JPH1136848A

JPH1136848A - 内燃機関の触媒劣化判定装置

Info

Publication number: JPH1136848A
Application number: JP9197450A
Authority: JP
Inventors: Noritake Mitsuya; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-09
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JP3389835B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒劣化判定の実施頻度を高く維持しつつ、
誤判定を防止して正確に触媒劣化有無の判定を行うこと
が可能な内燃機関の触媒劣化判定装置の提供。【解決手段】機関が加減速したときに、加減速開始か
らの吸入空気量の変化率を検出し、加減速開始後の吸入
空気量変化率（ＤＱＡＲ）が機関の加減速の開始からの
経過時間に応じて予め定めた加速側の上限値（ＴＤＱＡ
ＲＨ）または減速側の下限値（ＴＤＱＡＲＬ）を超えて
いる時に触媒の劣化判定の実行を禁止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気ガス
浄化用触媒の劣化判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用内燃機関において
は、排気ガス浄化対策として、排気ガス中の未燃成分
（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x）の還元と
を同時に促進する三元触媒が利用されている。そのよう
な三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、内
燃機関の燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比
近傍（ウィンドウ）に制御する必要がある。そのため、
内燃機関における燃料噴射制御においては、排気ガス中
の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッ
チかリーンかを感知するＯ₂センサ（酸素濃度センサ）
を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料量を補正する空
燃比フィードバック制御が行われている。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御では、酸
素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い
場所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けている
が、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するた
めに、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂センサを
更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されてい
る。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌
されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ
平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力
は、上流側Ｏ₂センサよりも緩やかに変化し、従って混
合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ₂セン
サシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイン空燃
比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂センサに
よるサブ空燃比フィードバック制御を実施するものであ
り、メイン空燃比フィードバック制御による空燃比補正
係数を、下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正するこ
とにより、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつきを吸
収し、空燃比制御精度の向上を図っている。

【０００４】以上のような精密な空燃比制御を実施して
も、排気ガスの熱や鉛等の被毒により触媒が劣化してく
ると、十分な排気ガス浄化性能を得ることはできない。
そこで、従来より、種々の触媒劣化判定装置が提案され
ている。その一つは、触媒下流側Ｏ₂センサによって暖
機後のＯ₂ストレージ効果（過剰の酸素を保持し未燃焼
排気物の浄化に利用する機能）の低下を検出することに
より、触媒の劣化を診断するものである。すなわち、触
媒の劣化は、結果として暖機後の浄化性能の低下を誘発
するが、この装置は、Ｏ₂ストレージ効果の低下を浄化
性能の低下と推定し、下流側Ｏ₂センサの出力信号を使
用して、その軌跡長、フィードバック周波数等を求め、
Ｏ ₂ストレージ効果の低下を検出し、触媒の劣化を判定
するものである。例えば、特開昭６３−９７８５２号公
報に開示された装置は、ダブルＯ₂センサシステムにお
いて、空燃比フィードバック制御中の下流側Ｏ₂センサ
の出力のリッチ／リーン反転周期が所定値よりも短くな
った場合に触媒が劣化したと判定する。

【０００５】一方、近年においては、三元触媒が常に一
定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御
する内燃機関も開発されている。すなわち、Ｏ₂ストレ
ージ能力は、排気ガスがリーン状態にあるときに過剰分
の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあるときに不
足分の酸素を放出することにより、排気ガスを浄化する
ものであるが、このような能力は有限なものである。従
って、Ｏ₂ストレージ能力を効果的に利用するために
は、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリーン状態
のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵されてい
る酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量の半分）
に維持することが肝要であり、そのように維持されてい
れば、常に一定のＯ₂吸着・放出作用が可能となり、結
果として触媒による一定の酸化・還元能力が常に得られ
る。

【０００６】このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ
₂ストレージ量を一定に制御する内燃機関においては、
上流側空燃比センサとして空燃比をリニアに検出可能な
Ａ／Ｆセンサが用いられ、比例及び積分動作（ＰＩ動
作）によるフィードバック制御が行われる。すなわち、次回燃料補正量＝Ｋ_p＊（今回の燃料差）＋Ｋ_s＊Σ
（これまでの燃料差）但し、燃料差＝（実際に筒内で燃焼せしめられた燃料
量）−（吸入空気をストイキとする目標筒内燃料量）実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量＝空気量検出値／
空燃比検出値Ｋ_p＝比例項ゲインＫ_s＝積分項ゲインなる演算により、フィードバック燃料補正量が算出され
る。

