JPH04187848A

JPH04187848A - 内燃機関の触媒劣化判定装置

Info

Publication number: JPH04187848A
Application number: JP2312794A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kashiwanuma; 栢沼　信明; Masayuki Sawano; 澤野　昌行
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-07-06
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: US5165230A; JPH0726580B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の触媒劣化判定装置に関する。

〔従来の技術〕

特開昭６１−２８６５５０号公報には、内燃機関の排気
通路に設けられた排気ガス浄化のための触媒コンバータ
と、触媒コンバータの上流側および下流側の排気通路に
夫々設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第１お
よび第２の０２センサを備え、第２の０□センサの出力
信号のリッチとリーンの反転周期に対する第１の０２セ
ンサの出力信号のリッチとリーンの反転周期の比が予め
定められた値以上のとき触媒劣化と判定する触媒劣化判
定装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの装置では触媒の小さい劣化（例えばＨ
Ｃ浄化率が８０％以下になったか否か）を判定すること
ができるが、触媒の大きい劣化（例えばＨＣ浄化率が４
０〜５０％以下になったか否か）を判定することができ
ないという問題がある。

即ち、通常の空燃比フィードバックにおいては、ある適
切な空燃比の制御周期を達成するための空燃比フィード
バック係数が算出され、これに基づき空燃比が制御され
るが、この空燃比フィードバック係数によれば、様々な
要求から空燃比の変化速度（よある程度早くされる。こ
のような空燃比制御下では、その空燃比制御速度が早す
ぎるために、触媒の劣化が大きい場合も小さい場合も、
劣化により少なくなっている触媒内にストアされている
酸素を早く消費してしまうために、触媒上流の空燃比変
動（特に排ガスがリッチな場合）が触媒下流の空燃比変
動につながりやすい。この空燃比変動を触媒下流側の空
燃比センサが検出してしまうた約に、触媒上流の空燃比
センサ出力のリッチとリーンの反転周期と、触媒下流の
空燃比センサ出力のリッチとリーンの反転周期との差が
大きくならず、結果、触媒の劣化が大きいのか、小さい
のかの判断ができないのである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば、第１図の発
明の構成図に示されるように、内燃機関の排気通路に設
けられた排気ガス浄化のための触媒コ、ンバータ１２と
、触媒コンバータ１２の上流側および下流側の排気通路
に夫々設けられた第１および第２の空燃比検出手段１３
・１５と、第１の空燃比検出手段１３の出力信号に基づ
いて空燃比補正係数を計算するための空燃比補正係数計
算手段８００と、空燃比補正係数に基づいて空燃比が予
め定められた目標空燃比となるように制御する空燃比制
御手段８０２と、機関運転状態が、触媒コンバータ１２
の触媒が劣化したか否か判定可能な予約窓められた運転
状態であるか否か判定する運転状態判定手段８０４と、
機関運転状態が予め定められた運転状態にあるときに空
燃比補正係数の変化率を減少せしとる変化率減少手段８
０６と、機関運転状態が予約窓められた運転状態にある
ときに第２の空燃比検出手段１５の出力信号の反転周波
数が所定周波数より高い場合に触媒が劣化したと判定す
る触媒劣化判定手段８０８とを具備している。

〔作　用〕

機関運転状態が予め定められた運転状態にあるときに空
燃比補正係数の変化率が減少せしめられる。このため、
触媒が大きく劣化した場合にのみ、触媒上流の空燃比変
動が触媒下流で頻繁に検出されるようになる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図である。第２図において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられて
いる。エアフローメータ３は吸入空気量を直接計測する
ものであって、ポテンショメータを内蔵して吸入空気量
に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出
力信号は制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換
器１０１　に供給されている。ディストリビュータ４に
は、その軸がたとえばクランク角に換算して７２０゜毎
に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角セン
サ５およびクランク角に換算して３０°毎に基準位置検
出用パルス信号を発生するクランク角センサ６が設けら
れている。これらクランク角センサ５，６のパルス信号
は制御回路１０の人出力インターフェイス１０２　に供
給され、このうち、クランク角センサ６の出力はＣＰＵ
１０３の割込み端子に供給される。

さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ボートへ供給するための燃料噴射弁７が設け
られている。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォークジャケ
ット８には、冷却水の温度を検出するための水温センサ
９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度ＴＨ
Ｗに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もＡ／Ｄ変換器１０１　に供給されている。

排気マニホールド１１より下流の排気系には、排気ガス
中の３つの有害成分ＨＣ、ＣＤ　、　ＮＯＸを同時に浄
化する三元触媒を、収容する触媒コンバータ１２が設け
られている。

