JPH06101455A - 内燃エンジンの触媒劣化検知装置 - Google Patents

内燃エンジンの触媒劣化検知装置

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JPH06101455A
JPH06101455A JP4275405A JP27540592A JPH06101455A JP H06101455 A JPH06101455 A JP H06101455A JP 4275405 A JP4275405 A JP 4275405A JP 27540592 A JP27540592 A JP 27540592A JP H06101455 A JPH06101455 A JP H06101455A
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JP
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catalyst
value
sensor
fuel ratio
deterioration
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JP4275405A
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Masaru Ogawa
賢 小川
Atsushi Kato
敦 加藤
Yoshikazu Oshima
義和 大嶋
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Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus
    • F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 内燃エンジンの空燃比フィ−ドバック性能や
排気エミッション特性を低下させることなく、空燃比フ
ィ−ドバック制御と並行して、短時間で、触媒の劣化を
検知する。 【構成】 触媒装置の上流側にLAFセンサ(第1の排
気濃度センサ)が設けられ、下流側にO2センサ(第2
の排気濃度センサ)が設けられ、エンジンの運転状態が
所定の状態であるときに、ECUによりO2センサの出
力値VO2の平均値VAO及び分散値VSOを算出し
(ステップS106,S107)、算出した平均値VA
Oと所定下限値VAAL、分散値VSOと所定上限値V
SALとを比較することにより(ステップS108,S
109)、触媒の劣化を検知する。

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
化検知装置に係り、特に、触媒の下流側に設けられた排
気濃度センサの出力値等を用いて触媒の劣化検知を行う
触媒劣化検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃エンジンの触媒劣化検知装置
として、例えば、特開平2−30915号公報に開示さ
れるようなものがある。この装置においては、内燃エン
ジンの排気通路に三元触媒が設けられ、この触媒の上流
側及び下流側にそれぞれ空燃比センサとして、例えば酸
素センサ(以下「O2センサ」と記す)が配設されてい
る。このO2センサは、理論空燃比の近傍で出力信号が
反転する特性を有するものであり、混合気の空燃比が理
論空燃比からリッチ状態に遷移したときから下流側O2
センサの出力がリ−ン側からリッチ側へ反転するまでの
時間、あるいは混合気の空燃比が理論空燃比からリ−ン
状態へ遷移したときから下流側O2センサの出力がリッ
チ側からリ−ン側へ反転するまでの時間を計測する。
【0003】例えば、図10に示すように、上流側のO
2センサの出力V1がリッチ側に遷移した時点t1から、
下流側のO2センサの出力V2がリ−ン側からリッチ側
へ反転する時点t2までの時間を計測し、かかる計測時
間により触媒が劣化したか否かを検知する。
【0004】すなわち、三元触媒は、空燃比がリ−ン側
のときには酸素を取り込み、空燃比がリッチ側のときに
はCO,HCを取り込んでリ−ン状態のときに取り込ん
だ酸素と反応させるという酸素ストレージ効果を有す
る。この酸素ストレージ効果が大きいほど、触媒の上流
側の空燃比の変化時点と下流側の空燃比の変化時点との
間の時間的ずれが大きくなし、上記計測時間は、この時
間的ずれを示している。そしてこの酸素ストレージ効果
は触媒の劣化度合いが大きくなるほど小さくなるので、
上記計測時間は短くなり、従って上記計測時間が所定時
間以下のときに酸素ストレ−ジ能力が低下、すなわち触
媒が劣化したと判定することができる。
【0005】上記従来技術において、例えばエンジンが
供給燃料増量状態あるいは燃料カット状態にあるときに
触媒の劣化検知を行うことにより、空燃比フィ−ドバッ
ク制御中の空燃比センサの出力特性の変化分が触媒劣化
検知時の空燃比センサ出力に含まれないので、正確な触
媒劣化検知を行うことができるという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の触媒劣化検知装置においては、上述したよう
に、エンジンが燃料増量状態や燃料カット状態等の、フ
ィ−ドバック制御状態にない特定の状態にあるときを選
択して触媒の劣化検知を行うか、あるいは触媒の劣化検
知を行うために混合気の空燃比をリッチ状態あるいはリ
−ン状態に設定する必要があるため、触媒の劣化検知を
行うときには、空燃比フィ−ドバック制御状態にないと
きを選択するか、空燃比フィ−ドバック制御を一時中断
しなければならなかった。従って、空燃比フィ−ドバッ
ク制御と並行して触媒の劣化検知を行うことができず、
あるいは触媒劣化検知中は空燃比フィ−ドバック性能が
低下し、排気エミッション特性が悪化するという問題が
あった。
【0007】また、上記従来技術では、触媒の劣化検知
を行うためには下流側空燃比センサの出力が反転するま
での時間を計測する必要があるので、触媒の劣化検知に