【０００７】上記した燃料補正量の演算式からわかるよ
うに、その比例項は、Ｏ₂センサによるフィードバック
制御と同様に、空燃比をストイキに維持すべく作用する
成分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）を消去
するように作用する成分である。すなわち、この積分項
の作用により、触媒におけるＯ₂ストレージ量が一定に
維持される結果となる。例えば、急加速等でリーンガス
が発生した場合には、かかる積分項の作用により、リッ
チガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効果が相殺
される。かかるＯ₂ストレージ量一定制御システムにお
いても、Ａ／Ｆセンサの出力特性のばらつきを補償する
ために、触媒下流側にも空燃比センサ（Ｏ₂センサまた
はＡ／Ｆセンサ）が設けられることがある。従って、こ
の場合にも、ダブルＯ₂センサシステムと同様に、触媒
のＯ₂ストレージ効果の低下を下流側空燃比センサで検
出することにより、触媒の劣化を検出することが考えら
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、触媒からの
酸素の吸着・放出量は、Ｏ₂ ストレージ作用のレベルが
同一であっても排気流量に応じて変化する。すなわち、
Ｏ₂ ストレージ作用のレベルが同一であっても排気流量
が大きければ単位時間当たりの触媒の酸素の吸着・放出
量は大きくなる。このため、排気流量が過大な状態では
Ｏ₂ ストレージ作用が低下していない正常な触媒であっ
ても、流入排気空燃比がリッチ空燃比側に振れている間
に短時間で酸素を放出し尽くしてしまい、その後は酸素
を放出できなくなる。また、同様に排気流量か過大な状
態では、Ｏ₂ ストレージ作用が低下していない正常な触
媒であっても、流入排気空燃比がリーン空燃比側に振れ
ている間に短時間に触媒が飽和してしまい、その後は排
気中の酸素を吸着できなくなる。このため、排気流量が
過大な場合には、触媒が正常であっても下流側空燃比セ
ンサ出力は上流側空燃比センサ出力と同様に変動するよ
うになってしまい、正常な触媒が劣化したと誤判定され
る場合が生じる。

【０００９】また、逆に排気流量が過少な状態では、単
位時間当たりの触媒からの酸素の吸放出量が低下するた
め、Ｏ₂ ストレージ作用の低下した劣化触媒であっても
流入排気空燃比がリッチ空燃比側に振れている間に吸着
した酸素の全量を放出できず、流入排気空燃比がリーン
空燃比側に振れている間には飽和量まで酸素を吸着でき
なくなる。このため、排気流量が過少な状態では劣化し
た触媒であっても下流側空燃比センサの出力変動は小さ
くなり、劣化した触媒が正常であると誤判定される場合
が生じる。

【００１０】したがって、例えば、上記特開昭６３−９
７８５２号公報の装置では、所定の運転状態（例えば、
回転数、負荷が所定範囲内にある状態が一定時間以上維
持された場合）のみ触媒の劣化の判定をおこなうことに
より、上述のような誤判定を防止している。ところが、
このようにすると触媒の劣化の判定をおこなう頻度が大
幅に減少し、触媒の劣化を早期に検出できなくなるとい
う問題がある。

【００１１】そこで、劣化の判定を、機関の回転数と負
荷が一定範囲内にある時間が所定時間以上続いた場合に
限定するのではなく、空燃比センサの出力が所定範囲内
にある場合に劣化の判定を実施するようにしたもの（特
開平９−１２５９３６号公報参照）が開示されている。
しかし、このような方法では、空燃比の変化が瞬間的な
場合にセンサが追随できず、本来劣化判定を禁止するべ
きときに禁止できないという誤判定が発生する可能性が
ある。