排気マニホールド１１には、すなわち触媒コンバータ１
２の上流側には第１の０２センサ１３が設けられ、触媒
コンバータ１２の下流側の排気管１４には第２の０２セ
ンサ１５が設けられている。０２センサ１３．１５は排
気ガス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生する。

すなわち、０２センサ１３．１５は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
圧を制御回路１０でＡ／Ｄ変換器１０１に発生する。

また、１６は触媒コンバータ１２の触媒が劣化したとき
に付勢されるアラームである。

制ｉ卸回路１０は、たとえばマイクロコンピュータとし
て構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、人出力インターフェ
イス１０２　、ＣＰｔ１１０３の外に、ＲＯＭ１０４、
ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロック発
生回路１０７等が設けられている。

また、制御回路１０において、ダウンカウンタ１０８、
フリップフロップ１０９、および駆動回路１１０は燃料
噴射弁７を制御するためのものである。

すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料噴射時間ＴＡ
Ｕが演算されると、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　もセットされる。この結果、駆動回路１１０が
燃料噴射弁７の付勢を開始する。

他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信号（図示せず
）を計数して最後にそのキャリアウド端子が“１”レベ
ルとなったときに、フリップフロップ１０９がセットさ
れて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付勢を停止する。

つまり、上述の燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴射弁７は
付勢され、従って、燃料噴射時間ＴＡＵに応じた量の燃
料が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器１０
１のＡ／Ｄ変換終了時、人出力インターフェイス１０２
がクランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロ
ック発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等で
ある。

エアフローメータ３の吸入空気量データＣおよび冷却水
温データＴＨＷは所定時間毎に実行されるＡ／、Ｄ変換
ルーチンによって取込まれてＲＡＭ１０５の所定領域に
格納される。つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱお
よびＴＨＷは所定時間毎に更新されている。また、回転
速度データＮｅはクランク角センサ６の３０°ＣＡ毎の
割込みによって演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に格
納される。

第３図は燃料噴射時間演算ルーチンであって、所定クラ
ンク角毎たとえば３６０℃Ａ毎に実行される。ステップ
９０１ではＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱおよび
回転速度データＮｅを読出して基本燃料噴射時間ＴＡＵ
Ｐを演算する。たとえばＴＡＵＰ←α・Ｑ／Ｎｅ（αは
定数）とする。ステップ９０２にてＲＡＭ１０５より冷
却水温データＴＨＷを読出してＲＯＭ１０４に格納され
た１次元マツプにより暖機増量値ＦＷＬを補間計算する
。ステップ９０３では、燃料噴射時間ＴＡＵを、ＴＡＵ　−ＴＡＵＰ　　−ＦＡＦ　　・（ＦｌｌｉＬ＋
β）＋Ｔにより演算する。なお、β、γは他の運転状態
パラメータによって定まる補正量である。次いで、ステ
ップ９０４にて、燃料噴射時間ＴＡＵをダウンカウンタ
１０８　にセットすると共にフリップフロップ１０９を
セットして燃料噴射を開始させる。そして、ステップ９
０５にてこのルーチンは終了する。

なお、上述のごとく、燃料噴射時間ＴＡＵに相当する時
間が経過すると、ダウンカウンタ１０８のキャリアウド
信号によってフリップフロップ１０９がリセットされて
燃料噴射は終了する。

第４図は上流側０２センサ１３の出力にもとづいて空燃
比補正係数ＦＡＦを演算する第１の空燃比フィードバッ
ク制御ルーチンであって、所定時間たとえば４ｍｓ毎に
実行される。

ステップ４０１では、上流側０２センサ１３による空燃
比の閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか
否かを判別する。たとえば、冷却水温が所定値以下の時
、機関始動中、始動後項量中、暖機増量中、パワー増量
中、上流側０□センサ１３の出力信号が一度も反転して
いない時、燃料カット中等はいずれも閉ループ条件が不
成立であり、その他の場合が閉ループ条件成立である。

閉ループ条件が不成立のときには、ステップ４２７に進
んで空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とする。他方、閉ル
ープ条件成立の場合ステップ４３０に進む。ステップ４
３０では触媒コンバータの触媒が劣化したか否かが判定
可能な運転状態にあるか否かを判断する、判定条件が成
立したか否か判定される。例えば機関回転数Ｎｅ′ｉＪ
＜Ｎ、とＮ２の間にあり、吸入空気量ＱがＱｌ　とＣ２
の間にある場合、判定条件を満足すると判定される。す
なわち、アイドル状態、加減速状態、燃料増量域等を除
いた定常状態の場合判定条件を満足すると判定される。

