には三元触媒が劣
化したと判定する触媒劣化判定手段とを備えた内燃機関
の触媒劣化判別装置が提供される。
れた第一の閾値を越えた場合には三元触媒が劣化したと
判定され、また軌跡長比が第一の閾値を越えない場合で
あっても第一の閾値より小さい予め定められた第二の閾
値を越え且つ反転回数比が予め定められた値を越えた場
合には三元触媒が劣化したと判定される。
実施形態について説明する。図1は、本発明を自動車用
内燃機関に適用した場合の実施形態の全体概略構成を示
す図である。図1において、1は内燃機関本体、2aは
機関1の各気筒の吸気ポートに接続された吸気マニホル
ド、11は各気筒の排気ポートに接続された排気マニホ
ルドをそれぞれ示している。
2bを介して吸気通路2に接続されている。図1に3で
示したのは機関1の吸入空気量を検出するエアフローメ
ータである。エアフローメータ3は、例えばポテンショ
メータを内蔵した可動ベーン式のものが使用され、吸入
空気量に比例した電圧信号を発生する。また、吸気通路
2には運転者のアクセルペダルの操作量に応じた開度を
とるスロットル弁16が設けられ、更にスロットル弁1
6近傍には、スロットル弁16が全閉時にアイドル状態
信号(LL信号)を発生するアイドルスイッチ17が設
けられている。図1に7で示すのは、吸気マニホルド2
aの各気筒の吸気ポート近傍に配置された燃料噴射弁で
ある。燃料噴射弁7は、後述する制御回路10からの信
号に応じて開弁し、加圧燃料を各気筒の吸気ポート毎に
噴射する。燃料噴射弁7からの燃料噴射制御については
後述する。
て触媒コンバータ12に接続されている。触媒コンバー
タ12は、三元触媒を内蔵し排気中のHC、CO、NO
X の三成分を同時に浄化することができる。また、触媒
コンバータ12の上流側、即ち排気マニホルド11の排
気集合部には上流側空燃比センサ13が、触媒コンバー
タ12の下流側排気管14には下流側空燃比センサ15
がそれぞれ設けられている。本実施形態では空燃比セン
サ13、15として排気中の酸素成分濃度に応じた電圧
信号を発生するO2 センサが用いられている。図21は
O2 センサの一般的な出力特性を示している。図21に
示すように、O2 センサ出力電圧は空燃比がリーンのと
きに0V、リッチのときに1Vとなり、理論空燃比近傍
で比較的急激に変化して理論空燃比相当出力(比較電
圧)VR を横切る。即ち、O2 センサ13、15はそれ
ぞれ排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ
側かに応じて異なる出力電圧を発生する。
には、それぞれ機関クランク軸の一定回転毎にパルス信
号を発生する2つのクランク角センサ5、6が設けられ
ている。本実施形態では、クランク角センサ5は例えば
特定気筒が圧縮上死点に到達する毎に(即ちクランク回
転角720°毎に)基準位置検出用パルス信号を出力
し、クランク角センサ6は例えばクランク回転角30°
毎にクランク回転角検出用のパルス信号を出力する。ま
た、機関1のシリンダブロックのウォータジャケット8
には機関冷却水温度に応じたアナログ電圧を出力する冷
却水温度センサ9が設けられている。
ェイス102、CPU103、ROM104、RAM1
05、を相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマ
イクロコンピュータとされ、更にマルチプレクサ内蔵型
AD変換器101、電源に直接接続され機関イグニッシ
ョンスイッチがオフの状態でも記憶内容を保持可能なバ
ックアップRAM106、クロック発生回路107等を
備えている。制御回路10は、機関の燃料噴射制御、点
火時期制御等の基本制御を行う他、本実施形態では、後
述するように、上流側O2 センサ13と下流側O2 セン
サ15の出力に基づく空燃比フィードバック制御、及び
触媒12の劣化判別とを行っている。
0にはAD変換器101を介してエアフローメータ3か
らの機関吸入空気量信号、冷却水温度センサ9からの冷
却水温度信号、O2 センサ13、15からの空燃比信号
がそれぞれ入力されている他、入出力インターフェイス
102を介してクランク回転角センサ5、6からのパル
ス信号、アイドルスイッチ17からのアイドル信号等が
入力されている。なお、機関吸入空気量信号、冷却水温
度信号は、一定時間毎に実行されるAD変換ルーチンに
よって取り込まれ、RAM105の所定領域にそれぞれ
機関吸入空気量データQ、冷却水温度データTHWとし
て格納される。また、クランク回転角センサ6のパルス
信号が入力する毎に、そのパルス間隔から図示しないル
ーチンにより機関回転速度が算出され、RAM105の
所定領域に機関回転数データNeとして格納される。
イス102を介して燃料噴射弁7に接続され、燃料噴射
弁7からの燃料噴射を制御している。図1に108、1
09、110で示したのは、それぞれ燃料噴射弁7から
の燃料噴射量を制御するための、ダウンカウンタ、フリ
ップフロップ、駆動回路である。即ち、後述するルーチ
ンにおいて燃料噴射量(時間)TAUが算出されると燃
料噴射時間TAUがダウンカウンタ108にプリセット
されると共に、フリップフロップ109がセットされ、
駆動回路110が燃料噴射弁7の駆動信号を出力する。
これにより燃料噴射弁7は開弁し燃料噴射が開始され
る。ダウンカウンタ108はクロック発生回路107の
クロック信号を計数してプリセットされた時間TAUが