【００１２】本発明は上記問題に鑑み、触媒劣化判定の
実施頻度を高く維持しつつ、しかも誤判定を防止して正
確に触媒劣化有無の判定を行うことが可能な内燃機関の
触媒劣化判定装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、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、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、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、少なくとも上流側空燃比センサの出力
に基づいて、機関空燃比を目標空燃比にフィードバック
制御する空燃比フィードバック制御手段と、空燃比フィ
ードバック制御実施中に少なくとも下流側空燃比センサ
出力に基づいて三元触媒の劣化の有無を判定する劣化判
定手段と、機関の加減速の開始を検出する加減速開始検
出手段と、機関の加減速の開始からの吸入空気量の変化
率を検出する加減速吸入空気量変化率検出手段と、加減
速吸入空気量変化率が機関の加減速の開始からの経過時
間に応じて予め定めた加速側の上限値または減速側の下
限値を超えている時に劣化判定の実行を禁止する劣化判
定中止手段と、を具備する内燃機関の触媒劣化判定装置
が提供される。

【００１４】この様に構成された触媒劣化判定装置では
機関の加減速の開始からの吸入空気量の変化率が検出さ
れ、吸入空気量変化率が機関の加減速の開始からの経過
時間に応じて予め定めた加速側の上限値または減速側の
下限値を超えている時には触媒の劣化判定の実行が禁止
される。

【００１５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、劣化判定中止手段が加速側の上限値または減
速側の下限値を加減速開始時点からの経過時間に応じて
異なる特性に設定している触媒劣化判定装置が提供され
る。

【００１６】この様に構成された触媒劣化判定装置では
機関の加減速の開始からの吸入空気量の変化率が検出さ
れ、吸入空気量変化率が機関の加減速の開始からの経過
時間に応じて異なる特性に設定されている予め定めた加
速側の上限値または減速側の下限値を超えている時には
触媒の劣化判定の実行が禁止される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る触媒劣化判定装置を備えた電子制御式内燃機
関の全体概要図である。エンジン２０の燃焼に必要な空
気は、エアクリーナ２で濾過され、スロットルボディ４
を通ってサージタンク（インテークマニホルド）６で各
気筒の吸気管７に分配される。なお、その吸入空気流量
は、スロットルボディ４に設けられたスロットル弁５に
より調節されるとともに、エアフローメータ４０により
計測される。また、吸入空気温度は、吸気温センサ４３
により検出される。

【００１８】スロットル弁５の開度は、スロットル開度
センサ４２により検出される。また、スロットル弁５が
全閉状態のときにはアイドルスイッチ５２がオンとな
り、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブと
なる。また、スロットル弁５をバイパスするアイドルア
ジャスト通路８には、アイドル時の空気流量を調節する
ためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）６６が設け
られている。

【００１９】一方、燃料タンク１０に貯蔵された燃料
は、燃料ポンプ１１によりくみ上げられ、燃料配管１２
を経て燃料噴射弁６０により吸気管７に噴射される。吸
気管７では、空気と燃料とが混合され、その混合気は、
吸気弁２４を介してエンジン２０の燃焼室２１に吸入さ
れる。燃焼室２１において、混合気は、ピストン２３に
より圧縮された後、点火されて爆発・燃焼し、動力を発
生する。そのような点火は、点火信号を受けたイグナイ
タ６２が、点火コイル６３の１次電流の通電及び遮断を
制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ６４
を介してスパークプラグ６５に供給されることによりな
される。

【００２０】なお、点火ディストリビュータ６４には、
その軸が例えばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°
ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる基準位置
検出センサ５０、及び３０°ＣＡごとに位置検出用パル
スを発生させるクランク角センサ５１が設けられてい
る。なお、実際の車速は、車速を表す出力パルスを発生
させる車速センサ５３によって検出される。また、エン
ジン２０は、冷却水通路２２に導かれた冷却水により冷
却され、その冷却水温度は水温センサ４４によって検出
される。