時間がかかるという問題もあった。
【0008】本発明は、上記した従来技術の課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
内燃エンジンの空燃比フィ−ドバック性能や排気エミッ
ション特性を悪化させることなく、空燃比フィ−ドバッ
ク制御と並行して、短時間で、触媒の劣化を検知するこ
とができる内燃エンジンの触媒劣化検知装置を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の内燃エンジンの触媒劣化検知装置にあって
は、内燃エンジンの排気通路に配設されて排気ガス中の
有害成分を浄化する触媒装置と、該触媒装置の上流側の
前記排気通路に配設された排気ガス濃度に略比例する出
力特性を有する第1の排気濃度センサと、前記内燃エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転
状態検出手段の検出結果に基づいて目標空燃比を算出す
る目標空燃比算出手段と、前記触媒装置の下流側の前記
排気通路に配設された理論空燃比の近傍で出力信号が反
転する第2の排気濃度センサと、該第2の排気濃度セン
サの出力値に基づいて前記目標空燃比を補正する補正手
段と、前記第2の排気濃度センサの出力値に基づいて前
記触媒装置の劣化を検知する劣化検知手段とを備え、前
記劣化検知手段は、前記第2の排気濃度センサの出力値
に基づいて出力平均値を算出する平均値算出手段と、前
記第2の排気濃度センサの出力値に基づいて前記出力平
均値からの出力変動幅を算出する変動幅算出手段と、該
変動幅算出手段及び前記平均値算出手段の算出結果に基
づいて前記触媒装置が劣化したか否かを判別する劣化判
別手段とを有していることを特徴とする。
【0010】上記装置において、前記運転状態検出手段
により検出された運転状態が所定状態にあるときに前記
劣化検知手段が劣化検知を実行するようにしてもよい。
【0011】また、前記運転状態検出手段は、少なくと
も内燃エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段と、
前記触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、内
燃エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、内燃
エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出手段とを有
することが好ましい。
【0012】さらに、上記装置において、前記平均値算
出手段及び前記変動幅算出手段は、前記第2の排気濃度
センサの出力値に代えて、前記補正手段により算出され
た空燃比補正値に基づいて前記平均値及び前記変動幅を
算出してもよい。
【0013】
【作用】まず、本発明の触媒劣化検知装置における触媒
劣化検知の原理について説明する。
【0014】図9は、触媒装置の下流側に第2の排気濃
度センサ(O2センサ)を設けた場合の触媒の劣化度合
と触媒下流側のO2センサの出力変化との関係を示す図
である。図9において、曲線a,b,cはそれぞれ、未
使用の新しい触媒、約80,000km走行時の触媒、
約160,000km走行時の触媒下流側のO2センサ
の出力変化を示しており、曲線dは、触媒を通過する前
のフィ−ドガスに対するO2センサの出力変化を示す曲
線である。
【0015】同図からわかるように、未使用の新しい触
媒を用いた場合には、O2センサの出力平均値は比較的
高く、また、その出力変動幅は非常に小さい。一方、約
80,000km走行時した場合には、未使用触媒(曲
線a)に比べO2センサの出力平均値は低下し、かつ、
その出力変動幅は大きくなり、さらに約160,000
km走行した場合には、O2センサの出力平均値はさら
に低下し、かつ、その出力変動幅はさらに増大する。ま
た、フィ−ドガスの場合には、O2センサの出力平均値
は、未使用の触媒を用いた場合の略1/2まで低下し、
かつ、その出力変動幅は著しく増大する。
【0016】ここで、上記O2センサの出力平均値は、
触媒下流側の酸素分圧、すなわち触媒の酸化能力に相当
すると考えられ、上記O2センサの出力変動幅は、触媒
の酸素ストレージ能力の変化度合を示していると考えら
れる。すなわち、図9に示すように、触媒の酸化能力が
低下するほどO2センサの出力平均値が低下し、また、
触媒の劣化度合が大きくなるほど、触媒の酸素ストレー
ジ能力が劣化するため、O2センサの出力変動幅が増大
すると考えられる。
【0017】上述した原理から、触媒下流側の第2の排
気濃度センサ出力値の平均値及び変動幅の2つのパラメ
−タにより触媒の劣化度合を評価することができる。
【0018】特に、触媒装置の上流側に排気ガス濃度に
略比例する出力特性を有する第1の排気濃度センサを設
け、この第1の排気濃度センサを用いて空燃比フィ−ド
バック制御を行うことにより、触媒下流側の第2の排気
濃度センサ(O2センサ)の初期状態(触媒が劣化して
いない状態)の出力をフラットな状態(出力変動幅が小
さい状態)にすることができ、かかるO2センサの出力
平均値及び変動幅により触媒の劣化度合を評価すること
ができる。
【0019】従って、上記構成を有する本発明の内燃エ
ンジンの触媒劣化検知装置によれば、平均値算出手段に
より算出された第2の排気濃度センサの出力平均値及び
変動幅算出手段により算出された第2の排気濃度センサ
の出力変動幅に基づいて触媒装置の劣化を判別するの
で、エンジンの空燃比フィ−ドバック制御と並行して触
媒の劣化検知を行うことができる。
【0020】さらに、上記運転状態検出手段(水温検出
手段、触媒温度検出手段、回転数検出手段、負荷状態検
出手段)により検出された運転状態が所定状態にあると
きに上記劣化検知を実行することにより、触媒の劣化検
知に適した状態のときに、劣化検知を行うことができ
る。
【0021】また、上記平均値算出手段及び上記変動幅
算出手段が、上記第2の排気濃度センサの出力値に代え