経過するとフリップフロップ109にセット信号を出力
する。これにより、フリップフロップ109がセットさ
れるため、駆動回路110は燃料噴射弁7の駆動信号を
停止し、燃料噴射弁7は閉弁する。従って演算された燃
料噴射時間TAUに相当する時間だけ燃料噴射弁7が開
弁し、TAUに相当する量の燃料が燃料噴射弁7から機
関1に噴射されることになる。また、制御回路10は入
出力インターフェイス102を介して触媒劣化時に付勢
されるアラーム19に接続されている。
空燃比制御中は空燃比が理論空燃比を中心としてリッチ
空燃比とリーン空燃比とに交互に変動する制御を行う。
以下、図1の制御回路10の動作を説明する。図2は本
実施形態の燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャー
トである。本ルーチンは、制御回路10により一定クラ
ンク回転角毎(例えば360°毎)に実行される。図2
のルーチンでは、燃料噴射量、即ち燃料噴射弁7の燃料
噴射時間TAUが、機関一回転当たりの吸入空気量Q/
Neと、後述する空燃比補正係数FAFとに基づいて算
出される。即ち、図2のルーチンでは、吸入空気量デー
タQ、回転数データNeをRAM105の所定領域から
読み込み、機関一回転当たりの吸入空気量Q/Neを算
出する(ステップ201)と共に、基本燃料噴射時間T
AUPを、 TAUP=α×Q/Ne として算出する(ステップ202)。ここで、基本燃料
噴射時間TAUPは燃焼室に供給される混合気を理論空
燃比とするために必要とされる燃料噴射時間であり、α
は定数である。また、実際の燃料噴射時間TAUは、上
記TAUPを空燃比補正係数FAFで補正した値、 TAU=TAUP×FAF×β+γ として算出される(ステップ203)。ここで、β、γ
はそれぞれ機関運転状態に応じて決定される定数であ
る。また、上記により燃料噴射時間TAUが算出される
とステップ204では時間TAUがダウンカウンタ10
8にセットされ、時間TAUに応じた量の燃料が燃料噴
射弁7から噴射される。
AFの算出について説明する。空燃比補正係数FAFは
上流側O2 センサ13出力に基づく第一の空燃比フィー
ドバック制御と下流側O2 センサ15出力に基づく第二
の空燃比フィードバック制御とにより算出される。図
3、図4は上流側O2 センサ13出力に基づく第一の空
燃比フィードバック制御を示すフローチャートである。
本ルーチンは制御回路10により一定時間間隔(例えば
4ms毎)で実行される。本ルーチンでは、上流側O2
センサ13の出力VOMを比較電圧VR1(理論空燃比相
当電圧)と比較し、触媒コンバータ上流側での排気空燃
比が理論空燃比よりリッチ(VOM>VR1)のときには
空燃比補正量FAFを減少させ、リーン(VOM≦
VR1)のときにはFAFを増大させる制御を行う。O2
センサは排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側のとき
に、例えば1.0ボルトの電圧信号を出力し、排気空燃
比が理論空燃比よりリーン側のときに例えば0ボルト程
度の電圧信号を出力する。本実施形態では、上記比較電
圧VR1は0.5ボルト程度に設定される。上記のように
空燃比補正量FAFを排気空燃比に応じて増減すること
により、エアフローメータ3や燃料噴射弁7等の燃料供
給系の機器に多少の誤差が生じている場合でも機関空燃
比は正確に理論空燃比近傍に修正される。
に説明すると、ステップ301はフィードバック制御実
行条件が成立しているか否かの判別を示す。フィードバ
ック制御実行条件は、例えば、O2 センサが活性化して
いること、機関暖機が完了していること、フュエルカッ
トから復帰後所定時間が経過していること等であり、実
行条件が成立しているときにのみステップ302以下の
FAF算出が行われる。フィードバック制御実行条件が
成立していない場合には、ルーチンは図4、ステップ3
25に進み、フラグXMFBの値を”0”にセットして
ルーチンを終了する。フラグXMFBは第一の空燃比フ
ィードバック制御を実行中か否かを示すフラグであり、
XMFB=0は第一の空燃比フィードバック制御が停止
されていることを意味する。
を示す。ステップ309と315とに示すフラグF1
は、機関空燃比がリッチ(F1=1)かリーン(F1=
0)かを表す空燃比フラグであり、F1=0からF1=
1(リーンからリッチ)への切換えは上流側O2 センサ
13が所定時間(TDR)以上継続してリッチ信号(V
OM >VR1)を出力したときに(ステップ303、3
10から315)、またF1=1からF1=0(リッチ
からリーン)への切換えは上流側O2 センサ13が所定
時間(−TDL)以上継続してリーン信号(VOM ≦
VR1)を出力したときに行われる(ステップ303から
309)。CDLYは空燃比フラグ切換えタイミングを
判定するためのカウンタである。
により設定されたフラグF1の値に応じてFAFの増減
を行う。即ち、今回ルーチン実行時のF1の値と前回ル
ーチン実行時のF1の値を比較して、F1の値が変化し
たか、つまり空燃比がリッチからリーン、またはリーン
からリッチに反転したかを判断する(ステップ31
6)。そして、現在のF1の値がF1=0(リーン)の
場合には、先ずF1=1からF1=0(リッチからリー
ン)に変化(反転)した直後に比較的大きな値RSRだ