【００２１】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁
２６を介して排気マニホルド３０に放出され、次いで排
気管３４に導かれる。なお、排気管３４には、排気ガス
中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するＡ／Ｆ
センサ４５が設けられている。さらにそれより下流の排
気系には、触媒コンバータ３８が設けられており、その
触媒コンバータ３８には、排気ガス中の未燃成分（Ｈ
Ｃ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x）の還元とを同
時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒
コンバータ３８において浄化された排気ガスが大気中に
排出される。また、このエンジン２０は、Ａ／Ｆセンサ
４５による空燃比フィードバック制御の制御中心を変動
させることによりＡ／Ｆセンサ４５の出力特性のばらつ
きを補償するサブ空燃比フィードバック制御を実施する
内燃機関であり、触媒コンバータ３８より下流の排気系
には、Ｏ₂ センサ４６が設けられている。

【００２２】電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０は、燃料
噴射制御（空燃比制御）、点火時期制御、アイドル回転
速度制御などに加え、触媒劣化判定処理を実行するマイ
クロコンピュータシステムであり、そのハードウェア構
成は、図５のブロック図に示される。リードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）７３に格納されたプログラム及び各種のマ
ップに従って、中央処理装置（ＣＰＵ）７１は、各種セ
ンサ及びスイッチからの信号をＡ／Ｄ変換回路７５又は
入力インタフェース回路７６を介して入力し、その入力
信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づ
き駆動制御回路７７ａ〜７７ｄを介して各種アクチュエ
ータ用制御信号を出力する。

【００２３】ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７４
は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記
憶場所として使用される。また、バックアップＲＡＭ
（Ｂ−ＲＡＭ）７９は、バッテリ（図示せず）に直接接
続されることにより電力の供給を受け、イグニションス
イッチがオフの状態においても保持されるべきデータ
（例えば、各種の学習値）を格納するために使用され
る。また、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、アドレス
バス、データバス、及びコントロールバスからなるシス
テムバス７２によって接続されている。

【００２４】ＥＣＵ７０は、点火時期制御、アイドル回
転速度制御など色々の制御をおこなうが、以下では、空
燃比制御（燃料噴射制御）及び本発明に係る触媒劣化判
定処理について詳細に説明する。図３は、筒内空気量推
定及び目標筒内燃料量算出ルーチンの処理手順を示すフ
ローチャートである。本ルーチンは、所定のクランク角
ごとに実行される。まず、本ルーチンの前回までの走行
により得られている筒内空気量ＭＣ_i及び目標筒内燃料
量ＦＣＲ_iを更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，
…，ｎ−１）回前のＭＣ_i及びＦＣＲ _iを、第“ｉ＋
１”回前のＭＣ_i+1 及びＦＣＲ_i+1 とする（ステップ３
０２）。これは、図４に示されるように、過去ｎ回分の
筒内空気量ＭＣ_iおよび目標筒内燃料量ＦＣＲ_iのデー
タをＲＡＭ７４内に記憶し、今回新たにＭＣ₀ 及びＦＣ
Ｒ₀ を算出するためである。

【００２５】次いで、エアフローメータ４０、クランク
角センサ５１、及びスロットル開度センサ４２からの出
力に基づいて、現在の吸気流量ＱＡ、内燃機関回転速度
ＮＥ、及びスロットル開度ＴＡを求める（ステップ３０
４）。次いで、これらのＱＡ、ＮＥ、及びＴＡのデータ
より、筒内に供給される空気量ＭＣ₀ を推定する（ステ
ップ３０６）。なお、一般に、筒内空気量は、吸気流量
ＱＡ及び内燃機関回転速度ＮＥから推定可能であるが、
本実施例では、スロットル開度ＴＡの値の変化より過渡
状態を検出し、過渡状態においても精密な空気量が算出
されるようにしている。

【００２６】次いで、筒内空気量ＭＣ₀ 及び理論空燃比
ＡＦＴに基づき、ＦＣＲ₀ ←ＭＣ₀ ／ＡＦＴなる演算を実行して、混合気を理論空燃比とするために
筒内に供給されるべき目標燃料量ＦＣＲ₀ を算出する
（ステップ３０８）。このようにして算出された筒内空
気量ＭＣ₀ 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ₀ は、今回得られ
た最新のデータとして、図４に示されるような形式でＲ
ＡＭ７４内に記憶される。