て、上記空燃比補正値に基づいて上記平均値及び上記変
動幅を算出する場合にも、上述した第2の排気濃度セン
サの出力値を用いた場合と同様の作用を有する。
【0022】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
【0023】図1は本発明に係る内燃エンジンの触媒劣
化検知装置の一実施例を示す全体構成図である。
【0024】同図中、1は各シリンダに吸気弁と排気弁
(図示せず)とを各1対宛設けたDOHC直列4気筒の
内燃エンジンであって、エンジン1の吸気管2の途中に
はスロットルボディ3が設けられ、その内部にはスロッ
トル弁301が配されている。また、スロットル弁30
1にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結され
ており、スロットル弁301の開度に応じた電気信号を
出力して電子コントロ−ルユニット(以下「ECU」と
いう)5に供給する。
【0025】燃料噴射弁6は、吸気管2の途中であって
エンジン1とスロットル弁301との間に各気筒毎に配
設され、図示しない燃料ポンプに接続されるとともにE
CU5に電気的に接続され、ECU5からの制御信号に
より燃料噴射の開弁時間が制御される。
【0026】また、吸気管2のスロットル弁301の下
流側には、分岐管7を介して絶対圧(PBA)センサ8
が設けられており、さらに下流側の吸気管2の管壁に
は、吸気温(TA)センサ9が装着されている。PBA
センサ8、TAセンサ9は、それぞれ吸気管2内の絶対
圧PBAに応じた電気信号、吸気温TAに応じた電気信
号を出力してECU5に供給する。
【0027】エンジン1のシリンダブロックの冷却水が
充満した気筒周壁には、サ−ミスタ等からなるエンジン
水温(TW)センサ10が装着されており、TWセンサ
10はエンジン冷却水温TWに応じた電気信号をECU
5に供給する。
【0028】エンジン1の図示しないカム軸周囲または
クランク軸周囲には、エンジン回転数(NE)センサ1
1及び気筒判別(CYL)センサ12が取り付けられて
おり、NEセンサ11はエンジン1のクランク軸の18
0度回転毎に所定のクランク角度位置で信号パルス(以
下「TDC信号パルス」という)を出力し、CYLセン
サ12は特定の気筒の所定のクランク角度位置でTDC
信号パルスを出力し、これらの各TDC信号パルスはE
CU5に供給される。
【0029】エンジン1の各気筒の点火プラグ13は、
ECU5に電気的に接続され、ECU5により点火時期
が制御される。
【0030】エンジン1の排気管14の途中には、排気
ガス中のHC,CO,NOx等の有害成分を浄化する触
媒装置(三元触媒)15が介装されている。この触媒装
置15の周壁には、サ−ミスタ等からなる触媒温度(T
C)センサ18が装着されており、TCセンサ18は触
媒温度TCに応じた電気信号をECU5に供給する。
【0031】上記排気管14の途中であって触媒装置1
5の上流側及び下流側には、それぞれ第1の排気濃度セ
ンサとしてのLAFセンサ16及び第2の排気濃度セン
サとしてのO2センサ17が配設されている。
【0032】上記LAFセンサ16は、上下一対の電池
素子及び酸素ポンプ素子がジルコニア固体電解質(Zr
O2)等からなるセンサ素子の所定位置に付設されてな
り、さらにこのセンサ素子が増幅回路に電気的に接続さ
れている。そして、このLAFセンサ16は、上記セン
サ素子の内部を通過する排気ガス中の酸素濃度に略比例
する電気信号を出力し、その電気信号をECU5に供給
する。
【0033】一方、O2センサ17は、センサ素子が上
記LAFセンサ16と同様ジルコニア固体電解質(Zr
O2)からなり、その起電力が理論空燃比の前後におい
て急激に変化する特性を有し、理論空燃比においてその
出力信号はリ−ン信号からリッチ信号またはリッチ信号
からリ−ン信号に反転する。すなわち、このO2センサ
17の出力信号は排気ガスのリッチ側において高レベル
となり、リ−ン側において低レベルとなる。このO2セ
ンサ17の出力信号もECU5に供給される。大気圧
(PA)センサ19は、エンジン1の適所に配設されて
大気圧PAを検出し、その電気信号をECU5に供給す
る。
【0034】ECU5は、上述の各種センサからの入力
信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、
アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を
有する入力回路5aと、中央演算処理回路(以下「CP
U」という)5bと、CPU5bで実行される各種演算
プログラムや後述する各種マップ及び演算結果等を記憶
するROM及びRAMからなる記憶手段5cと、前記燃
料噴射弁6及び点火プラグ13に駆動信号を供給する出
力回路5dとを備えている。また、ECU5は、後述す
るO2センサ17の出力平均値を算出する平均値算出手
段、O2センサ17の出力変動幅を算出する変動幅算出
手段、及び触媒劣化を判別する劣化判別手段とを有する
触媒劣化検知手段としての役割を果たしている。
【0035】CPU5bは、上述の各種エンジンパラメ
−タ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフ
ィ−ドバック制御運転領域やオ−プンル−プ制御運転領
域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エ
ンジン運転状態に応じて、基本モ−ドの場合は数式
(1)に基づき、また始動モ−ドの場合は数式(2)に
基づき、前記TDC信号パルスに同期して燃料噴射弁6
の燃料噴射時間TOUTを演算し、その結果を記憶手段
5c(RAM)に記憶する。
【0036】 TOUT=TiM×KCMDM×KLAF×K1+K2 …(1) TOUT=TiCR×K3+K4 …(2) ここに、TiMは基本モ−ド時の基本燃料噴射時間、具
体的にはエンジン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAと
