JP2998539B2 - 内燃機関の触媒劣化判定装置 - Google Patents

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排気浄化のた
めの触媒の劣化状態を判定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を清浄化するシステムと
して、酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比
にフィードバック制御すると共に、排気通路にＨＣ，Ｃ
Ｏの酸化と、ＮＯの還元とを同時に行う三元触媒を設置
することが、広く実用化されている。

【０００３】三元触媒は経年変化し、性能が劣化してく
ると、転換効率が次第に低下し、排気浄化に支障をきた
す。性能が劣化した触媒は交換する等の処置を取ること
が好ましく、そこで、このような触媒の劣化状態を判定
するために、従来、特開平４−１８７８４８号公報にも
あるような装置が提案されている。

【０００４】これは、三元触媒の上流と下流にそれぞれ
酸素センサを設置し、下流の酸素センサの出力の反転周
波数が所定値よりも高いときに、触媒が劣化している判
定するものである。

【０００５】上流の酸素センサの出力に基づいて空燃比
が理論空燃比となるようにフィードバック制御すると、
実際の空燃比は理論空燃比を境にして、僅かにリッチ、
リーンに振れ、また、このように僅かにリッチリーンに
変化することにより、三元触媒の酸化、還元機能も最大
に維持される。これに対して、三元触媒を通過した排気
の空燃比は、触媒の働きにより、酸素がストレージされ
るため、均一的な理論空燃比となる。

【０００６】しかし、三元触媒が劣化してくると、触媒
の転換効率が低下し、三元触媒の上流の空燃比の変化
が、そのまま下流にも現れてくる。仮に、三元触媒が全
く機能しないとすると、上流と下流の空燃比は全く同一
的に変化する。

【０００７】下流の酸素センサにより排気中の酸素濃度
を測定すると、三元触媒が正常に機能しているときは、
酸素センサの出力はほとんどリッチ、リーンに振れるこ
とがなく、これに対して、劣化が進むと、リッチ、リー
ンに変化する反転周波数が次第に増加してくる。

【０００８】そこで、上流の酸素センサの反転周波数
と、下流の酸素センサの出力の反転周波数とを比較し、
比率が所定値を越えたときに、触媒の劣化が進んだもの
と判定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、上
流と下流の酸素センサの出力特性のリッチまたはリーン
側へのずれにより、判定に影響を受け、誤診断すること
があった。

【００１０】下流の酸素センサの出力の反転をカウント
するための比較値（しきい値）は一定値に固定されてい
るため、上流側の酸素センサの特性が、リッチまたはリ
ーンにずれていると、反転出力の周波数は、空燃比の変
化を正確に反映することができなくなる。

【００１１】図６（Ａ）は上流側と下流側の酸素センサ
の特性にずれが無い場合で、下流側の酸素センサは比較
値を基準にして等振幅で出力がリッチリーンに反転す
る。

【００１２】しかし、図６（Ｂ）に示すように、上流側
の酸素センサが例えばリーンシフトすると、これに基づ
いて制御される空燃比は、相対的にリーンになり、下流
の酸素センサの出力も比較しきい値に対して、リーン側
にずれ、比較しきい値をよぎる回数が反転回数と対応し
なくなる。このため、実際には反転周波数が多くても、
比較しきい値をよぎる回数が少なくなって、触媒が劣化
しているにもかかわらず、正常であるものと誤診断する
ことがある。

【００１３】本発明はこのような問題を解決、つまり、
酸素センサの特性のずれに関係なく正しく触媒の劣化を
判定できるようにすることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、図１
に示すように、排気通路に介装した触媒（１２）と、触
媒（１２）の上流に配置した第１の酸素センサ（１４）
と、この酸素センサ（１４）の出力に基づいて空燃比を
理論空燃比にフィードバック制御する手段１と、前記触
媒（１２）の下流に配置した第２の酸素センサ（１５）
と、この酸素センサ（１５）の出力が比較しきい値をよ
ぎる回数を第２の酸素センサ（１５）の反転回数として
計数し、計数した反転回数に基づいて触媒（１２）の劣
化を判定する手段２とを備えた内燃機関の触媒劣化判定
装置において、前記フィードバック制御される空燃比を
前記第２の酸素センサ（１５）の出力に基づいて補正す
る手段３と、この補正値に基づいて前記比較しきい値を
増減させる調整手段４とを備える。

【００１５】

【作用】第１の酸素センサの出力に基づいて空燃比のフ
ィードバック制御が行われるが、仮に、第１の酸素セン
サの出力特性がリッチ側にシフトしているとすると、第
２の酸素センサの出力もリッチ側に偏位する。

【００１６】しかし、第２の酸素センサの出力により、
空燃比を補正制御すると、この補正値としては、空燃比
をリーン側に戻す方向の値となる。この補正値を利用し
て、第２の酸素センサの出力を比較するしきい値（スラ
イスレベル）を調整、つまり、比較しきい値をリッチ側
に変位させることにより、リッチ側に偏位しているセン
サ出力の反転振幅の中心に向けて移動し、反転回数を正
確に計数することができ、この反転回数に基づいて触媒
の劣化を正しく判断することが可能となる。