【００２７】図５は、メイン空燃比フィードバック制御
ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この
ルーチンは、所定のクランク角ごとに実行される。ま
ず、フィードバックを実行すべき条件が成立するか否か
を判定する（ステップ５０２）。例えば、冷却水温が所
定値以下の時、機関始動中、始動後増量中、暖機増量
中、Ａ／Ｆセンサ４５の出力信号変化がない時、燃料カ
ット中、等はフィードバック条件不成立となり、その他
の場合は条件成立となる。条件不成立のときには、フィ
ードバック制御による燃料補正量ＤＦを０とし（ステッ
プ５１６）、本ルーチンを終了する。

【００２８】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている燃料量差（実際
に筒内で燃焼せしめられた燃料量と目標筒内燃料量との
差）ＦＤ_iを更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，
…，ｍ−１）回前のＦＤ_iを第“ｉ＋１”回前のＦＤ
_i+1 とする（ステップ５０４）。これは、過去ｍ回分の
燃料量差ＦＤ_iのデータをＲＡＭ７４内に記憶し、今回
新たに燃料量差ＦＤ₀ を算出するためである。

【００２９】次いで、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧値Ｖ
ＡＦを検出する（ステップ５０６）。そして、後述する
サブ空燃比フィードバック制御により算出されているＡ
／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶにより、ＶＡＦ←ＶＡＦ＋ＤＶなる演算を実行して、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦを補
正する（ステップ５０８）。このような補正により、サ
ブ空燃比フィードバック制御において目標電圧に達する
まで、空燃比変動の中心が徐々にシフトしていくことと
なる。そして、このような補正後のＶＡＦに基づき図６
の特性図を参照することにより、現在の空燃比ＡＢＦを
決定する（ステップ５１０）。なお、図６の特性図は、
マップ化されてＲＯＭ７３にあらかじめ格納されてい
る。

【００３０】次に、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量
算出ルーチンにより既に算出されている筒内空気量ＭＣ
_n及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_n（図４参照）に基づき、ＦＤ₀ ←ＭＣ_n／ＡＢＦ−ＦＣＲ_n なる演算により、実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量
と目標筒内燃料量との差を求める（ステップ５１２）。
なお、このようにｎ回前の筒内空気量ＭＣ_n及び目標筒
内燃料量ＦＣＲ_nを採用する理由は、現在Ａ／Ｆセンサ
により検出されている空燃比と実際の燃焼との時間差を
考慮したためである。換言すれば、過去ｎ回分の筒内空
気量ＭＣ_i及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_iを記憶しておく
必要があるのは、そのような時間差のためである。

【００３１】次いで、ＤＦ←Ｋ_fp＊ＦＤ₀ ＋Ｋ_fs＊ΣＦＤ_i なる演算により、比例・積分制御（ＰＩ制御）による燃
料補正量ＤＦが決定される（ステップ５１４）。なお、
右辺第１項はＰＩ制御の比例項であり、Ｋ_fpは比例項ゲ
インである。また、右辺第２項はＰＩ制御の積分項であ
り、Ｋ_fsは積分項ゲインである。

【００３２】図７はサブ空燃比フィードバック制御ルー
チンの処理手順を示すフローチャートである。このルー
チンは、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの場
合よりも長い所定の時間周期で実行される。まず、メイ
ン空燃比フィードバックの場合と同様に、サブ空燃比フ
ィードバック制御を実行すべき条件が成立するか否かを
判定する（ステップ７０２）。条件不成立の場合には、
Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶを０に設定し（ステッ
プ７１２）、本ルーチンを終了する。

【００３３】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている電圧差（実際に
検出されたＯ₂ センサ出力電圧と目標Ｏ₂ センサ出力電
圧との差）ＶＤ_iを更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝
０，１，…，ｐ−１）回前のＶＤ_iを第“ｉ＋１”回前
のＶＤ_i+1 とする（ステップ７０４）。これは、過去ｐ
回分の電圧差ＶＤ_iのデータをＲＡＭ７４内に記憶し、
今回新たに電圧差ＶＤ₀を算出するためである。

