JPH07243342A

JPH07243342A - 内燃機関の触媒劣化診断装置

Info

Publication number: JPH07243342A
Application number: JP6032577A
Authority: JP
Inventors: Yuki Nakajima; 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-19
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JP2853554B2

Abstract

(57)【要約】【目的】誤診断を抑制して触媒劣化の診断精度を向上
させる。【構成】排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に
配設された上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を
判定する手段５２と、前記運転条件の判定結果が所定の
触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比センサ
５０の出力と下流側空燃比センサ５１の出力とを比較す
る出力比較手段５６と、この比較結果が所定個数となっ
たか否かを判定する比較個数判定手段５７と、前記判定
結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新する手
段５８と、更新された比較結果を加重平均する手段５９
と、前記加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を判
定する劣化判定手段６１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排出ガスの
浄化を行う触媒の劣化状態を診断する装置の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を清浄化する装置とし
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ともに、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備え
たものが広く実用化されている。

【０００３】三元触媒は経年変化等によって性能が劣化
すると、転換効率が次第に低下して排気浄化に支障を来
す。性能が劣化した触媒は交換するなどの処置を取るこ
とが望ましく、そこで、このような触媒の劣化状態を判
定するために、従来から特開昭６３−２０５４４１号公
報に開示されるような装置が提案されている。

【０００４】これは、内燃機関の排気通路に介装した触
媒の上流側及び下流側にそれぞれ酸素センサを配設し、
上流側酸素センサの出力信号を主にして空燃比フィード
バック制御を実行するとともに、両センサの出力信号の
比較から触媒の劣化を診断するものである。

【０００５】すなわち、空燃比フィードバック制御の実
行中には、主に上流側酸素センサの出力信号に基づいて
例えば疑似的な比例積分制御により燃料供給量が制御さ
れ、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、上流側酸素センサの出力信号は図６
（ａ）に示すように、周期的にリッチ、リーンを繰り返
し、三元触媒の酸化、還元機能も最大に維持される。

【０００６】一方、触媒を通過した排気の空燃比は、触
媒の働きによって酸素がストレージされるため、排気中
の残存酸素濃度の変動は非常に穏やかなものとなって、
図６（ｂ）に示すように、下流側酸素センサの出力信号
は殆どリッチ、リーンに振れることがなく、上流側酸素
センサの出力信号に比して変動幅が小さく、かつ周期が
長くなる。

【０００７】触媒の劣化によって酸素ストレージ能力が
低下してくると、触媒の上流側と下流側の排気中の酸素
濃度がそれほど変わらなくなり、下流側酸素センサの出
力信号は図６（ｃ）に示すように、上流側酸素センサの
出力信号に近似した周期で反転を繰り返すとともに、変
動幅も大きくなる。

【０００８】したがって、上流側酸素センサのリッチ、
リーンの反転周期Ｔ₁と、下流側酸素センサのリッチ、
リーンの反転周期Ｔ₂との比Ｔ₁／Ｔ₂を求め、この比が
所定値以上となったときに触媒が劣化したものと判定す
る。

【０００９】この種の触媒の劣化診断装置としては、特
開平４−１４４９号公報にも提案されるように、上流側
と下流側の酸素センサの出力信号の周波数比が所定値以
上（周期比の場合には所定値以下）と判定された回数が
所定回数以上連続した場合に触媒の劣化を判定するもの
がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に上流側酸素センサの出力と、下流側酸素センサの出力
との比較により触媒の劣化を診断する場合、出力比を精
度良く測定しようとすれば、上流側酸素センサの出力が
所定回数以上反転した場合の出力比に基づいて診断する
必要があり、この反転回数を大きく設定するとともに、
出力比が連続して所定値以上となるためには計測時間を
大きく設定する必要がある。

【００１１】しかしながら、このような従来の内燃機関
の触媒劣化診断装置にあっては、上記空燃比フィードバ
ック制御による運転領域は、内燃機関の全運転条件のう
ち所定の条件下で行われ、さらに触媒の劣化を診断する
領域はこの空燃比フィードバック領域内の所定の領域と
して設定されるため、実際の自動車などの内燃機関の運
転条件においては、測定する出力比の反転回数を大きく
設定すると測定時間が増大するため診断領域から外れて
しまう場合があり、また、上流側、下流側酸素センサの
周波数比が所定値以上と判定された回数が所定回数以上
連続した場合に触媒の劣化を判定するものでは、触媒劣
化診断領域に入る直前の運転条件の影響を受け、例え
ば、長時間のアイドリングを行った場合には通常の走行
条件に比して排気の温度が低く、触媒の暖気が不十分で
あるときには一般的に触媒の特性が異なり、このアイド
リング直後の触媒劣化診断領域では正常な触媒であって
も上流側、下流側酸素センサの反転回数は近似するため
劣化と誤診断される場合がある。一方、直前の運転条件
が長時間の登坂走行など高負荷運転が続いた場合では、
触媒の温度が高くなっているため劣化した触媒でも正常
と誤診断されるという問題があった。