に応じて設定される基本燃料噴射時間であって、このT
iM値を決定するためのTiMマップが記憶手段5c
(ROM)に記憶されている。
【0037】TiCRは始動モ−ド時の基本燃料噴射時
間であって、TiM値と同様、エンジン回転数NEと吸
気管内絶対圧PBAに応じて設定され、このTiCR値
を決定するためのTiCRマップが記憶手段5c(RO
M)に記憶されている。
【0038】KCMDMは修正目標空燃比係数であっ
て、後述するようにエンジンの運転状態に基づいて算出
される目標空燃比係数KCMDとO2センサ17の出力
値に基づいて得られる空燃比補正値ΔKCMDとに応じ
て設定される。
【0039】KLAFは空燃比補正係数であって、空燃
比フィ−ドバック制御中はLAFセンサ16によって検
出された空燃比が目標空燃比に一致するように設定さ
れ、オ−プンル−プ制御中はエンジン運転状態に応じた
所定値に設定される。
【0040】K1,K2,K3及びK4はそれぞれ各種
エンジンパラメ−タ信号に応じて演算される補正係数及
び補正変数であって、各気筒毎にエンジンの運転状態に
応じた燃費特性や加速特性等の諸特性の最適化が図られ
るような所定値に設定される。
【0041】図2は空燃比フィ−ドバック制御のメイン
ル−チンを示すフロ−チャ−トである。
【0042】まず、ステップS1でLAFセンサ16か
らの出力値を読み込み、次いでエンジンが始動モ−ドに
あるか否かを判別する(ステップS2)。ここで、始動
モ−ドにあるか否かは、例えば、図示しないエンジンの
スタ−タスイッチがオンで、かつエンジン回転数が所定
の始動時回転数(クランキング回転数)以下か否かによ
り判別する。
【0043】ステップS2の答が肯定(YES)のと
き、すなわち、始動モ−ドのときは、エンジン冷却水温
TW及び吸気管内絶対圧PBAの関数であるKTWLA
Fマップを検索して低水温時の目標空燃比係数KTWL
AFを算出し(ステップS3)、このKTWLAF値を
目標空燃比係数KCMDに設定する(ステップS4)。
次いで、フラグFLAFFBを「0」にセットして空燃
比のフィ−ドバック制御を中止し(ステップS5)、空
燃比補正係数KLAF及びその積分項(I項)KLAF
Iを1.0に設定して(ステップS6、ステップS
7)、本プログラムを終了する。
【0044】一方、ステップS2の答が否定(NO)の
とき、すなわち基本モ−ドのときは、後述する図3のフ
ロ−チャ−トに基づき修正目標空燃比係数KCMDMを
算出し(ステップS8)、次いでフラグFACTが
「1」か否かを判別してLAFセンサ16が活性化して
いるか否かを判断する(ステップS9)。このLAFセ
ンサ16の活性化判別は、バックグラウンド処理される
LAFセンサ活性化判別ル−チン(図示せず)によりな
され、例えば、LAFセンサ16の出力電圧VOUTと
その中心電圧VCENTとの差が所定値(例えば0.4
V)より小さいときに「LAFセンサ16が活性化し
た」と判別される。
【0045】そして、ステップS9の答が否定(NO)
のときは上記ステップS5に進む一方、ステップS9の
答が肯定(YES)のとき、すなわちLAFセンサ16
の活性化が完了しているときはステップS10に進み、
不図示のKACT算出ル−チン実行することにより、L
AFセンサ16により検出された空燃比の当量比KAC
T(14.7/(A/F))を算出する(ステップS1
0)。次いで、ステップS11ではフィ−ドバック処理
ル−チンを実行して本プログラムを終了する。すなわ
ち、所定のフィ−ドバック条件を充足しないときはフラ
グFLAFFBを「0」にセットしてフィ−ドバック制
御を禁止する一方、所定のフィ−ドバック条件を充足す
るときはフラグFLAFFBを「1」にセットして空燃
比補正係数KLAFを算出し、フィ−ドバック制御の実
行を指令して、本プログラムを終了する。
【0046】しかして、図3はステップS8(図2)で
実行されるKCMDM算出ル−チンのフロ−チャ−トで
あって、本プログラムはTDC信号パルスの発生と同期
して実行される。
【0047】図3において、まずステップS21で、エ
ンジン1がフュ−エルカット(燃料供給停止)中か否か
を判別する。フュ−エルカット中か否かは、エンジン回
転数NEやスロットル弁301の弁開度θTHに基づい
て判断され、具体的にはフュ−エルカット判別ル−チン
(図示せず)の実行により判別される。
【0048】ステップS21の答が否定のとき、すなわ
ち基本モ−ドのときは、目標空燃比係数KCMDを算出
した後に(ステップS22)、ステップS24に進む。
この目標空燃比係数KCMDは、通常はエンジン回転数
NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定された不図
示のKCMDマップから読み出されるが、車両の発信時
や低水温時あるいは所定の高負荷運転時においては適宜
補正され、具体的には、KCMD算出ル−チン(図示せ
ず)を実行することにより、これらの運転状態に適合し
た値に設定される。ステップS21の答が肯定(YE
S)のときは、目標空燃比係数KCMDを所定値KCM
DFC(例えば1.0)に設定した後に(ステップS2
3)、ステップS24に進む。
【0049】ステップS24では、O2処理を行う。す
なわち、後述するように、所定要件下、O2センサ17
からの出力値に基づき目標空燃比係数KCMDを補正し
て修正目標空燃比係数KCMDMを算出する。次にステ
ップS25で修正目標空燃比係数KCMDMのリミット
チェックを行い、本プログラムを終了しメインル−チン
(図2)に戻る。すなわち、ステップS24で算出され
たKCMDM値と所定の上下限値KCMDMH,KCM
DMLとの大小関係を比較し、KCMDM値が上限値K
CMDMHより大きいときはKCMDM値をその上限値
KCMDMHに設定し、KCMDM値が下限値KMDM
Lより小さいときは、KCMDM値をその下限値KCM
DMLに設定し、本プログラムを終了する。
【0050】ステップS24では、O2処理を行う。す