【００３４】次いで、Ｏ₂ センサ４６の出力電圧ＶＯＳ
を検出する（ステップ７０６）。次いで、そのＶＯＳ及
び目標Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯＳＴ（例えば０．５Ｖ）
に基づいて、ＶＤ₀ ←ＶＯＳ−ＶＯＳＴなる演算を実行することにより、最新の電圧差ＶＤ₀ を
求める（ステップ７０８）。

【００３５】最後に、ＤＶ←Ｋ_vp＊ＶＤ₀ ＋Ｋ_vs＊ΣＶＤ_i なる演算により、ＰＩ制御によるＡ／Ｆセンサ出力電圧
補正量ＤＶを決定する（ステップ７１０）。なお、Ｋ_vp
及びＫ_vsは、それぞれ比例項及び積分項のゲインであ
る。こうして求められた補正量ＤＶは、前述したよう
に、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおい
て、Ａ／Ｆセンサによるフィードバック制御の制御中心
電圧を変化させるために使用される。

【００３６】図８は燃料噴射制御ルーチンの処理手順を
示すフローチャートである。このルーチンは、所定のク
ランク角ごとに実行される。最初に、前述した筒内空気
量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンにおいて算出さ
れた目標筒内燃料量ＦＣＲ₀、及びメイン空燃比フィー
ドバック制御ルーチンにおいて算出されたフィードバッ
ク補正量ＤＦに基づき、ＦＩ←ＦＣＲ₀ ＊α＋ＤＦ＋β なる演算を実行して、燃料噴射量ＦＩを決定する（ステ
ップ８０２）。なお、α及びβは、他の運転状態パラメ
ータによって定まる乗算補正係数及び加算補正量であ
る。例えば、αには、吸気温センサ４３、水温センサ４
４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正が含ま
れ、また、βには、燃料の壁面付着量（過渡運転状態に
おいて吸気管圧力の変化に伴い変化する）の変化に基づ
く補正が含まれている。最後に、求められた燃料噴射量
ＦＩを燃料噴射弁６０の駆動制御回路７７ａにセットす
る（ステップ８０４）。

【００３７】次に本発明に係わる触媒の劣化判定につい
て説明するが初めにその考え方を説明する。先に述べた
様に、本発明の目的は、触媒劣化判定の実施頻度を高く
維持しつつ、しかも誤判定を防止して正確に触媒劣化有
無の判定を行うことが可能な内燃機関の触媒劣化判定装
置を提供することである。

【００３８】ここで、加減速時に、加減速の開始からの
空気量の変化率が大きい程、さらには、加減速の開始か
らの時間が短い程、空燃比の荒れが大きい。すなわち、
加減速の開始からの経過時間が短ければ比較的空気量の
変化率が小さくても空燃比の荒れが大きいので、加減速
の開始からの経過時間が短ければ比較的空気量の変化率
が小さくても触媒の劣化判定には適さない。一方、加減
速の開始からの経過時間が長ければ比較的空気量の変化
率が大きくても空燃比の荒れは小さいので、加減速の開
始からの経過時間が長ければ比較的空気量の変化率が大
きくても触媒の劣化判定をしてもよい。

【００３９】そこで、本実施の形態では、加減速の開始
からの時間経過と、加減速の開始からの空気量の変化率
に応じて触媒の劣化判定の可否を示す図９に示すような
マップを実験によりもとめてＲ０Ｍ７３に記憶してお
く。そして、劣化判定をおこなうときに加減速の開始か
らの時間と、空気量の変化率を求め、上記マップと照ら
し合わせ触媒の劣化判定の可否を決定するのである。

【００４０】図１０〜１１に示すのが、上記の考え方に
基づく触媒の劣化判定の可否を決定するルーチンのフロ
ーチャートである。まず、最初にｔＸＪＫＧＳに前回の
加減速フラグＸＪＫＧＳを読み込み（ステップ１００
２）前回が加速中であったか、減速中であったかを一旦
記憶する。次いで前回の空気量ＱＡＯと今回の空気量Ｑ
Ａの大小を比較して現在加速中か、減速中かを判定し
（ステップ１００４）、加速中であればフラグＸＪＫＧ
Ｓの値を１にし（ステップ１００６）、減速中であれば
フラグＸＪＫＧＳの値を０にする（ステップ１００
８）。