けFAFをスキップ的に増大させ(ステップ317、3
18)、その後はF1=0である間はルーチン実行毎に
比較的小さな値KIRずつ徐々にFAFを増大させる
(ステップ320、321)。同様に、現在のF1の値
がF1=1(リッチ)の場合には、先ずF1=0からF
1=1(リーンからリッチ)に反転した直後にスキップ
的にRSLだけFAFを減少させ(ステップ317、3
19)、その後はF1=1である間はルーチン実行毎に
KILずつ徐々にFAFを減少させる(ステップ32
0、322)。また、上記により算出したFAFの値を
最大値(本実施形態ではFAF=1.2)と最小値(本
実施形態ではFAF=0.8)で定まる範囲を越えない
ようにガードした後(ステップ323)、フラグXMF
Bの値を”1”にセットして(ステップ324)本ルー
チンは終了する。
第二の空燃比フィードバック制御について説明する。図
5、図6は第二の空燃比フィードバック制御ルーチンを
示している。本ルーチンは制御回路10により、第一の
空燃比フィードバック制御より長い所定間隔(例えば5
00ms毎)で実行される。本ルーチンでは、下流側O
2 センサ15の出力VOSを比較電圧VR2(理論空燃比
相当電圧、例えば0.5ボルト)と比較し、触媒コンバ
ータ下流側での排気空燃比が理論空燃比よりリッチ(V
OS>VR2)のときには第一の空燃比フィードバック制
御で用いる補正量RSR(図4ステップ318)を減少
させると共にRSL(図4ステップ319)を増大させ
る。また、触媒コンバータ下流側での排気空燃比が理論
空燃比よりリーン(VOS≦VR2)のときには補正量R
SRを増大させると共にRSLを減少させる操作を行
う。これにより、触媒コンバータ下流側で排気空燃比が
リッチの場合には第一の空燃比フィードバック制御では
FAFの値は全般的に小さく設定されるようになり、逆
に下流側での排気空燃比がリッチの場合にはFAFの値
は全般的に大きく設定されるようになる。このため、上
流側O2 センサ13が劣化したり特定の気筒の排気の影
響を強く受けたために上流側O2 センサ13出力が実際
の排気空燃比からずれたような場合でもFAFの値は下
流側O2 センサ15出力に基づいて補正されるので、機
関空燃比は正確に理論空燃比に維持される。
に説明すると、図5ステップ501、502はフィード
バック制御実行条件が成立しているか否かの判定を示
す。ステップ501の判定条件は、図3ステップ301
のものに加え、機関がアイドル運転中でないこと(即
ち、アイドルスイッチ17からのLL信号が入力してい
ないこと)が条件とされる。また、ステップ502では
第一の空燃比フィードバック制御が実施されているか否
かが判定され、制御実施中(フラグXMFB=1)の場
合にのみステップ504以下の制御が実行される。制御
が実施されていない場合には(XMFB≠1)、ステッ
プ503でフラグXSFBの値を”0”にセットしてル
ーチンを終了する。フラグXSFBは第二の空燃比フィ
ードバック制御を実行中か否かを示すフラグであり、X
SFB=0は第二の空燃比フィードバック制御が停止さ
れていることを意味する。
ック制御を実行中であった場合には、ステップ504で
フラグXSFBの値を”1”にセットした後、下流側O
2 センサ15で検出した排気空燃比がリッチか否かによ
り補正量RSR、RSLの値を増減する操作を行う。即
ち、図6ステップ505では下流側O2 センサ15の出
力VOSをAD変換して読み込み、ステップ506では
VOSがリーン空燃比相当値(VOS≦VR2)か否かを
判定し、VOSの値がリーン空燃比相当値であった場合
には、ステップ507でRSRの値を一定量ΔRSだけ
増大し、増大後のRSRが所定の最大値MAX(本実施
形態ではMAX=0.09)を越えないようにガードす
る(ステップ508、509)。また、ステップ506
でVOSの値がリッチ空燃比相当値(VOS>VR2)で
あった場合には、ステップ510でRSRの値を一定量
ΔRSだけ減少させ、減少後のRSRが所定の最小値M
IN(本実施形態ではMIN=0.01)より小さくな
らないようにガードする(ステップ511、512)。
また、上記により算出されたRSRの値を用いてステッ
プ513では第一の空燃比フィードバック制御ルーチン
で用いるRSL(図4ステップ319)の値を、RSL
=0.1−RSRとして算出する。即ち、RSRとRS
Lとの和は本実施形態では常に一定値(0.1)に保持
されており、RSRが増大するとRSLが減少しRSR
が減少するとRSLは増大するようになっている。
チン実行により、下流側O2 センサ15で検出した排気
空燃比がリッチの場合にはRSRの減少とRSLの増大
が、また、排気空燃比がリーンの場合にはRSRの増大
とRSLの減少とが同時に行われる。図7は、図3、図
4の第一の空燃比フィードバック制御を行った場合の、
上流側O2 センサ13で検出した空燃比(A/F)変化
(図7(A) )に対するカウンタCDLY(同(B) )、フ
ラグF1(同(C) )、空燃比補正係数FAF(同(D))
の変化を示している。図7(A) に示すように、A/Fが
リーンからリッチに変化した場合でも空燃比フラグF1
(図7(C) )の値は直ちに”0”から”1”には変化せ
ず、カウンタCDLYの値が”0”からTDRに増大す
るまでの時間(図7(C) T1 )の間は”0”のまま保持
され、T1 経過後に”0”から”1”に変化する。ま