なわち、後述するように、所定要件下、O2センサ17
からの出力値に基づき目標空燃比係数KCMDを補正し
て修正目標空燃比係数KCMDMを算出する。次にステ
ップS25で修正目標空燃比係数KCMDMのリミット
チェックを行い、本プログラムを終了しメインル−チン
(図2)に戻る。すなわち、ステップS24で算出され
たKCMDM値と所定の上下限値KCMDMH,KCM
DMLとの大小関係を比較し、KCMDM値が上限値K
CMDMHより大きいときはKCMDM値はその上限値
KCMDMHに設定され、KCMDM値が下限値KMD
MLより小さいときは、KCMDM値はその下限値KC
MDMLに設定される。
【0051】図4は前記ステップS24(図3)で実行
されるO2処理ル−チンのフロ−チャ−トであって、本
プログラムはTDC信号パルスの発生と同期して実行さ
れる。
【0052】同図において、まずステップS31では、
フラグFO2が「1」か否かを判別して、O2センサ1
7が活性化しているか否かを判断する。このO2センサ
17が活性化したか否かは、バックグラウンド処理時に
実行される不図示のO2センサ活性化判別ル−チンを実
行することにより判断され、例えば、イグニッションス
イッチ(図示せず)のオン時からの経過時間や基本モ−
ド移行状態からの経過時間により、O2センサ17の活
性化が判断される。
【0053】ステップS31の答が否定(NO)、すな
わち、O2センサ17がまだ活性化されていないと判断
されたときは、タイマtmRXを所定値T1(例えば
0.25sec)に設定した後(ステップS32)、フラ
グFVREFが「0」か否かを判別し、前記空燃比補正
値ΔKCMDを算出するためのO2センサ17の目標補
正値VREF(後述する)の初期値VRREF(以下
「初期補正値」という)が既に設定されているか否かを
判断する(ステップS33)。
【0054】そして、最初のル−プでは、上記初期補正
値VRREFはまだ設定されていないので、ステップS
33の答は肯定(YES)となり、ステップS34に進
み、記憶手段5c(ROM)に記憶されているVRRE
Fテ−ブルを検索して初期補正値VRREFを算出す
る。
【0055】このVRREFテ−ブルは、PAセンサ1
9により検出される大気圧PAに対してテ−ブル値が与
えられており、初期補正値VRREFは、このVRRE
Fテ−ブルを検索することにより読み出され、あるいは
補間法により算出される。
【0056】次いで、ステップS35では、前回ル−プ
における目標補正値の積分項(I項)VREFI(n−
1)を上記初期補正値VRREFに初期設定し、本プロ
グラムを終了しメインル−チン(図2)に戻る。なお、
次回ル−プ以降でステップS33が実行されるときは、
上述の如く既に目標補正値の初期補正値設定がなされて
いるため、その答が否定(NO)となり、ステップS3
4,S35を実行することなく本プログラムを終了す
る。
【0057】ステップS31の答が肯定(YES)とな
ったときは、O2センサ17が活性化されたと判断して
ステップS36に進み、前記タイマtmRXが「0」と
なったか否かを判別する。その答が否定(NO)のとき
は上記ステップS33に進む一方、肯定(YES)のと
き、すなわちO2センサ17の活性化が完了したと判断
されるときは、ステップS22またはステップS23
(図3)で算出された目標空燃比係数KCMDが所定下
限値KCMDZL(例えば0.98)より大きく、かつ
所定上限値KCMDZH(例えば1.13)より小さい
か否かを判別する(ステップS37,S38)。ステッ
プS37,S38のいずれかの答が否定(NO)のとき
は、混合気の空燃比がリ−ンバ−ン状態あるいは燃料リ
ッチに設定されている場合であり、本プログラムを終了
する一方、いずれの答も肯定(YES)のときは、混合
気の空燃比を理論空燃比(A/F=14.7)に設定す
べき場合であり、ステップS39に進み、エンジンがフ
ュ−エルカット中か否かを判別する。そして、その答が
肯定(YES)のときは、本プログラムを終了してメイ
ンル−チン(図2)に戻る一方、その答が否定(NO)
のときは、前回ル−プにおいてフュ−エルカット状態に
あったか否かを判別する(ステップS40)。そして、
その答が肯定(YES)のときは、カウンタNAFCを
所定値N1(例えば4)に設定した後(ステップS4
1)、このカウンタNAFCのカウンタ値N1を「1」
だけデクリメントして(ステップS42)、本プログラ
ムを終了する。
【0058】一方、ステップS40の答が否定(NO)
となったときはステップS43に進み、カウンタNAF
Cが「0」か否かを判別する。その答が否定(NO)の
ときは、カウンタNAFCのカウント値を「1」だけデ
クリメントして(ステップS42)本プログラムを終了
する一方、その答が肯定(YES)のときは、フュ−エ
ルカット状態を脱して安定した燃料供給が行われている
と判断し、後述するO2フィ−ドバック処理を実行した
後(ステップS44)、本プログラムを終了し、メイン
ル−チン(図2)に戻る。
【0059】しかして、図5は前記ステップS44(図
4)で実行されるO2フィ−ドバック処理ル−チンのフ
ロ−チャ−トであって、本プログラムはTDC信号パル
スの発生と同期して実行される。
【0060】まず、ステップS61では、間引き変数N
IVRが「0」か否かを判別する。この間引き変数NI
VRは、後述するようにTDC信号パルスが発生する毎
にエンジン運転状態に応じて設定された間引き数NIだ
け減算される変数であって、最初は「0」であるためス
テップS61の答は肯定(YES)となる。また、その
後のル−プでステップS61の答が否定(NO)となっ
たときはステップS62に進み、間引き変数NIVRか
ら間引き数NI(例えば1)を減算した値を新たな間引
き変数NIVRに設定した後、後述するステップS72
に進む。
【0061】上記ステップS61の答が肯定(YES)
のときは、O2センサ17の出力電圧VO2が所定下限
値VL(例えば0.3V)より小さいか否か、あるいは
所定上限値(例えば0.8)より大きいか否かを判断し