【００１７】

【実施例】図２は本発明の実施例を示すもので、１１は
エンジン、１３は排気通路、１２は排気通路１３に介装
した三元触媒、１４は三元触媒１２の上流に設置した第
１の酸素センサ、１５は同じく下流に設置した第２の酸
素センサである。

【００１８】１６はコントロールユニットで、エンジン
１の吸気系に燃料噴射弁１７を介して供給する燃料供給
量を、基本的には理論空燃比となるようにフィードバッ
ク制御する。このため、コントロールユニット１６に
は、吸入空気量、エンジン回転数等の運転状態を代表す
る信号が入力すると共に、前記酸素センサ１４と１５か
らの信号が入力し、吸入空気量に対して一定の比率とな
るように設定した燃料供給量を、第１の酸素センサ１４
の出力に基づいてフィードバック制御すると共に、さら
にこれを第２の酸素センサ１５の出力に基づいて補正
し、正しく理論空燃比となるように補正する。

【００１９】また、コントロールユニット１６は、第２
の酸素センサ１５の出力の反転回数から、三元触媒１２
が正常に働いているかどうかを判定、つまり、単位時間
当たりの反転回数が所定値以上、または、第１の酸素セ
ンサ１４の出力の反転回数に対する第２の酸素センサ１
５の出力の反転回数の比率が所定値以上になると、触媒
が劣化したものと判断するが、このとき、第２の酸素セ
ンサ１５の反転回数を計数するための比較しきい値（ス
ライスレベル）を、前記空燃比の補正値に基づいて修正
することにより、反転回数を正しくカウントできるよう
にする。

【００２０】この反転回数の計数制御動作について、図
３のフローチャートにしたがって説明する。

【００２１】まず、ステップ１で第１の酸素センサ１４
による空燃比のフィードバック制御値に対し、これをさ
らに第２の酸素センサ１５による補正制御中であるかど
うか、また、ステップ２で触媒の劣化を診断する運転条
件（例えば一定の定常運転時）にあるかどうかを判断
し、診断条件にあるときは、ステップ３で第２の酸素セ
ンサ１５の出力にもとづいての空燃比制御の補正値ＰＨ
ＯＳを読み込む。なお、診断条件にないときは、最初に
戻る。

【００２２】例えば、第１の酸素センサ１４の出力特性
が第２の酸素センサ１５よりもリーンな特性であれば、
図４にも示すように、これに基づいてフィードバック制
御される空燃比は、基本的には相対的にリーン側に偏位
し、このため、第２の酸素センサ１５の出力もリーンに
偏る。したがって、この第２の酸素センサ１５の出力に
基づいて算出される補正値ＰＨＯＳは、空燃比をリッチ
に補正するように増加する。

【００２３】逆に第１の酸素センサ１４の出力が第２の
酸素センサ１５よりもリッチな特性であれば、空燃比の
補正値ＰＨＯＳはリーン側に補正するために低下する。

【００２４】したがって、この補正値ＰＨＯＳは、第
１、第２酸素センサ１４，１５の出力中心点からのずれ
の大きさを示すパラメータとなる。

【００２５】ステップ４ではこの補正値ＰＨＯＳを前回
の補正値ＰＨＯＳＰと比較し、もし、ＰＨＯＳ＞ＰＨＯ
ＳＰならば、つまり今回の補正値がリッチ側に偏位して
いるときは、実際の空燃比はリーンで、これを補正する
ために補正値がリッチ化しているのであるから、ステッ
プ５で、第２の酸素センサ１５の反転回数を算出するた
めの比較しきい値であるスライスレベルＳＬＲを、ＳＬ
Ｒ＝ＳＬＲ−ＤＳＬＲ１として、リーン空燃比の振幅の
中心にくるように下げる。

【００２６】また、ステップ４で、逆に前回値よりも小
さいとき、つまり補正値がリーン側に偏位しているとき
は、ステップ６で、スライスレベルＳＬＲ＝ＳＬＲ＋Ｄ
ＳＬＲ２として、リッチ空燃比に対応してスライスレベ
ルを引き上げる。

【００２７】これらの結果、第２酸素センサ１５のスラ
イスレベルＳＬＲは、空燃比に対応して相対的に移動
し、それぞれ空燃比の振幅の中心に近づいていく。

【００２８】ステップ７では第２の酸素センサ１５の出
力ＶＲＯ２を、この修正したスライスレベルＳＬＲと比
較し、ＶＲＯ２＞ＳＬＲならば、ステップ８で、前回の
第２の酸素センサ１５の前回の出力ＶＲＯ２ＰとＳＬＲ
を比較し、もしＶＲＯ２Ｐ≦ＳＬＲならば、酸素センサ
１５の出力が反転したものとして、ステップ１０に移行
して、反転カウンタのカウンタ値ＣＴを、ＣＴ＝ＣＴ＋
１とする。