判定条件不成立の場合、ステップ４３３に進みスキップ
値係数に１が１．０にされ、ステップ４３４において積
分値係数に２が１，０とされる。これによって通常の空
燃比補正係数ＦＡＦが計算される。一方、判定条件成立
の場合、ステップ４３１に進みスキップ値係数に１が０
．２にされ、ステップ４３２において積分値係数に２が
０．３とされる。これによって、後述するスキップ定数
Ｒ３Ｒ、Ｒ３Ｌ　、積分定数ＫＩＲ。

ＫＩＬが減少せしめられる。この理由については後述す
る。なお、スキップ値係数に、および積分値係数に２は
変数であってもよい。

ステップ４０２では、上流側０２センサ１３の出力ｖ１
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ４０３にてＶｌが比
較電圧Ｖ　Ｒｌ以下か否かを判別する。つまり、空燃比
がリッチかリーンかを判別する。空燃比がリーン（Ｖｌ
　≦Ｖ　Ｒｌ　）であれば、ステップ４０４にて第１の
デイレイカウンタＣ［ｌＬＹ　１が正か否かを判別し、
Ｃ０ＬＹ　１　＞　０であればステップ４０５にてＣＤ
ＬＹ　１をＯとし、ステップ４０６に進む。ステップ４
０６ではＣＤＬＹ　１が１だけデクリメントされる。

ステップ４０７　、４０８では、第１のデイレイカウン
タＣＤＬＹ　１を最小値ＴＤＬ　１でガードし、この場
合、第１のデイレイカウンタＣＤＬＹ　１が最小値ＴＩ
ＬＬ　１に到達したときにはステップ４０９にて第１の
空燃比フラグＦ１を”０”　（リーン）とする。なお、
最小値ＴＤＬ　１は上流側０２センサ１３の出力におい
てリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態であ
るとの判断を保持するためのリーン遅延時間であって、
負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖｌ　　＞ＶＲＩ
）　７Ｑあれば、ステップ４１０にて第１のデイレイカ
ウンタＣＤＬＹ　１が負か否かを判別し、ＣＤＬＹ　１
　＜　０であればステップ４１１　にてＣＤＬＹ　１を
Ｏとし、ステップ４１２に進む。ステップ４１２ではＣ
ＤＬＹ　１が１だけインクリメントされる。ステップ４
１３　　、４１４では、第１のデイレイカウンタＣＤＬ
Ｙ　１を最大値ＴＤＲ１でガードし、この場合、第１の
デイレイカウンタＣＤＬＹ　１が最大値ＴＤＲ１に到達
したときにはステップ４１５にて第１の空燃比フラグＦ
１を“１”　（リッチ）とする。なお、最大値ＴＤＲＹ
　１は上流側０２センサ１３の出力においてリーンから
リッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を
保持するためのリッチ遅延時間であって、正の値で定義
される。

ステップ４１６では、第１の空燃比フラグＦ１の符号が
反転したか否かを判別する、すなわち遅延処理後の空燃
比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれ
ば、ステップ４１７にて、第１の空燃比フラグＦ１の値
により、リッチからり−ンへの反転か、リーンからリッ
チへの反転かを判別する。リッチからリーンへの反転で
あれば、ステップ４１８にてＦＡＦ　４−ＰＡＰ　＋　
ｋ　＋・Ｒ３Ｒとスキップ的に増大させ、逆に、リーン
からリッチへの反転であれば、ステップ４１９にてＦＡ
Ｆ　４−ＰＡＦ−ｋ　、　−Ｒ３Ｌとスキップ的に減少
させる。つまり、スキップ処理を行う。この場合前述の
ように、判定条件不成立であればに、は１．０とされ、
判定条件が成立していればに、は０．２とされてスキッ
プ定数Ｒ３Ｒ。

Ｒ３Ｌが減少せしめられる。すなわち、判定条件成立時
には判定条件不成立時に比べてスキップ定数Ｒ３Ｒ、Ｒ
３Ｌが十分に小さくされる。

ステップ４１２にて第１の空燃比フラグＦ１の符号が反
転していなければ、ステップ４２０　、４２１　　。

４２２にて積分処理を行う。つまり、ステップ４２０に
て、Ｆ１＝“Ｏ”か否かを判別し、Ｆ１＝“０”（リー
ン）であればステップ４２１　にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋に
２・ＫＩＲとし、他方、Ｆ１＝“１”　（リッチ）であ
ればステップ４２２にてＦＡＦ　−ＦＡＦ　−ｋ２・Ｋ
ＩＬきする。この場合前述のように、判定条件不成立で
あればに２は１．０とされ、判定条件が成立していれば
に２は０．３とされて積分定数ＫＩＲ、ＫＩＬは減少せ
しめられる。すなわち、判定条件成立時には判定条件不
成立時に比べて積分定数ＫＩＲ、ＫＩＬが十分に小さく
される。ここで、積分定数ＫＩＲ。