【００１２】そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてな
されたもので、直前の運転条件の影響を抑制して精度良
く触媒の劣化を診断可能な内燃機関の触媒劣化診断装置
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】第１の発明は、図１に示
すように、排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に
配設された上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を
判定する手段５２と、前記運転条件の判定結果に応じて
基本燃料噴射量Ｔｐを設定する基本燃料噴射量設定手段
５３と、上流側空燃比センサ５０の出力に基づいてフィ
ードバック補正係数αを算出する補正係数算出手段５４
と、このフィードバック補正係数αに応じて前記基本燃
料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段５５とを備えて
なる内燃機関において、前記運転条件の判定結果が所定
の触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比セン
サ５０の出力と下流側空燃比センサ５１の出力とを比較
する出力比較手段５６と、この比較結果が所定個数とな
ったか否かを判定する比較個数判定手段５７と、前記判
定結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新する
手段５８と、更新された比較結果を加重平均する手段５
９と、前記加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を
判定する劣化判定手段６１とを備える。

【００１４】また、第２の発明は、図１に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料噴
射量Ｔｐを設定する基本燃料噴射量設定手段５３と、上
流側空燃比センサ５０の出力に基づいてフィードバック
補正係数αを算出する補正係数算出手段５４と、このフ
ィードバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴射量Ｔ
ｐを補正する燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内
燃機関において、前記運転条件の判定結果が所定の触媒
劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比センサ５０
の出力と下流側空燃比センサ５１の出力とを比較する出
力比較手段５６と、この比較結果が所定個数となったか
否かを判定する比較個数判定手段５７と、前記判定結果
が所定個数となるたびに前記比較結果を更新する手段５
８と、前記更新された比較結果を加重平均する手段５９
と、前記加重平均の演算回数が所定回数となったか否か
を判定する演算回数判定手段６０と、前記判定結果が所
定回数以上であれば前記加重平均の結果に基づいて前記
触媒の劣化を判定する劣化判定手段６１とを備える。

【００１５】また、第３の発明は、図１に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料噴
射量Ｔｐを設定する基本燃料噴射量設定手段５３と、上
流側空燃比センサ５０の出力に基づいてフィードバック
補正係数αを算出する補正係数算出手段５４と、このフ
ィードバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴射量Ｔ
ｐを補正する燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内
燃機関において、前記運転条件の判定結果が所定の触媒
劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比センサ５０
の出力と下流側空燃比センサ５１の出力とを比較する出
力比較手段５６と、この比較結果が所定個数となったか
否かを判定する比較個数判定手段５７と、前記判定結果
が所定個数となるたびに前記比較結果を更新する手段５
８と、前記更新された比較結果と前回の診断領域におけ
る最終の加重平均値とを加重平均する手段５９と、前記
加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣
化判定手段６１とを備える。

【００１６】また、第４の発明は、図１に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料噴
射量Ｔｐを設定する基本燃料噴射量設定手段５３と、上
流側空燃比センサ５０の出力に基づいてフィードバック
補正係数αを算出する補正係数算出手段５４と、このフ
ィードバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴射量Ｔ
ｐを補正する燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内
燃機関において、前記運転条件の判定結果が所定の触媒
劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比センサ５０
の出力と下流側空燃比センサ５１の出力とを比較する出
力比較手段５６と、この比較結果が所定個数となったか
否かを判定する比較個数判定手段５７と、前記判定結果
が所定個数となるたびに前記比較結果を更新する手段５
８と、前記更新された比較結果と前回の診断領域におけ
る最終の加重平均値とを加重平均する手段５９と、前記
加重平均の演算回数が所定回数となったか否かを判定す
る演算回数判定手段６０と、前記判定結果が所定回数以
上であれば前記加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣
化を判定する劣化判定手段６１とを備える。

【００１７】また、第５の発明は、前記第１ないし第４
の発明において、図２に示すように、上流側空燃比セン
サの出力とをそれぞれしきい値と比較して反転回数を演
算する手段６２と、これら反転回数の比を演算する手段
６３とを備える。

【００１８】

【作用】第１の発明は、運転条件の判定結果が所定の触
媒劣化診断領域に入ると、上流側空燃比センサの出力と
下流側空燃比センサの出力の比較を行う。この比較結果
は所定の個数となるたびに更新されて、所定の個数に対
応した間隔でサンプリングされる。このサンプリングさ
れた比較結果を加重平均されて平均化した値に基づいて
触媒の劣化を判定するため、診断領域以前の運転条件の
影響を抑制して精度の高い触媒の劣化診断を行うことが
できる。

【００１９】また、第２の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域に入ると、上流側空燃比セン
サの出力と下流側空燃比センサの出力の比較を行う。こ
の比較結果は所定の個数となるたびに更新されて、所定
の個数に対応した間隔でサンプリングされる。このサン
プリングされた比較結果を加重平均するとともに、加重
平均を行った演算回数が所定回数以上となってから最新
の加重平均結果に基づいて触媒の劣化を判定するため、
平均化された比較結果に基づいて精度の高い触媒の劣化
診断を行うことができる。