(ステップS63,S64)、ステップS63,S64
のいずれかの答が肯定(YES)のとき、すなわち、混
合気の空燃比が理論空燃比からリ−ン側、あるいはリッ
チ側に偏移していると判断されるときは、ステップS6
5に進み、不図示のKVPマップ、KVIマップ、KV
Dマップ、NIVRマップを検索して、比例項(P項)
係数KVP、積分項(I項)係数KVI、微分項(D
項)係数KVD、及び上記間引き変数NIVRの算出を
行う。これらのKVPマップ、KVIマップ、KVDマ
ップ、及びNIVRマップは、エンジン回転数NE及び
吸気管内絶対圧PBAによって決定される複数のエンジ
ン運転領域毎に所定のマップ値が与えられて予め記憶手
段5c(ROM)に記憶されており、これらのマップ検
索によりエンジンの運転状態に応じたマップ値が読み出
され、あるいは補間法により算出される。
【0062】次に、間引き変数NIVRを上記ステップ
S65で算出されたNIVR値に設定し(ステップS6
6)、前記ステップS34(図4)で算出された初期補
正値VRREFと今回ル−プにおけるO2センサ17の
出力電圧VO2との偏差ΔV(n)を算出し(ステップ
S67)、数式(3)〜(5)に基づいて、目標補正値
VREF(n)を算出するための各補正項、すなわちP
項、I項、D項の目標補正値VREFP(n)、VRE
FI(n)、VREFD(n)を算出した後、数式
(6)に基づき、これら各補正項を加算して目標補正値
VREF(n)を算出する(ステップS68)。
【0063】 VREFP(n)=ΔV(n)×KVP …(3) VREFI(n)=VREF(n−1)+ΔV(n)×KVI …(4) VREFD(n)=(ΔV(n)−ΔV(n−1))×KVD …(5) VREF(n)=VREFP(n)+VREFI(n)+VREFD(n) …(6) 次に、VREF(n)のリミットチェックを行う(ステ
ップS69)。すなわち、VREF(n)及びVREF
I(n)値と所定上下限値VREFH,VREFIとの
大小関係を比較し、その結果VREF(n)値及びVR
EFI(n)値が上限値VREFHを越えるときにはそ
の所定上限値VREFHに設定し、所定下限値VREF
Iより小さいときには、その所定下限値VREFIに設
定する。
【0064】次に、空燃比補正値ΔKCMDを算出する
(ステップS70)。空燃比補正値ΔKCMDは、具体
的には図6に示すように、目標補正値VREF0〜VR
EF5に対してテ−ブル値ΔKCMD0〜ΔKCMD3
が与えられたΔKCMDテ−ブルを検索することにより
読み出され、あるいは補間法により算出される。図6か
ら明らかなように、ΔKCMD値はVREF(n)が大
きな値を有するほど、大きな値に設定される。また、V
REF値に関しては上記ステップS69でリミットチェ
ックが行われていることから、ΔKCMD値に関しても
所定の上下限値内の値に設定されることとなる。
【0065】次いで、ステップS71では、前記ステッ
プS22(図3)で算出された目標空燃比係数KCMD
に上記空燃比補正値ΔKCMDを加算して修正目標空燃
比係数KCMDM(=理論空燃比)を算出し、本プログ
ラムを終了する。
【0066】また、前記ステップS63,S64の答が
いずれも否定(NO)のとき、すなわちO2センサ17
の出力電圧VO2がVL≦VO2≦VHのときは、O2
フィ−ドバック制御を禁止し、ステップS72〜S74
において、ΔV値(初期補正値VRREFとO2センサ
17の出力値との偏差)、目標補正値VREF、及び空
燃比補正値ΔKCMDのそれぞれに対し、今回値を前回
値に等置して、本プログラムを終了する。これにより、
混合気の空燃比が理論空燃比を維持し得るときは、不要
なO2フィ−ドバック制御が禁止され、制御性を良好に
保つことができる。すなわち、混合気の空燃比を安定し
たものに維持することができる。
【0067】次に、本実施例における触媒の劣化検知方
法について、図7、8を用いて詳しく説明する。
【0068】図7はCPU5bで実行される触媒劣化検
知のためのメインル−チンを示すフロ−チャ−トであ
る。このプログラムはTDC信号パルス発生毎に実行さ
れる。
【0069】同図において、まず、ステップS81でエ
ンジン1が始動モ−ドにあるか否かを判別する。この始
動モ−ドの判別は、前記空燃比フィ−ドバック制御にお
けるステップS2(図2)の始動モ−ド判別と同様な方
法で行われる。
【0070】ステップS81の答が肯定(YES)のと
き、すなわち始動モ−ドのときは、触媒劣化検知は行わ
ずに、触媒劣化検知フラグFCATAを「0」にセット
し(ステップS82)、始動からの経過時間を示すタイ
マtmCCATAを所定時間T2(例えば120sec)
に設定する(ステップS83)。次いで、平均値等を算
出するための判定期間変数CAC、O2センサ17の出
力値VO2の平均値VAO、分散値VSO、出力値VO
2の積算値(以下「積算値」という)VCAF、及び出
力値VO2の自乗の積算値(以下「自乗積算値」とい
う)VCASを、それぞれ0に初期値設定し(ステップ
S84〜S88)、本プログラムを終了する。
【0071】一方、ステップS81の答が否定(NO)
のとき、すなわち基本モ−ドのときは、ステップS89
に進み、上記タイマtmCCATAが0になったか否か
を判別する。その答が肯定(YES)のときは、始動後
所定時間T2以上経過している場合であり、TWセンサ
10により検出されたエンジン冷却水温TWが所定下限
値TWCATA(例えば80℃)より大きいか否かを判
別する(ステップS90)。その答が肯定(YES)の
ときは、エンジンの暖機が完了しているものと判断し、
次いでTCセンサ18により検出された触媒床温度TC
が所定下限値TCCATA(例えば380℃)より大き
いか否かを判別する(ステップS91)。その答が肯定
(YES)のときは、触媒が活性化しているものと判断
して、ステップS92に進む。ステップS92では、N
Eセンサ11により検出されたエンジン回転数NEが所
定範囲、すなわち所定下限値NEL(例えば1800r.