た、A/Fがリッチからリーンに変化した場合もF1の
値はカウンタCDLYの値が”0”からTDL(TDL
は負の値)に減少するまでの時間(図7(C) T2 )の間
は”1”のまま保持され、T2 経過後に”1”から”
0”に変化する。このため、図7(A) にNで示したよう
に外乱等により上流側O2 センサ13の出力が短い周期
で変化したような場合でもフラグF1の値は追従して変
化しないため、空燃比制御が安定する。
空燃比補正係数FAFの値は図7(D) に示すように周期
的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃比とリー
ン空燃比とに交互に変動する。また、図2で説明したよ
うに、FAFの値が増大すると燃料噴射時間TAUは増
大し、FAFの値が減少すると燃料噴射時間TAUも減
少する。
燃比フィードバック制御(図5、図6)によりRSRが
増大しRSLが減少すると、リッチ空燃比側への振れ幅
が大きくなり空燃比が全体的にリッチ空燃比側に移行す
る。また、逆にRSRが減少しRSLが増大すると、機
関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大きくなり空燃
比が全体的にリーン空燃比側に移行する。従って、第二
の空燃比フィードバック制御によりRSR、RSLの値
が増減されると、機関空燃比はリッチ側またはリーン側
に変化する。
説明する。本実施形態では、三元触媒のO2 ストレージ
作用の低下を検出することにより触媒劣化の有無を判別
する。前述したように、三元触媒は流入する排気空燃比
がリーンのとき(即ち、機関燃焼室で理論空燃比よりリ
ーンな混合気の燃焼が行われているとき)には排気中の
酸素を吸着し、流入する排気空燃比がリッチのとき(燃
焼室で理論空燃比よりリッチな混合気の燃焼が行われて
いるとき)には吸着した酸素を放出する酸素の吸放出作
用を行う。このため、上流側O2 センサ13の出力電圧
VOMの変動軌跡を示した図8(A) に示したように三元
触媒が正常であれば三元触媒に流入する排気の空燃比が
理論空燃比を中心としてリッチ側とリーン側とに交互に
変動しているような場合にも、O2 ストレージ作用によ
り触媒から流出する排気の空燃比の変動は少なくなる。
O2 ストレージ作用は低下し、触媒が吸着、保持できる
最大酸素量(飽和量)が低下する。このため、触媒が劣
化すると、排気空燃比がリーン側に振れているときに少
量の酸素を吸着しただけで三元触媒が飽和してしまう。
このため、三元触媒は排気空燃比がリッチ側に振れたと
きに吸着した酸素を短時間で放出し尽くしてしまい、酸
素を完全に放出した後は触媒から流出する排気の空燃比
はリッチ側に振れるようになる。即ち、三元触媒が劣化
して飽和酸素量が低下すると、下流側O2 センサ15の
出力電圧VOSの変動軌跡を示した図8(B) に示したよ
うに、触媒下流側の排気空燃比も上流側空燃比と同様に
変動し、下流側O2 センサ出力の変動軌跡の長さ(軌跡
長)が増大する。従って、本来、触媒下流側O2 センサ
出力の軌跡長を監視することにより触媒劣化を判別する
ことが可能なはずである。ところが、実際には、前述し
たように例えば触媒の一部が破損している場合や、下流
側O2 センサ15が劣化している場合等は、下流側O2
センサ15の出力電圧VOSの変動軌跡を示した図8
(C) に示したように、触媒が劣化していると判定される
値にまで下流側O2 センサ出力の軌跡長が増大しない。
このような場合は、触媒下流側O2 センサ出力の軌跡長
のみを監視していたのでは、触媒が劣化していることを
判定できないという問題がある。
段により上述の問題を解決する。即ち、内燃機関の排気
通路に配置されたO2 ストレージ作用を有する三元触媒
の上流側の排気通路に機関の空燃比を検出する上流側空
燃比センサを設け、また、三元触媒の下流側の排気通路
に機関の空燃比を検出する下流側空燃比センサが設け
る。空燃比フィードバック制御(F/B)手段は、少な
くとも上流側空燃比センサの出力VOMに基づいて機関
の空燃比を理論空燃比になるようフィードバック制御す
る。前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フ
ィードバック中、第一の軌跡長演算手段は予め定められ
た期間内での上流側空燃比センサの出力VOMの軌跡長
LVOMを演算し、第二の軌跡長演算手段は予め定めら
れた期間内での下流側空燃比センサの出力VOSの軌跡
長LVOSを演算する。第一の反転回数演算手段は予め
定められた期間内での上流側空燃比センサの出力VOM
が基準出力値(VR1)を横切る回数(反転回数)FVO
Mを演算し、第二の反転回数演算手段は予め定められた
期間内での下流側空燃比センサの出力VOSが基準出力
値(VR2)を横切る回数(反転回数)FVOSを演算す
る。触媒劣化判定手段は、上流側O2 センサの軌跡長L
VOMに対する下流側O2 センサの軌跡長LVOSの比
LVOS/LVOMを演算し、また上流側O2 センサの
反転回数FVOMに対する下流側O2 センサの反転回数
FVOSの比FVOS/FVOMを演算し、上記軌跡長
比LVOS/LVOMと反転回数比FVOS/FVOM
とを用いて三元触媒の劣化の有無を判別する。尚、本実
施形態においては、軌跡長LVOMは近似的に今回のV
OMの値VOMi と前回のVOMの値VOMi-1 との差