ＫＩＬはスキップ定数Ｒ３Ｒ、Ｒ５Ｌに比して十分小さ
く設定してあり、つまり、ＫＩＲ（ＫＩＬ）　＜Ｒ３Ｒ
（Ｒ３Ｌ）である。従って、ステップ４２１はリーン状
態（Ｆｌ＝“０”）で燃料噴射量を徐々に増大させ、ス
テップ４２２はリッチ状態（Ｆｌ−“１″）で燃料噴射
量を徐々に減少させる。

ステップ４１８　、４１９　、４２１　、４２２にて演
算された空燃比補正係数ＦＡＦはステップ４２３　、４
２４にて最小値たとえば０．８にてガードされ、また、
ステップ４２５．４２６にて最大値たとえば１．２にて
ガードされる。これにより、何らかの原因で空燃比補正
係数ＦＡＦが大きくなり過ぎ、もしくは小さくなり過ぎ
た場合に、その値で機関の空燃比を制御してオーバリッ
チ、オーバリーンになるのを防ぐ。

上述のごとく演算されたＦＡＦをＲＡＭ１０５に格納し
て、ステップ４２８にてこのルーチンは終了する。

次に、下流側０２センサ１５による第２の空燃比フィー
ドバック制御について説明する。第２の空燃比フィード
バック制御としては、第１の空燃比フィードバック制御
定数としてのスキップ量Ｒ３Ｒ。

Ｒ３Ｌ　、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬ遅延時間ＴＤＲＩ。

ＴＤＬ　１、もしくは上流側０２センサ１３の出力Ｖ＋
の比較電圧Ｖ　Ｒｌを可変にするシステムがある。

たとえば、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを大きくすると、制
御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスキップ
量Ｒ３Ｌを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行で
き、他方、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを大きくすると、制
御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチスキップ
側に移行できる。従って、下流側０２センサ１５の出力
に応じてリッチスキップ量Ｒ５Ｒおよびリーンスキップ
量Ｒ３Ｌを補正することにより空燃比が制御できる。

また、リッチ積分定数ＫＩＲを大きくすると、制御空燃
比をリッチ側に移行でき、また、リーン積分定数ＫＩＬ
を小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行でき、他方
、リーン積分定数ＫＩＬを大きくすると、制御空燃比を
リーン側に移行でき、また、リッチ積分定数ＫＩＲを小
さくしても制御空燃比をリーン側に移行できる。従って
、下流側０２センサ１５の出力に応じてリッチ積分定数
ＫＩＲおよびリーン積分定数ＫＩＬを補正することによ
り空燃比が制御できる。リッチ遅延時間ＴＤＲ１＞リー
ン遅延時間（−ＴＤＬＩ）と設定すれば、制御空燃比は
リッチ側に移行でき、逆に、リーン遅延時間（−ＴＤＬ
Ｉ）＞リッチ遅延時間（ＴＤＲｌ）と設定すれば、制御
空燃比はリーン側に移行できる。

つまり、下流側０２センサ１５の出力に応じて遅延時間
ＴＤＲ１、ＴＤＬ　１を補正することにより空燃比が制
御できる。さらにまた、比較電圧Ｖ　Ｂ　１を大きくす
ると制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、比較電圧
Ｖ　Ｒｌを小さくすると制御空燃比をリーン側に移行で
きる。従って、下流側０２センサ１５の出力に応じて比
較電圧Ｖ　Ｒｌを補正することにより空燃比が制御でき
る。

これらスキップ量、積分定数、遅延時間、比較電圧を下
流側０２センサによって可変とすることはそれぞれに長
所がある。たとえば、遅延時間は非常に微妙な空燃比の
調整が可能であり、また、スキップ量は、遅延時間のよ
うに空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレ
スポンスの良い制御が可能である。従って、これら可変
量は当然２つ以上組み合わされて用いられ得る。