【００４１】次に、加減速状態が切り替わったかどうか
を判定し（ステップ１０１０）、切り替わっていれば、
加減速開始からの時間を計測するタイマーＣＪＴＫＧＳ
をリセットして新規にカウントを開始するとともに加減
速開始時点の空気量ＱＡＳＴとして前回の空気量ＱＡＯ
を記憶して（ステップ１０１２）から、空気量変化率Ｄ
ＱＡＲを以下の式で計算する（ステップ１０１４）。ＤＱＡＲ←（ＱＡ−ＱＡＳＴ）／ＱＡＳＴなお、ステップ１０１０で加減速状態が切り替わってい
ないと判定された場合はステップ１０１２を実行せずス
テップ１０１４を実行する。

【００４２】次に加減速開始からの時間ＣＪＴＫＧＳに
対応した劣化判定が可能な上限の空気量変動値ＴＤＱＡ
ＲＨ（加速時に対応）と下限の空気量変動値ＴＤＱＡＲ
Ｈ（減速時に対応）を図９のマップから読み込み（ステ
ップ１０１６）、ステップ１０１４でもとめた現在の加
減速開始からの空気量変化率ＤＱＡＲが劣化判定が可能
な範囲にあるかどうかを判定する（ステップ１０１
８）。その結果、劣化判定が可能な範囲になければモニ
ター許可フラグＸＭＣＡＴＤを０にし（ステップ１０２
０）、劣化判定が可能な範囲にあればモニター許可フラ
グＸＭＣＡＴＤを１にし（ステップ１０２２）する。そ
して、次回の演算に備えて、ＱＡをＱＡＯにし、ＣＪＴ
ＫＧＳを１つインクリメントして終了する。

【００４３】最後に、触媒劣化判定ルーチンについて図
１２〜１３を参照しながら説明する。図１２〜１３に示
すのはＡ／Ｆセンサ４５の出力の軌跡長ＬＶＡＦとＯ₂
センサ４６の出力の軌跡長ＬＶＯＳの比ＬＶＯＳ／ＬＶ
ＡＦに基づいて触媒劣化判定をするものであるが、その
他の判定方法を用いることも可能である。

【００４４】図１２〜１３に示すフローチャートにおい
て、まず、ステップ１２０２では、劣化判定のためのモ
ニタ条件が成立するか否かを判定し、モニタ条件不成立
の場合には本ルーチンを終了し、モニタ条件成立の場合
にはステップ１２０４以降に進む。このモニタ条件は、
Ａ／Ｆセンサ４５の出力に基づくメイン空燃比フィード
バック制御中であること、Ｏ₂センサ４６の出力に基づ
くサブ空燃比フィードバック制御中であること、及び機
関負荷が所定値以上であることである。そして、ステッ
プ１２０４では、図１０〜１１のフローチャートで演算
したＸＭＣＡＴＤ＝１であることであるか否かによっ
て、空気量の変化率からみて、触媒の劣化の判定をおこ
なってよいかどうかを判定する。ＸＭＣＡＴＤ＝１でな
ければ今回の触媒劣化判定を断念してステップ１２１６
に進み、ＸＭＣＡＴＤ＝１であればステップ１２０６に
進む。

【００４５】ステップ１２０６では、Ａ／Ｆセンサ４５
の出力電圧ＶＡＦ及びＯ₂センサ４６の出力電圧ＶＯＳ
を検出する。次いで、ステップ１２０８では、ＶＡＦの
軌跡長ＬＶＡＦを、ＬＶＡＦ←ＬＶＡＦ＋｜ＶＡＦ−ＶＡＦＯ｜なる演算により更新する。次いで、ステップ１２１０で
は、ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳを、ＬＶＯＳ←ＬＶＯＳ＋｜ＶＯＳ−ＶＯＳＯ｜なる演算により更新する。次いで、ステップ１２１２で
は、次回の実行に備え、ＶＡＦＯ←ＶＡＦＶＯＳＯ←ＶＯＳとする。なお、Ａ／Ｆセンサの軌跡長ＬＶＡＦの算出に
おいて、Ａ／Ｆセンサ出力の最大値と最小値との差（振
幅）が瞬間的に閾値を超えた場合、軌跡長ＬＶＡＦ及び
ＬＶＯＳの積算をストップ（積算値はホールド）し、閾
値以下となった時点で積算を再開するようにしてもよ
い。