の絶対値(|VOMi −VOMi-1 |)の積算値として
算出する(図14参照)。また、軌跡長LVOSも同様
に算出する。
触媒劣化判別ルーチンを示すフローチャートである。本
ルーチンは、制御回路10により一定時間毎に実行され
る。ステップ1101では、空燃比フィードバックフラ
グXMFBにより上流側O2センサ13の出力VOMに
より空燃比フィードバック制御中(XMFB=”1”)
か否かを判別し、ステップ1102では、リーンモニタ
により上流側O2 センサ13の出力VOMがリーン側に
予め定められた期間以上張り付いているか否かを判別
し、ステップ1103では、リッチモニタにより上流側
O2 センサ13の出力VOMがリッチ側に予め定められ
た期間以上張り付いているか否かを判別し、ステップ1
104では、空燃比フィードバックフラグXSFBによ
り下流側O 2 センサ15の出力VOSによる空燃比フィ
ードバック制御中(XSFB=”1”)か否かを判別す
る。
OMによる空燃比フィードバック制御中(XMFB=”
1”)であって、該出力VOMがリーン側若しくはリッ
チ側に張り付いてなく、且つ下流側O2 センサ15の出
力VOSによる空燃比フィードバック制御中(XSFB
=”1”)のときのみ、ステップ1105以降に進み、
触媒劣化判別を行う。尚、ステップ1102、1103
を設けたのは、たとえ上流側O2 センサ13の出力VO
Mによる空燃比フィードバック制御が行われても、上流
側O2 センサ13の出力VOMがリーン側かリッチ側か
に片寄っていると、後述の基準値となる軌跡長LVOM
や反転回数FVOMが有効に得られないからであり、つ
まり、上流側O2 センサ13の出力VOMは図8(A) に
示すような場合にのみ触媒劣化判別を行うようにする。
3の出力VOMの軌跡長LVOMiと反転回数FVOM
i とを演算する。ここでLVOMi 、FVOMi は以下
の式で定義する。 LVOMi =LVOMi-1 +|VOMi −VOMi-1 | FVOMi =FVOMi-1 +CFBM ここで添字iは今回ルーチン実行時の値を、i−1は前
回実行時の値を示す(図14参照)。尚、図14では、
説明のため、センサ出力の変化に対して出力のサンプリ
ングタイミング間隔がかなり長く取られている。また、
更に正確に軌跡長を検出するよう時間の経過を加味して
軌跡長を算出してもよい。次いでステップ1106では
同様に下流側O2 センサ15の出力VOSの軌跡長LV
OSi と反転回数FVOSi とを以下の式により演算す
る。
i-1 、VOSi-1 、LVOMi-1 、LVOSi-1 、FV
OMi-1 、FVOSi-1 の各値を更新する。ステップ1
109ではカウンタCTIMEをカウントアップし、ス
テップ1110ではCTIMEの値が予め定められた値
C0 を越えたか否かを判別する。ステップ1110でC
TIME>C0 と判定された場合にはステップ1111
に進み、上流側O2 センサ13に対する下流側O2 セン
サ15の出力VOSの軌跡長比LVOSi /LVOMi
および反転回数比FVOSi /FVOMi を求め、ステ
ップ1112へ進む。
上記LVOSi /LVOMi とFVOSi /FVOMi
の値を基に触媒劣化の有無を判別する。ステップ111
2では軌跡長比LVOSi /LVOMi が予め定められ
た第一の閾値SH1 を越えた(LVOSi /LVOMi
≧SH1 )か否かを判別する。ステップ1112でLV
OSi /LVOMi ≧SH1 であると判定された場合に
はステップ1115へ進む。ステップ1112でLVO
Si /LVOMi ≧SH 1 ではないと判定された場合に
はステップ1113へ進み、軌跡長比LVOSi/LV
OMi が予め定められた第一の閾値SH1 よりも小さい
予め定められた第二の閾値SH2 を越えた(LVOSi
/LVOMi ≧SH2 )か否かを判別する。ステップ1
113でLVOSi /LVOMi ≧SH2 であると判定
された場合には、ステップ1114へ進み、反転回数比
FVOSi /FVOMi が予め定められた値SH3 を越
えた(FVOSi /FVOMi ≧SH3 )か否かを判別
する。ステップ1114でFVOSi /FVOMi ≧S
H3 であると判定された場合にはステップ1115へ進
む。尚、ステップ1113でLVOSi /LVOMi≧
SH2 ではないと判定された場合、およびステップ11
14でFVOSi /FVOMi ≧SH3 ではないと判定
された場合にはステップ1116へ進む。
媒劣化ありと判定された場合にはステップ1115でア
ラームフラグALMをセットし(”1”)、ステップ1
117でアラーム19を付勢し、ステップ1118へ進
む。触媒劣化なしと判定された場合にはステップ111
6でアラームフラグALMをリセット(”0”)し、ス
テップ1118へ進む。
としてアラームフラグALMをバックアップRAM10
6に格納しておく。以上のステップを終了した後、ステ
ップ1119では次回の触媒劣化判別に備え、CTIM
E、VOMi 、VOMi-1 等のパラメータを全てクリア
する。パラメータのクリア後、およびステップ1110
でCTIME>C0 でないと判定された場合、ステップ
1120へ進み、CFBM、CFBSをクリアしステッ
プ1121にてルーチンを終了する。
数比との変化特性が異なるため、本願のように軌跡長比