第５図を参照して空燃比フィードバック制御定数として
のスキップ量を可変にしたダブル０２センサシステムに
ついて説明する。

第５図は下流側０２センサ１５の出力にもとづいてスキ
ップ量Ｒ３Ｒ、Ｒ３Ｌを演算する第２の空燃比フィード
バック制御ルーチンであって、所定時間たとえばＩＳ毎
に実行される。ステップ６０１では、下流側０２センサ
１５による閉ループ条件か否かを判別する。たとえば、
冷却水温が所定値以下の時、過渡運転時、上流側０２セ
ンサ１３による空燃比フィードバック制御条件不成立等
はいずれも閉ループ条件が不成立であり、その他の場合
が閉ループ条件成立である。閉ループ条件でなければス
テップ６３０．６３１　に進み、スキップ量Ｒ３Ｒ、Ｒ
３ＬをＲＡＭ１０５に格納されている値または一定値た
とえば５％、あるいはバックアップＲＡＭ１０６に格納
されている値とする。

ステップ６０１にて閉ループ条件が成立した場合には、
ステップ６４０に進み判定条件が成立しているか否か判
定される。この判定条件は第４図のステップ４３０に示
す判定条件と同様である。判定条件が成立している場合
にはステップ６３０　　、６３１に進み、スキップ量Ｒ
３Ｒ、Ｒ３Ｌが一定値とされる。

すなわち判定条件が成立している場合にはスキップ量Ｒ
３Ｒ、Ｒ３Ｌを一定値として下流側０２センサ１５によ
るフィードバック制御を実行しない。

ステップ６４０において判定条件不成立の場合には、ス
テップ６０２にて下流側０２センサ１５の出力Ｖ２をΔ
／Ｄ変換して取込み、ステップ６０３にてｖ２が比較電
圧Ｖ　Ｈまたとえば０．５５Ｖ以下か否かを判別する、
つまり、空燃比がリッチがリーンがを判別する。なお、
比較電圧ＶＲ２は触媒コンバータ１２の上流、下流で生
ガスの影響による出力特性が異なることおよび劣化速度
が異なること等を考慮して上流側０２センサ１３の出力
の比較電圧ＶＲＩより高く設定される。

ステップ６０４〜６１５　は第４図のステップ４０４〜
４１５と同様、空燃比判定結果を遅延処理するためのも
のである。すなわち、リッチ遅延時間ＴＤＲ２、リーン
遅延時間ＴＤＬ　２をもとに第２の空燃比フラグＦ２が
設定される。

ステップ６１７にて第２の空燃比フラグＦ２により遅延
処理後の空燃比を判別する。この結果、Ｆ２＝“０”　
（リーン）であればステップ６１８〜６２３に進み、他
方、Ｆ２＝“１”　（リッチ）であればステップ６２４
〜６２９に進む。

ステップ６１８では、Ｒ３Ｈ４−Ｒ３Ｒ＋△Ｒ３（一定
値たとえば０．０８％）とし、つまり、リッチスキップ
量Ｒ３Ｒを増大させて空燃比をリッチ側に移行させる。

ステップ６１９．６２０ではＲ３Ｈを最大値ＭＡＸたと
えば６．２％にてガードする。さらに、ステップ６２１
　にてＲ３Ｈ−Ｒ３Ｌ−△Ｒ３とし、つまり、リッチス
キップ量Ｒ５Ｌを減少させて空燃比をリッチ側に移行さ
せる。ステップ６２２．６２３では、Ｒ３Ｌを最小値Ｍ
ＩＮたとえば２．５％にてガードする。

他方、Ｆ２＝“１”　（リッチ）のときには、ステップ
６２４　にてＲ２Ｈ−Ｒ２Ｈ−△Ｒ８とし、つまり、リ
ッチスキップ１ｉＲ３Ｒを減少させて空燃比をリーン側
に移行させる。ステップ６２５　　、６２６では、Ｒ３
Ｈを最小値ＭＩＮにてガードする。さらに、ステップ６
２７　にてＲ３Ｌ←Ｒ３Ｌ＋△Ｒ５とし、つまり、リー
ンスキップ量Ｒ５Ｌを増加させて空燃比をリーン側に移
行させる。ステップ６２８．６２９では、Ｒ３Ｌを最大
値ＭＡＸにてガードする。

上述のごとく演算されたＲ３Ｈ、Ｒ３ＬはＲＡＭ１０５
に格納された後に、ステップ６３２にてこのルーチンは
終了する。

なお、空燃比フィードバック中に演算されたＦＡＦ　、
　Ｒ２Ｈ、Ｒ３Ｌは一旦他の値ＦＡＦ’　　、　Ｒ３Ｒ
’　　。

Ｒ３Ｌ’に変換してバックアップＲＡＭ１０６に格納す
ることもでき、これにより、再始動時等における運転性
向上にも役立つものである。第５図における最小値ＭＩ
Ｎは過渡追従性がそこなわれないレベルの値であり、ま
た、最大値ＭＡＸは空燃比変動によりドライバビリティ
の悪化が発生しないレベルの値である。