【００２９】同じように、ステップ７でＶＲＯ２＜ＳＬ
Ｒならば、ステップ９で、前回のセンサ出力ＶＲＯ２Ｐ
をＳＬＲと比較し、ＶＲＯ２Ｐ＞ＳＬＲならば、センサ
出力が反転したものと判断し、ステップ１０でカウンタ
値ＣＴをインクリメントする。なお、第２の酸素センサ
１５の出力が反転しないときは、それぞれ最初に戻り、
同じ操作を繰り返す。

【００３０】そして、ステップ１１では、前記補正値Ｐ
ＨＯＳＰをＰＨＯＳとし、また、センサ出力値ＶＲＯ２
ＰをＶＲＯ２として、最初に戻る。

【００３１】以上のように構成され、次に全体の作用を
説明すると、コントロールユニット１６は、通常の運転
時には三元触媒１２の上流の第１の酸素センサ１４の出
力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行い、この
制御値を、下流側の第２の酸素センサ１５の出力に基づ
いて補正し、燃料噴射弁１７から供給される燃料量が、
理論空燃比となるように制御する。

【００３２】そして、エンジンの特定運転条件が触媒診
断条件になると、第２の酸素センサ１５の出力に基づい
ての空燃比の補正値から、スライスレベルＳＬＲの調整
を行う。

【００３３】図５（Ａ）に示すように、第１の酸素セン
サ（Ｏ₂／Ｓ）１４の特性が第２の酸素センサ１５より
もリッチ側にずれると、第２の酸素センサ１５の出力は
リッチ側に偏りやすく、また、図５（Ｂ）に示すよう
に、第１の酸素センサ１４の特性が第２の酸素センサ１
５よりもリーン側にずれると、第２の酸素センサ１５の
出力はリーン側に偏る。

【００３４】このため、図４にも示すように、例えば、
第１の酸素センサ１４がリーンシフトし、第２の酸素セ
ンサ１５の出力もリーンになると、これに基づく空燃比
の補正値はリッチ側に変位していく。この補正値を用い
てスライスレベルＳＬＲを修正すると、スライスレベル
ＳＬＲはリーン側に下げられていき、センサ出力の反転
振幅の中心に向けて移動していく。このようにして、第
２の酸素センサ１５の出力の反転回数を判定するための
比較しきい値が空燃比のリーン程度に対応して下がり、
センサの反転出力が比較しきい値を必ずよぎるようにな
り、正しく反転回数を計数でき、三元触媒１２の劣化を
正確に判定することが可能となる。

【００３５】また、第２の酸素センサ１５の出力に基づ
いて空燃比を補正制御するため、第１の酸素センサ１５
の出力特性がリッチまたはリーンに偏っていても、空燃
比を精度よく理論空燃比に収束させることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明は、排気通路に介装
した触媒と、触媒の上流に配置した第１の酸素センサ
と、この酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃
比にフィードバック制御する手段と、前記触媒の下流に
配置した第２の酸素センサと、この酸素センサの出力が
比較しきい値をよぎる回数を第２の酸素センサの反転回
数として計数し、計数した反転回数に基づいて触媒の劣
化を判定する手段とを備えた内燃機関の触媒劣化判定装
置において、前記フィードバック制御される空燃比を前
記第２の酸素センサの出力に基づいて補正する手段と、
この補正値に基づいて前記比較しきい値を増減させる調
整手段とを備えたため、第２の酸素センサの反転回数を
計数するための比較しきい値が、センサ出力特性のずれ
に応じて、常に反転振幅の中心に向かうように修正さ
れ、この結果、第１の酸素センサの出力特性の影響を受
けることなく、正確に反転回数を計数でき、触媒の劣化
を正しく判断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す概略構成図である。

【図３】制御動作のフローチャートである。

【図４】空燃比の補正値とスライスレベルの変化する関
係を示す説明図である。

【図５】上流側酸素センサの特性と下流側酸素センサの
出力特性の関係を示す説明図で、（Ａ）は上流側が下流
側よりもリッチの場合、（Ｂ）は上流側が下流側よりも
リーンの場合を示す。

【図６】下流側酸素センサの出力特性の説明図で、
（Ａ）は上流側酸素センサの特性にずれの無い場合、
（Ｂ）は上流側酸素センサがリーンシフトした場合を示
す。

【符号の説明】

１ フィードバック制御手段 ２ 触媒劣化判定手段 ３ 空燃比補正手段 ４ 比較しきい値調整手段 １２ 三元触媒 １４ 第１の酸素センサ １５ 第２の酸素センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に介装した触媒と、 触媒の上流に配置した第１の酸素センサと、 この酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比に
   フィードバック制御する手段と、 前記触媒の下流に配置した第２の酸素センサと、 この酸素センサの出力が比較しきい値をよぎる回数を第
   ２の酸素センサの反転回数として計数し、計数した反転
   回数に基づいて触媒の劣化を判定する手段とを備えた内
   燃機関の触媒劣化判定装置において、 前記フィードバック制御される空燃比を前記第２の酸素
   センサの出力に基づいて補正する手段と、 この補正値に基づいて前記比較しきい値を増減させる調
   整手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化
   判定装置。