と反転回数比とを用いて触媒劣化判別を行うことには利
点がある。軌跡長比に基づいた触媒劣化判別では、上述
したように触媒が一部破損したときのように軌跡長比の
増大が触媒劣化ありと判定される閾値まで達しない場合
には触媒劣化を判別できない。更に、O2 センサの実際
の出力はノイズ等により基準出力値を横切らない程度に
小さく振動しながら大きく基準出力値を横切るため、触
媒劣化ありと判定される閾値を小さく設定すると、触媒
劣化のないノイズ等による軌跡長比の増大を触媒劣化と
判定してしまう問題がある。また、下流側O2 センサの
出力の反転回数は、触媒が劣化するとその劣化の程度に
関係なく、上流側O2 センサの出力の反転回数と略等し
くなってしまう。即ち、反転回数比に基づく触媒劣化判
別は触媒が劣化しているか否かを判別するには適してい
るが、反転回数比に基づく触媒劣化判別では触媒劣化程
度に対応した閾値を設定することができないという問題
がある。本発明では、触媒劣化程度に対応した所望の閾
値を比較的自由に選択できる軌跡長比をベースにし、軌
跡長比だけでは触媒が劣化であるか否かを正確に判別で
きない領域において触媒劣化か否かを判別できる反転回
数比を用いるため、より正確な触媒劣化判別が可能とな
る。
示すフローチャートである。ステップ1210で今回の
上流側O2 センサ13の出力VOMi が基準出力値VR1
以下(VOMi ≦VR1)であるか否かが判別される。ス
テップ1210でVOMi ≦VR1であると判定された場
合にはステップ1220へ進み、前回の上流側O2 セン
サ13の出力VOMi-1 が基準出力値VR1以下(VOM
i-1 ≦VR1)であるか否かが判別される。ステップ12
20でVOMi-1 ≦VR1であると判定された場合にはス
テップ1250へ進み、ステップ1220でVOMi-1
≦VR1ではないと判定された場合にはステップ1240
へ進み、反転回数CFBMをカウントアップする。
いと判定された場合にはステップ1230へ進み、前回
の上流側O2 センサ13の出力VOMi-1 が基準出力値
VR1以下(VOMi-1 ≦VR1)であるか否かが判別され
る。ステップ1230でVOMi-1 ≦VR1ではないと判
定された場合にはステップ1250へ進み、ステップ1
230でVOMi-1 ≦VR1であると判定された場合には
ステップ1240へ進み、反転回数CFBMをカウント
アップする。
2 センサ15の出力VOSi が基準出力値VR2以下(V
OSi ≦VR2)であるか否かが判別される。ステップ1
260でVOSi ≦VR2であると判定された場合にはス
テップ1270へ進み、前回の下流側O2 センサ15の
出力VOSi-1 が基準出力値VR2以下(VOSi-1 ≦V
R2)であるか否かが判別される。ステップ1270でV
OSi-1 ≦VR2であると判定された場合にはステップ1
300へ進み、ステップ1270でVOSi-1≦VR2で
はないと判定された場合にはステップ1290へ進み、
反転回数CFBSをカウントアップする。
いと判定された場合にはステップ1280へ進み、前回
の下流側O2 センサ15の出力VOSi-1 が基準出力値
VR2以下(VOSi-1 ≦VR2)であるか否かが判別され
る。ステップ1280でVOSi-1 ≦VR2ではないと判
定された場合にはステップ1300へ進み、ステップ1
280でVOSi-1 ≦VR2であると判定された場合には
ステップ1290へ進み、反転回数CFBSをカウント
アップする。
判別ルーチンを示すフローチャートである。O2 センサ
の出力特性は、内燃機関の運転状況(例えば機関回転
数、吸入空気量、負荷、機関水温、スロットル開度等)
により変化するため、運転状況によっては触媒劣化判別
を正確に行うことができない場合がある。本ルーチン
は、触媒劣化判別を行うべきでない内燃機関の運転状況
のときに触媒劣化判別を行わないようにしたものであ
る。以下、図16に沿って本ルーチンを説明する。本ル
ーチンは制御回路10により一定時間毎に実行される。
ステップ5010では、空燃比フィードバックフラグX
MFBにより上流側O2 センサ13の出力VOMにより
空燃比フィードバック制御中(XMFB=”1”)か否
かを判別し、ステップ5020では、リーンモニタによ
り上流側O2 センサ13の出力VOMがリーン側に予め
定められた期間以上張り付いているか否かを判別し、ス
テップ5030では、リッチモニタにより上流側O2 セ
ンサ13の出力VOMがリッチ側に予め定められた期間
以上張り付いているか否かを判別し、ステップ5040
では、空燃比フィードバックフラグXSFBにより下流
側O2 センサ15の出力VOSによる空燃比フィードバ
ック制御中(XSFB=”1”)か否かを判別し、ステ
ップ5050では、内燃機関の運転状況(例えば機関回
転数、吸入空気量、負荷、機関水温、スロットル開度
等)が触媒劣化を判別すべき予め定められた範囲または
状況であるか否かを判別する。以下に続くフローは図1
1〜図13と同一であり、ここでは図示は省略する。
OMによる空燃比フィードバック制御中(XMFB=”
1”)であって、該出力VOMがリーン側若しくはリッ
チ側に張り付いてなく、且つ下流側O2 センサ15の出
力VOSによる空燃比フィードバック制御中(XSFB
=”1”)であって、内燃機関の運転状況が予め定めら
れた状況であるときのみ、ステップ1105以降に進