このように、第５図のルーチンによれば、下流側０２セ
ンサ１５の出力がリーンであれば、リッチスキップ量Ｒ
３Ｒが徐々に増大され、且つリーンスキップ量Ｒ３Ｌが
徐々に減少され、これにより、空燃比はリッチ側へ移行
される。また、下流側０２センサ１５の出力がリッチで
あれば、リッチスキップ量Ｒ３Ｒが徐々に減少され、且
つリーンスキップ量Ｒ３Ｌが徐々に増大され、これによ
り、空燃比はリーン側へ移行される。

次に従来の触媒劣化の判定について説明する。

第６図を参照すると、上流側０．センサ１３の出力信号
は比較電圧Ｖ　Ｒｌの周りをリッチ側とリーン側に交互
に振れており、これに応じて空燃比補正係数ＦＡＦも変
化している。触媒の０２ストレージ量は上流側０２セン
サ１３の出力に対し遅れて変化する。ｔ１時点でリーン
からす・ソチに変化すると、触媒上流側空燃比はリーン
方向へ制御され、０２ストレージ量は次第に増加し、や
がて触媒の劣化程度が小程、大となる０゜ストレージ最
大量に達する。ｔ２時点で、上流側０２センサ信号がリ
ッチからリーンに反転すると、上流側空燃比はリッチ方
向に制御され、よって、触媒内０２ストレージ量も次第
に減少し始める。ｔ３時点にて０２ストレージ量が０に
なると、下流側０２センサ１５の出力信号が増大し始め
る。次いで上流側０□センサ１３の出力信号がリーンか
らり・ソチに変化すると、ｔ９時点で０２ストレージ量
が増大し始め、下流側０゜センサ１５の出力信号はＯと
なる。

触媒の劣化がない場合、０２をストレージできる最大量
、すなわち０゜ストレージ最大量が大きいために、触媒
の０２ストレージ量がＯとなる時間（ｔ３　　ｔ４間）
が短かくなり、このため下流側０２センサ１５の出力信
号が比較電圧Ｖ　Ｒ２を越える機会はほとんどない。従
って、触媒が劣化していない場合には、上流側０２セン
サ１３の出力信号がリッチ側とリーン側に反転する周波
数に比較して下流側０２センサ１５の出力信号がリッチ
側とＩＪ−ン側に反転する周波数（以下「反転周波数」
という）がかなり低くなる。

一方、触媒が劣化してＨＣの浄化率が例えば８０％とな
った場合には、第７図に示すように、０２ストレージ最
大量がかなり低下するために、触媒の０２ストレージ量
が０となる時間（ｉ３　　ｊ。

間）が増大し、このため下流側０２センサ１５の出力信
号が比較電圧ＶＲ２を越える機会が増大する。

従って、触媒が劣化すると、下流側０２センサ１５の出
力信号の反転周波数が増大する。従って上流側０２セン
サ１３の反転周波数と下流側０２センサ１５の反転周波
数との比をとれば触媒の劣化を検出することができる。

触媒がさらに劣化してＨＣ浄化率が例えば４０％〜５０
％となった場合には、第８図に示すように、０□ストレ
ージ最大量はさらに低下するが、０□ストレージ量が０
となる時間（ｔ３　　ｔｔ間）は第７図同様光分に長く
、この間に下流側０２センサ出力は比較電圧を越えてし
まう。これは、ＦＡＦの変化率、すなわちスキップ定数
および積分定数が大きいために、空燃比の変化率が大き
くなり、このため触媒の０２ストレージ量の変化率が大
きいためである。従って触媒が大きく劣化した場合（第
８図）を、触媒の劣化が比較的小さい場合（第７図）と
区別して判定することができないという問題を生ずる。

このため本実施例では触媒劣化を判定する場合には、空
燃比補正係数ＦＡＦの変化率、すなわちスキップ定数お
よび積分定数を減少せしめ、これによって空燃比の変化
率を小さくすることによって、触媒の０２ストレージ量
の変化率が小さくなるようにしている。すなわち、第４
図に示すルーチンにおいて、触媒の劣化判定条件成立時
には、ステップ４３１においてに１を０．２とし、ステ
ップ４３２においてに２を０．３とすることによってス
キップ定数および積分定数を減少せしめている。

これによって第９図に示されるように、空燃比補正係数
ＦＡＦの変化率が小さくなり、上流側０２センサ１３の
出力信号の変化率も小さくなる。

従って０２ストレージ量の変化率も小さくなり、触媒が
劣化しても、劣化程度が小さい場合には０２ストレージ
量がＯとなる時間が短くなり、このため下流側０２セン
サ１５の出力信号が比較電圧ＶＲ２を越える機会はほと
んどない。従って、触媒の劣化が小さい場合には、上流
側０２センサ１３の出力信号の反転周波数に比較して下
流側０２センサ１５の出力信号の反転周波数はかなり低
くなる。