p.m.)以上で、かつ所定上限値NEH(例えば3000
r.p.m.)以下であるか否かを判別する。その答が肯定
(YES)のときは、エンジンが定常運転状態にあるた
めの必要条件の一つを満たす場合であり、さらにPBA
センサ8により検出された吸気管内絶対圧PBAが所定
範囲内、すなわち所定下限値PBAL(例えば260mm
Hg)以上で、かつ所定上限値PBAH(例えば560mm
Hg)以下であるか否かを判別する(ステップS93)。
【0072】ステップS93の答が肯定(YES)のと
きは、エンジンが定常運転状態にあるための負荷条件を
満たすと判断してステップS94に進み、触媒劣化検知
フラグFCATAが「0」か否かを判別する。そして、
その答が肯定(YES)のとき、すなわち触媒劣化検知
がまだ行われていないときは、図8に示す触媒劣化検知
ル−チンを実行して(ステップS95)、本プログラム
を終了する。
【0073】また、上記ステップS89〜S94のうち
のいずれかの答が否定(NO)のときは、触媒の劣化検
知を行わずに本プログラムを終了する。
【0074】すなわち、始動モ−ド移行後所定時間が経
過し、エンジン水温TW及び触媒床温度TCが所定値よ
り大きく、かつエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧
PBAが所定範囲内にあるような、所定のエンジン運転
状態にあり、しかも触媒劣化検知がまだ行われていない
ときにのみ、図8に示す触媒劣化検知を行う。エンジン
が上記所定の運転状態にあるときに触媒劣化検知を行う
のは、O2センサ出力が安定し、このO2センサ出力を
用いて触媒劣化検知が可能な運転領域、すなわち空燃比
フィ−ドバック制御状態にあるときに触媒の劣化検知を
行うことにより、正確に触媒の劣化検知を行うためであ
る。また、ステップS95の答が否定(NO)のとき
は、既に触媒の劣化検知が行われた場合であるので、再
度の触媒劣化検知を行わずに、本プログラムを終了す
る。
【0075】図8は上記ステップS95で実行される触
媒劣化検知ル−チンを示すフロ−チャ−トである。この
プログラムはTDC信号パルス発生毎に実行される。
【0076】まず、ステップS101でO2センサ17
の出力値VO2を読み込み、上記した判定期間変数CA
Cを「1」だけインクリメントした後(ステップS10
2)、ステップS103に進み、判定期間変数CACが
所定値nACLに達したか否かを判別する。ここで、所
定値nACLは平均値を算出するのに充分な期間(例え
ば1024)に設定される。
【0077】最初のル−プでは、ステップS103の答
は否定(NO)となるので、ステップS104に進み、
上記ステップS87(図7)で設定されたVCAF(=
0)に今回ル−プ時のO2センサ出力値VO2を加算し
て、今回ル−プの積算値VCAFを算出する。次いで、
上記ステップS88(図7)で設定された自乗積算値V
CAS(=0)に今回ル−プ時のO2センサ出力値VO
2の自乗を加算して、自乗積算値VCASを算出し(ス
テップS105)、本プログラムを終了してメインル−
チン(図7)に戻る。
【0078】また、次回以降のル−プでステップS10
4に進んだ場合には、前回ル−プで算出された積算値V
CAFに今回ル−プ時のO2センサ出力値VO2を加算
して、今回ル−プの積算値VCAFを算出し、次いで、
ステップS105で、前回ル−プで算出された自乗積算
値VCASに今回ル−プ時のO2センサ出力値VO2の
自乗を加算して、自乗積算値VCASを算出する。
【0079】一方、上記ステップS103の答が肯定
(YES)となったときは、ステップS106に進み、
数式(7)により平均値VAOを算出し(ステップS1
06)、さらに数式(8)により分散値VSOを算出す
る(ステップS107)。
【0080】 VAO=VCAF/nACL …(7) VSO=(VCAS−VAO×VCAF)/nACL …(8) 次に、前記数式(7)により算出した平均値VAOが所
定下限値VAAL(例えば0.4V)より大きいか否か
を判別し(ステップS108)、その答が肯定(YE
S)のときは、さらに分散値VSOが所定上限値VSA
L(例えば0.1V)より小さいか否かを判別する(ス
テップS109)。ステップS108,S109のいず
れの答も肯定(YES)のとき、すなわちVAO>VA
ALであり、かつ、VSO<VSALであるときには、
O2センサ17の出力平均値が比較的高く、かつ出力変
動幅が比較的小さい場合なので、「触媒は劣化していな
い」と判断して、触媒が劣化したことを示すフラグFC
ATDを「0」にセットし(ステップS110)、上記
触媒劣化検知フラグFCATAを「1」にセットして
(ステップS111)、本プログラムを終了しメインル
−チン(図7)に戻る。
【0081】一方、ステップS108,S109のいず
れか一方の答が否定(NO)のとき、すなわちVAO≦
VAALまたはVSO≧VSALであるときには、O2
センサ17の出力平均値が比較的低いか、あるいは出力
変動幅が比較的大きい場合なので、「触媒は劣化してい
ない」と判断して上記フラグFCATDを「0」にセッ
トし(ステップS112)、触媒劣化検知フラグFCA
TAを「1」にセットして(ステップS111)、本プ
ログラムを終了しメインル−チン(図7)に戻る。
【0082】すなわち、本実施例においては、O2セン
サ17の出力変動幅として分散値VSOを算出し、
【作用】の項で説明した理由により、O2センサ17の
出力平均値(VAO)が所定値(VAAL)以下である
とき、あるいは出力変動幅(VSO)が所定値(VSA
L)以上であるときに、触媒が劣化していると判断する
ものである。
【0083】上記実施例の触媒劣化検知装置によれば、
空燃比フィ−ドバック制御性能を低下させることなく、
従って排気エミッション特性を低下させることなく、空
燃比フィ−ドバック制御と並行して触媒の劣化検知を行
うことができる。また、前記従来技術のようにO2セン
サ17の出力が反転するまでの時間を計測する必要がな
いので、短時間で触媒の劣化検知を行うことができる。
【0084】なお、上記実施例において、O2センサ出
力値VO2の代わりに、前記空燃比補正値ΔKCMDを
用いてもよい。すなわち、この場合には、上記判定用平
均値VAO及び分散値VSOの代わりに、上記実施例に
おけるO2センサ17の出力値VO2がVO2<VL、
あるいはVO2>VHであるときの空燃比補正値ΔKC
MDの平均値及び分散値を求め、上記と同様にして触媒
の劣化検知を行うことができる。
【0085】また、上記実施例において、O2センサ1
7の出力変動幅として、分散値の代わりに、例えば標準
偏差を用いてもよい。すなわち、この場合には、O2セ