み、触媒劣化判別を行う。本実施形態では内燃機関の運
転状況が触媒劣化を判別すべき状況であるか否かを判別
するステップを加えたことにより、空燃比フィードバッ
ク制御の効果が十分発揮される運転状態のときのみ触媒
劣化判別を行うため、触媒劣化判別の精度が向上する。
形態の触媒劣化判別ルーチンを示すフローチャートであ
る。上述したように、O2 センサの出力特性は、内燃機
関の運転状況(例えば機関回転数、吸入空気量、負荷、
機関水温、スロットル開度等)により変化するが、機関
運転状況によってO2 センサ出力の軌跡長の特性が変化
しても反転周期の特性は変化しない場合や、その逆の場
合がある。この場合、軌跡長を用いた触媒劣化判別をす
べきときか否か、また反転回数を用いた触媒劣化判別を
すべきときか否かをそれぞれ判定して触媒劣化判別を行
う必要がある。本ルーチンは上記課題を解決するための
ものである。本ルーチンは、制御回路10により一定時
間毎に実行される。図10ステップ1101〜ステップ
1104と同様にステップ6010〜ステップ6040
が行われ、ステップ6050では、内燃機関の運転状況
(例えば機関回転数、吸入空気量、負荷、機関水温、ス
ロットル開度等)が軌跡長比に基づいて触媒劣化を判別
するのに適した予め定められた状況であるか否かを判別
する。
された場合、ステップ6060では上流側O2 センサ1
3の出力VOMの軌跡長LVOMi を演算する。次いで
ステップ6070では同様に下流側O2 センサの出力V
OSの軌跡長LVOSi を演算する。演算の定義は図1
1ステップ1105およびステップ1106と同様であ
る。次いでステップ6080では次回の実行に備え、V
OMi-1 、VOSi-1、LVOMi-1 、LVOSi-1 の
各値を更新する。
をカウントアップし、ステップ6100ではCTIME
の値が予め定められた第一値C0 1を越えたか否かを判
別する。ステップ6100でCTIME>C0 1と判定
された場合にはステップ6110に進み、上流側O2 セ
ンサ13に対する下流側O2 センサ15の出力VOSの
軌跡長比LVOSi /LVOMi を求める。次いでステ
ップ6120ではこのLVOSi /LVOMi の値を基
に触媒劣化の有無を判別する。ここでの触媒劣化判別の
詳細は図12ステップ1112と同様である。
れた場合にはステップ6130でアラームフラグALM
Lをセットし(”1”)、ステップ6150へ進む。触
媒劣化なしと判定された場合にはステップ6140でア
ラームフラグALMLをリセット(”0”)し、ステッ
プ6150へ進む。ステップ6150では次回の触媒劣
化判別に備え、CTIML、VOMi 、VOMi-1 等の
パラメータを全てクリアする。パラメータのクリア後、
ステップ6100でCTIME>C0 1でないと判定さ
れた場合、およびステップ6050で検出範囲ではない
と判定された場合には、ステップ6160へ進む。ステ
ップ6160では、内燃機関の運転状況(例えば機関回
転数、吸入空気量、負荷、機関水温、スロットル開度
等)が反転回数比に基づいて触媒劣化を判別するのに適
した予め定められた状況であるか否かを判別する。
された場合、ステップ6170では上流側O2 センサ1
3の出力VOMの反転回数FVOMi を演算する。次い
でステップ6180では同様に下流側O2 センサの出力
VOSの反転回数FVOSiを演算する。演算の定義は
図11ステップ1105およびステップ1106と同様
である。次いでステップ6190では次回の実行に備
え、FVOMi-1 、FVOSi-1 の各値を更新する。
をカウントアップし、ステップ6210ではCTIME
の値が予め定められた第二値C0 2を越えたか否かを判
別する。ステップ6210でCTIME>C0 2と判定
された場合にはステップ6220に進み、上流側O2 セ
ンサ13に対する下流側O2 センサ15の出力VOSの
反転回数比FVOSi /FVOMi を求める。次いでス
テップ6230ではこのFVOSi /FVOMi の値を
基に触媒劣化の有無を判別する。ここでの触媒劣化判別
の詳細は図12ステップ1114と同様である。
れた場合にはステップ6240でアラームフラグALM
Fをセットし(”1”)、ステップ6260へ進む。触
媒劣化なしと判定された場合にはステップ6250でア
ラームフラグALMFをリセット(”0”)し、ステッ
プ6260へ進む。次にステップ6270で上記軌跡長
比LVOSi /LVOMi およびそれに基づいた触媒劣
化判別結果ALMLと、上記反転回数比FVOSi /F
VOMi およびそれに基づいた触媒劣化判別結果ALM
Fとを基に触媒劣化判別を行う。このステップでは様々
な組み合わせで触媒劣化判別を行うことが可能である。
例えばALMLおよびALMFが共に”1”である場合
には劣化ありと判定し、ALMLが”1”であるがAL
MFは”0”である場合には、ステップ6270で図1
2ステップ1112〜1114と同様の触媒劣化判別を
行ったり、また、ステップ6120やステップ6230
での触媒劣化判別に用いた閾値とは別の閾値でもって触
媒劣化の判別を行うことも可能である。これにより触媒
劣化判別の精度がより向上される。尚、判別に用いるデ
ータの組み合わせによってはステップ6120、613
0、6140、6230、6240、6250のいずれ
かが不要となる場合もある。
れた場合にはステップ6280でアラームフラグALM