一方、触媒の劣化が大きくなった場合には、第１０図に
示すように、０２ストレージ最大量が低下するために、
触媒の０２ストレージ量が０となる時間（ｔ３　　ｔａ
間）が増大し、このため下流側○２センサ１５の出力信
号が比較電圧ＶＲ２を越える機会が増大する。従って上
流側０２センサ１３の反転周波数と下流側０２センサ１
５の反転周波数との比をとれば触媒の大きな劣化を判定
することができる。

第１１図には触媒劣化判定ルーチンを示す。このルーチ
ンは例えば４ｍｓ毎の割込みによって実行される。第４
図を参照すると、まずステップ５０１　において判定条
件が成立したか否か判定される。この判定条件は第４図
のステップ４３０に示す判定条件と同様である。判定条
件が不成立の場合、ステップ５１６および５１７に進み
第１カウンタＣＭおよび第２カウンタＣ８がクリアされ
る。判定条件成立の場合ステップ５０２に進み、上流側
０２センサ１３ノ出力Ｖ、が比較電圧Ｖ　Ｒｌ、例、ｔ
ば０．４５Ｖ以下か否か、すなわち、空燃比がリーンか
リッチか判定される。Ｖｌ　≦ＶＲＩであればステップ
５０３　に進み、前回の処理サイクルにおける上流側０
２センサ１３の出力ＶＩＢが比較電圧Ｖ　Ｒｌ以下か否
か判定される。Ｖ　）　Ｂ　＞　Ｖ　ＨＩのとき、ステ
ップ５０４　に進み、第１カウンタＣＭが１だけインク
リメントされる。

ＶＩＢ≦ＶＲＩのとき、ステップ５０４はスキップされ
る。一方、ステップ５０２において、ｖ、＞Ｖ、、と判
定された場合、ステップ５０５に進み、Ｖ１Ｂ≦Ｖ　Ｒ
ｌか否か判定される。ＶＩＢ≦Ｖｉｌ＋のとき、ステッ
プ５０４に進み第１カウンタＣＭが１だけインクリメン
トされる。ＶＩＢ＞ＶＲＩのとき、ステップ５０４はス
キップされる。すなわち、前回の処理サイクルと今回の
処理サイクルの間で、上流側０２センサ１３によって検
出された空燃比がリーンからリッチにあるいはリッチか
らリーンに反転した場合だけ第１カウンタＣＭが１だけ
インクリメントされる。すなわち、カウンタＣＭは上流
側０２センサ１３の出力信号の反転回数を示し、単位時
間で見れば、反転周波数を示すことになる。

ステップ５０６では今回の処理サイクルにおける上流側
０□センサ１３の出力ｖＩがＶＩＢに格納される。ステ
ップ５０７では下流側０２センサ１５の出力Ｖ２が比較
電圧ＶＲ２、例えば０．４５Ｖ以下か否か、すなわち、
空燃比がリーンかリッチか判定される。

Ｖ２≦ＶＲ２てあればステップ５０８に進み、前回の処
理サイクルにおける下流側０２センサ１５の出力Ｖ２Ｂ
が比較電圧ＶＲ２以下か否か判定される。Ｖ２゜〉■、
２のとき、ステップ５０９に進み、第２カウンタＣ３が
１だけインクリメントされる。Ｖ２Ｂ≦ＶＲ２のとき、
ステップ５０９　はスキップされる。−方、ステップ５
０７　において、Ｖ２　＞Ｖｌ２と判定された場合、ス
テップ５１０に進み、Ｖ２Ｂ≦ＶＲ２か否か判定される
。Ｖ２Ｂ≦ＶＲ２のとき、ステップ５０９に進み第２カ
ウンタＣ８が１だけインクリメントされる。Ｖ　２Ｂ　
＞　Ｖｌ２のとき、ステップ５０９　はスキップされる
。すなわち、前回の処理サイクルと今回の処理サイクル
の間で、下流側０２センサ１５によって検出された空燃
比がリーンからリッチにあるいはリッチからリーンに反
転した場合だけ第２カウンタＣ３が１だけインクリメン
トされる。すなわち、カウンタＣ８は下流側０２センサ
１５の出力信号の反転回数を示し、単位時間で見れば、
反転周波数を示すことになる。