【００４６】次いで、ステップ１２１４では、モニタ時
間を計測するためのカウンタＣＴＩＭＥをインクリメン
トし、ステップ１２１６では、そのカウンタの値が所定
値Ｃ ₀を超えたか否かを判定する。ＣＴＩＭＥ＞Ｃ₀の
ときにはステップ１２１８に進み、ＣＴＩＭＥ≦Ｃ₀の
ときには本ルーチンを終了する。

【００４７】ステップ１２１８では、Ｏ₂センサ４６の
出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳとＡ／Ｆセンサ４５の出力
ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡＦとの比、すなわち軌跡長比ＬＶ
ＯＳ／ＬＶＡＦに基づいて触媒劣化判定をする。そのた
めの触媒劣化判定基準値Ｒ_re _fは予めＲＯＭ７３に格納
されている。ステップ１２１８で肯定判定された時は触
媒劣化ありとみなし、所定のアラームフラグＡＬＭを１
にするとともに（ステップ１２２０）、アラームランプ
６８を点灯する（ステップ１２２２）。肯定判定された
時は触媒劣化なしとみなし、アラームフラグＡＬＭを０
とする（ステップ１２２４）。アラームフラグＡＬＭ
は、修理点検時に収集されうるように、バックアップＲ
ＡＭ７９に格納される（ステップ１２２６）。最後のス
テップ１２２８では、次回の触媒劣化判定に備え、ＣＴ
ＩＭＥ，ＬＶＡＦ，ＬＶＯＳがクリアされる。

【００４８】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、加減速
した時、加減速の開始からの空気量の変化率が予め定め
た加速時の上限値、あるいは減速時の加減値を超え、空
燃比が荒れる場合には、触媒の劣化の判定が中止される
が、その他の場合には触媒の劣化の判定を実行すること
ができ、誤判定を防止しながら、触媒の劣化の判定の機
会を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定装置の基
本構成図である。

【図２】ＥＣＵのハードウエア構成図である。

【図３】筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチ
ンのフローチャートである。

【図４】ＲＡＭ内記憶状態説明図である。

【図５】メイン空燃比フィードバック制御ルーチンのフ
ローチャートである。

【図６】サブ空燃比フィードバック制御ルーチンのフロ
ーチャートである。

【図７】空燃比とＡ／Ｆセンサ出力電圧との関係を示す
特性図である。

【図８】燃料噴射制御ルーチンのフローチャートであ
る。

【図９】加減速開始後の経過時間と空気量変化率に対す
る触媒劣化判定の許可領域を説明する図である。

【図１０】触媒劣化判定可否を決定するルーチンの一部
である。

【図１１】触媒劣化判定可否を決定するルーチンの一部
である。

【図１２】触媒劣化判定ルーチンの一部である。

【図１３】触媒劣化判定ルーチンの一部である。

【符号の説明】

２０…内燃機関３０…排気マニホールド３４…排気管３８…三元触媒４５…Ａ／Ｆセンサ４６…Ｏ₂ センサ６８…アラームランプ７０…ＥＣＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【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、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、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、少なくとも上流側空燃比センサの出力に基づいて、機関
空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フ
ィードバック制御手段と、空燃比フィードバック制御実施中に少なくとも下流側空
燃比センサ出力に基づいて三元触媒の劣化の有無を判定
する劣化判定手段と、機関の加減速の開始を検出する加減速開始検出手段と、機関の加減速の開始からの吸入空気量の変化率を検出す
る加減速吸入空気量変化率検出手段と、加減速吸入空気量変化率が機関の加減速の開始からの経
過時間に応じて予め定めた加速側の上限値または減速側
の下限値を超えている時に劣化判定の実行を禁止する劣
化判定禁止手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化判定装
置。
【請求項２】劣化判定禁止手段が加速側の上限値また
は減速側の下限値を加減速開始時点からの経過時間に応
じて異なる特性に設定していることを特徴とする請求項
１に記載の触媒劣化判定装置。