をセットし(”1”)、ステップ6300でアラーム1
9を付勢し、ステップ6310へ進み、ルーチンを終了
する。触媒劣化なしと判定された場合にはステップ62
90でアラームフラグALMをリセット(”0”)し、
ステップ6310へ進み、ルーチンを終了する。
実施形態である反転回数検出ルーチンを示すフローチャ
ートである。上述したように本発明ではセンサの出力が
基準出力値を横切る回数を検出することにより反転回数
を求めている。しかしながら触媒の劣化や下流側O2 セ
ンサの劣化により下流側O2 センサの出力の軌跡長が比
較的短く且つ基準出力値を横切らないことがある。この
ため軌跡長比が触媒劣化ありと判定される予め定められ
た第二閾値SH2 以上であっても反転回数比が求められ
ず、従って触媒劣化判別ができない。図19に示した反
転回数検出によれば、このような場合においてもセンサ
出力の反転回数を検出できる。
5の出力VOSをAD変換して読み込み、RAM105
へ格納する。次にステップ7030で前回の出力VOS
i-1と今回の出力VOSi との差が零以上であるか否か
(VOSi-1 −VOSi >0)を判別する。即ち、前回
の出力から今回の出力への変化が減少か増大かを判別す
る。ステップ7030でVOSi-1 −VOSi >0であ
ると判定された場合にはステップ7040へ進み、二回
連続して減少変化か否かを判別する。これはノイズによ
る出力変化を排除するために行われるステップである。
ステップ7040で二回連続して出力が減少したと判定
された場合にはステップ7050へ進み、減少代表値V
OSLを前回の出力VOSi-1 に更新する。一方、ステ
ップ7030でVOSi-1 −VOSi >0ではないと判
定された場合にはステップ7060へ進み、二回連続し
て増大変化か否かを判別する。ステップ7060で二回
連続して出力が増大したと判定された場合にはステップ
7070へ進み、増大代表値VOSRを前回の出力VO
Si-1 に更新する。ステップ7080では増大代表値V
OSRと減少代表値VOSLとの差が予め定められた値
C3 (C3 >0)より大きい(VOSR−VOSL>C
3 )か否かが判別される。即ち、図20で示したよう
に、出力増大中における代表値VOSRから出力減少中
における代表値VOSLを引いた値が予め定められた値
C3 よりも大きいときには出力が反転したと判定する。
反転したと判定された場合にはステップ7090へ進
み、反転回数カウンタCFBSをカウントアップし、ル
ーチンを終了する。ステップ7040で出力減少が二回
連続ではないと判定された場合、ステップ7060で出
力増大が二回連続ではないと判定された場合、およびス
テップ7080でVOSR−VOSL>C3 ではないと
判定された場合には、ルーチンを終了する。
れた第一の閾値を越えた場合には三元触媒が劣化したと
判定され、軌跡長比が第一の閾値を越えない場合であっ
ても第一の閾値より小さい予め定められた第二の閾値を
越え且つ反転回数比が予め定められた値を越えた場合に
は三元触媒が劣化したと判定されるため、従来、触媒が
劣化していたにも係わらず触媒劣化ありと判定できなか
った軌跡長比が第二の閾値を越えており且つ反転回数比
が予め定められた値を越えている領域の触媒劣化を検出
することができる。
の構成を示す図である。
すフローチャートである。
すフローチャートの一部である。
すフローチャートの一部である。
すフローチャートの一部である。
すフローチャートの一部である。
グダイアグラムである。
説明する図である。
の一部である。
の一部である。
の一部である。
の一部である。
チャートである。
ンを示すフローチャートの一部である。
ンを示すフローチャートの一部である。
ンを示すフローチャートの一部である。
ンを示すフローチャートの一部である。
ンを示すフローチャートである。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関の排気通路に配置された、O2
ストレージ作用を有する三元触媒と、 前記三元触媒の上流側の排気通路に配置され、三元触媒
上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 前記三元触媒の下流側の排気通路に配置され、三元触媒
下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 少なくとも前記上流側空燃比センサの出力に基づいて空
燃比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、 前記上流側空燃比センサの出力の軌跡長に対する前記下
流側空燃比センサの出力の軌跡長の比を演算する軌跡長
比演算手段と、 前記上流側空燃比センサの出力の反転回数に対する前記
下流側空燃比センサの出力反転回数の比を演算する反転
回数比演算手段と、 前記軌跡長比が予め定められた第一の閾値を越えた場合
には三元触媒が劣化したと判定すると共に、前記軌跡長
比が前記第一の閾値を越えない場合であって該第一の閾
値よりも小さい予め定められた第二の閾値を越え且つ前
記反転回数比が予め定められた値を越えた場合には三元
触媒が劣化したと判定する触媒劣化判定手段とを備えた
内燃機関の触媒劣化判別装置。
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