ステップ５１１では今回の処理サイクルにおける下流側
０□センサ１５の出力Ｖ２がＶ２Ｂに格納される。ステ
ップ５１２では第１カウンタＣＭが判定可能な設定値ｎ
に達したか否か判定される。ここでｎは例えば５０とさ
れる。ＣＭ＜ｎの場合には本ルーチンを終了する。一方
、ＣＭ≧ｎの場合、ステップ５１３に進んで第２カウン
タＣ８と第１カウンタＣＭの比Ｃ３／ＣＭが予め定めら
れた値に以上か否か判定される。触媒が劣化していない
状態では下流側０２センサ１５の出力信号の反転周波数
は低く、従って第２カウンタＣ８は第１カウンタＣＭに
比較して十分に小さい。このためＣ３／ＣＭはに以下と
なり、ステップ５１５に進んで正常判定がなされる。一
方、触媒が劣化すると下流側０□センサ１５の出力信号
の反転周波数が高くなるためＣ３／ＣＭはに以上となる
。このためステップ５１４に進んで異常判定がなされア
ラーム１６が点灯せしめられる。次いでステップ５１６
で第１カウンタＣＭがクリアされ、ステップ５１７で第
２カウンタＣ８がクリアされる。

以上のように本実施例によれば、触媒劣化判定時にはス
キップ定数および積分定数を減少せしすることによって
、触媒の大きな劣化（ＨＣ浄化率４０〜５０％以下）を
判定することができる。

尚、本実施例では、０２センサ出力の反転回数（反転周
波数）を検出したが、０２センサ出力の反転に要する時
間（反転周期）でも同様に、触媒の劣化を検出できる。

又、触媒劣化判定の為の第１１図の比較電圧Ｖ　Ｒ２は
、第５図のフィードバックの為の比較電圧ＶＲ２と異な
る値としてもよい。

更に、第１１図の比較電圧ＶＲ２を複数有し、おのおの
の比較電圧を下流側０２センサ出力が横切る周波数によ
り、触媒の劣化の程度を識別し、表示することも可能で
ある。同様に、第１１図の比較電圧ＶＲ２は、一つにし
ておき、第４図のスキップ値係数に１積分値係数に２を
複数持たせ、その各々の係数で空燃比制御した場合の下
流０２センサ出力の反転回数から触媒の劣化の程度を識
別することも可能である。また、本実施例では、下流側
０２センサ出力反転周波数と上流側０２センサ出力反転
周波数の比をとって、その比が所定値より大か否かで触
媒の劣化を判断しているが、単に下流側０２センサ出力
反転周波数が所定値より大か否かを判断し、大の時、触
媒が大きく劣化したと判断してやることも出来る。

また、本実施例においては触媒劣化判定時にはスキップ
定数および積分定数の両者を減少せしめるようにしてい
るが、いずれか一方だけを減少せしめるようにしてもよ
い。

〔発明の効果〕

触媒の０２ストレージ量の変化率が小さくなるために、
第２の空燃比検出手段の出力信号の反転周波数によって
、触媒の大きい劣化を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、第２図は本発明の触媒劣化判定
装置を備えた内燃機関の全体図、第３図は燃料噴射時間
を計算するだめのフローチャート、第４図は第１の空燃
比フィードバック制御を実行するためのフローチャート
、第５図は第２の空燃比フィードバック制御を実行する
ためのフローチャート、第６図から第８図は従来の触媒
劣化判定を説明するための図、第９図および第１０図は
本発明の一実施例の触媒劣化判定を説明するための図、
第１１図は触媒劣化判定を実行するためのフローチャー
トである。１・・・機関本体、　　１２・・・触媒コンバータ、１
３・・・上流側０２センサ、１５・・・下流側０２センサ。

Claims

【特許請求の範囲】内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化のための
触媒コンバータと、該触媒コンバータの上流側および下流側の排気通路に夫
々設けられた第１および第２の空燃比検出手段と、前記第１の空燃比検出手段の出力信号に基づいて空燃比
補正係数を計算するための空燃比補正係数計算手段と、該空燃比補正係数に基づいて空燃比が予め定められた目
標空燃比となるように制御する空燃比制御手段と、機関運転状態が、前記触媒コンバータの触媒が劣化した
か否か判定可能な予め定められた運転状態であるか否か
判定する運転状態判定手段と、前記機関運転状態が前記
予め定められた運転状態にあるときに前記空燃比補正係
数の変化率を減少せしめる変化率減少手段と、前記機関運転状態が前記予め定められた運転状態にある
ときに前記第２の空燃比検出手段の出力信号の反転周波
数が所定周波数より高い場合に前記触媒が劣化したと判
定する触媒劣化判定手段と、を具備する内燃機関の触媒
劣化判定装置。