ンサ出力値VO2(あるいは空燃比補正値ΔKCMD)
の平均値と標準偏差とを算出し、算出した平均値と標準
偏差を所定値と比較することにより、触媒の劣化検知を
行うことができる。
【0086】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、種々変形実施
が可能である。例えば、上記実施例においては、触媒装
置が1個だけ設けられる場合を例にとったが、第1の触
媒装置と第2の触媒装置とを設け、これらの触媒装置の
間に配設されたO2センサの出力値あるいは空燃比補正
値の平均値及び変動幅を用いて触媒の劣化検知を行うこ
とも可能である。
【0087】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の内燃エン
ジンの触媒劣化検知装置においては、第2の排気濃度セ
ンサの出力平均値及び出力変動幅に基づいて触媒装置の
劣化を判別するので、エンジンの空燃比フィ−ドバック
性能や排気エミッション特性を悪化させることなく、エ
ンジンの空燃比フィ−ドバック制御と並行して迅速に触
媒の劣化検知を行うことができる。
【0088】また、排気濃度センサの出力が反転するま
での時間を計測する必要がないので、短時間で触媒の劣
化検知を行うことができる。
【0089】また、上記運転状態検出手段(水温検出手
段、触媒温度検出手段、回転数検出手段、負荷状態検出
手段)により検出された運転状態が所定状態にあるとき
に上記劣化検知を実行することにより、触媒の劣化検知
に適した状態のときに、劣化検知を行うことができるの
で、正確に、触媒の劣化検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の内燃エンジンの触媒劣化検
知装置を示す全体構成図である。
【図2】同実施例における空燃比フィ−ドバック制御の
メインル−チンを示すフロ−チャ−トである。
【図3】空燃比フィ−ドバック制御における修正目標空
燃比係数KCMDM算出ル−チンを示すフロ−チャ−ト
である。
【図4】空燃比フィ−ドバック制御におけるO2処理ル
−チンを示すフロ−チャ−トである。
【図5】空燃比フィ−ドバック制御におけるO2フィ−
ドバック処理ル−チンを示すフロ−チャ−トである。
【図6】図5のO2フィ−ドバック処理ル−チンで検索
される空燃比補正値ΔKCMDテ−ブルを示す図であ
る。
【図7】触媒劣化検知プログラムのメインル−チンを示
すフロ−チャ−トである。
【図8】図7のメインル−チンで実行される触媒劣化検
知ル−チンを示すフロ−チャ−トである。
【図9】触媒の劣化度合と触媒下流側のO2センサの出
力変化との関係を示す図である。
【図10】従来例の触媒劣化検知装置における検知方法
を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 内燃エンジン 5 ECU(劣化検知手段、平均値算出手段、変動幅算
出手段、劣化判別手段) 8 PBAセンサ(運転状態検出手段、負荷状態検出手
段) 10 TWセンサ(運転状態検出手段、水温検出手段) 11 NEセンサ(運転状態検出手段、回転数検出手
段) 14 排気管(排気通路) 15 触媒装置 16 LAFセンサ(第1の排気濃度センサ) 17 O2センサ(第2の排気濃度センサ) 18 TCセンサ(運転状態検出手段、触媒温度検出手
段)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃エンジンの排気通路に配設されて排
    気ガス中の有害成分を浄化する触媒装置と、該触媒装置
    の上流側の前記排気通路に配設された排気ガス濃度に略
    比例する出力特性を有する第1の排気濃度センサと、前
    記内燃エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
    と、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて目標空燃
    比を算出する目標空燃比算出手段と、前記触媒装置の下
    流側の前記排気通路に配設された理論空燃比の近傍で出
    力信号が反転する第2の排気濃度センサと、該第2の排
    気濃度センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を補正
    する補正手段と、前記第2の排気濃度センサの出力値に
    基づいて前記触媒装置の劣化を検知する劣化検知手段と
    を備え、 前記劣化検知手段は、前記第2の排気濃度センサの出力
    値に基づいて出力平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記第2の排気濃度センサの出力値に基づいて前記出力
    平均値からの出力変動幅を算出する変動幅算出手段と、
    該変動幅算出手段及び前記平均値算出手段の算出結果に
    基づいて前記触媒装置が劣化したか否かを判別する劣化
    判別手段とを有していることを特徴とする内燃エンジン
    の触媒劣化検知装置。
  2. 【請求項2】 前記劣化検知手段は、前記運転状態検出
    手段により検出された運転状態が所定状態にあるときに
    実行することを特徴とする請求項1記載の内燃エンジン
    の触媒劣化検知装置。
  3. 【請求項3】 前記運転状態検出手段は、少なくとも内
    燃エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段と、前記
    触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、内燃エ
    ンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、内燃エン
    ジンの負荷状態を検出する負荷状態検出手段とを有する
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の内燃エ
    ンジンの触媒劣化検知装置。
  4. 【請求項4】 前記平均値算出手段及び前記変動幅算出
    手段は、前記第2の排気濃度センサの出力値に代えて、
    前記補正手段により算出された空燃比補正値に基づいて
    前記平均値及び前記変動幅を算出することを特徴とする
    請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の内燃エンジン
    の触媒劣化検知装置。
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