【００２０】また、第３の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域に入ると、上流側空燃比セン
サの出力と下流側空燃比センサの出力の比較を行うとと
もに、この比較結果は所定個数となるたびに更新されて
所定の個数に対応した間隔でサンプリングされる。この
サンプリングされた比較結果と前回の触媒劣化診断領域
における最終の加重平均値とを加重平均した値に基づい
て触媒の劣化を判定するため、診断領域以前の運転条件
の変動の影響を抑制して精度の高い触媒の劣化診断を行
うことができる。

【００２１】また、第４の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域に入ると、上流側空燃比セン
サの出力と下流側空燃比センサの出力の比較を行うとと
もに、この比較結果は所定個数となるたびに更新されて
所定の個数に対応した間隔でサンプリングされる。この
サンプリングされた比較結果と前回の触媒劣化診断領域
における最終の加重平均値とを加重平均し、さらに加重
平均の演算を所定回数行ってから触媒の劣化を判定する
ため、複数の触媒劣化診断領域に基づいて誤診断を抑制
して精度の高い触媒の劣化診断を行うことができる。

【００２２】また、第５の発明は、前記第１ないし第４
のいずれかひとつにおいて、リーン、リッチと反転する
上流側及び下流側空燃比センサの反転回数の比より、触
媒の酸素ストレージ能力が下流側空燃比センサの応答遅
れに影響を及ぼすことを利用して高精度に触媒の劣化状
態を診断することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２４】図３に示すように、エンジン１の排気通路
２には三元触媒で構成された触媒コンバータ１３が介装
され、この触媒コンバータ１３の上流には空燃比センサ
としての上流側酸素センサ１４が、同じく下流には下流
側酸素センサ１５がそれぞれ配設される。

【００２５】これら上流側酸素センサ１４、下流側酸素
センサ１５は共に排気ガス中の残存酸素濃度に応じた起
電力を発生するもので、特に理論空燃比を境にして起電
力が急変し、理論空燃比より過濃（以下、リッチ）側で
高レベル（約１Ｖ程度）になる一方、希薄（リーン）側
で低レベル（約１００ｍｍＶ程度）となるものである。

【００２６】一方、エンジン１の吸気通路３には各吸気
ポートへ向けて燃料を供給する燃料噴射弁１７が各気筒
毎に配設され、吸入空気量を検出するエアフローメータ
１８を通過した空気はスロットル弁１９で絞られてから
各吸気ポートへ流入する。

【００２７】４はコントロールユニットで、例えばマイ
クロプロッセッサ等により構成されて、エンジン１の吸
気通路３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フィードバック制
御する。

【００２８】このため、コントロールユニット４には、
機関回転数を検出するクランク角センサ１９、冷却水の
水温を検出する水温センサ１６、エアフローメータ１８
からの信号がそれぞれ入力されるとともに、上流側酸素
センサ１４及び下流側酸素センサ１５からの信号が入力
されて、吸入空気量に対して所定の比率となるよう設定
した燃料供給量を上流側酸素センサ１４の出力に基づい
てフィードバック制御するとともに、さらに下流側酸素
センサ１５の出力に基づいて補正して、正しく理論空燃
比となるように燃料の噴射量を補正する。

【００２９】この空燃比フィードバック制御についての
概要を説明すると、まず、エアフローメータ１８が検出
した吸入空気量Ｑとクランク角センサ１９が検出した機
関回転数Ｎｅに基づいて燃料噴射弁１７からの基本噴射
量を決定する基本パルス幅ＴｐをＴｐ＝Ｑ／Ｎｅにより
算出する。この基本パルス幅Ｔｐは燃料噴射弁１７の開
弁時間を制御するもので、以下この基本パルス幅Ｔｐを
燃料の基本噴射量Ｔｐとする。

【００３０】この基本噴射量Ｔｐに増量補正やフィード
バック補正等の補正を加えて燃料噴射弁１７の駆動パル
ス幅Ｔｉを決定するのであり、この駆動パルス幅Ｔｉは
次式により求められる。

【００３１】Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ
（１）ここで、ＣＯＥＦは各種増量補正係数を示し、例えば冷
却水温度に応じた水温増量補正、高速高負荷時の空燃比
補正などからなる。また、Ｔｓは燃料噴射弁１７の無効
時間を補正するためにバッテリ電圧に応じて付加される
電圧補正係数である。

【００３２】ここで、αは主に上流側酸素センサ１４の
検出信号に基づいて演算されたフィードバック補正係数
であり、上流側酸素センサ１４の出力信号を理論空燃比
に対応する所定のスライスレベルと比較し、この出力信
号がリッチ側あるいはリーン側への反転に基づいて疑似
比例積分により求められた値であり、このαが１以上で
あればリッチ側へ、１未満であればリーン側へ空燃比が
補正される。

【００３３】例えば、上流側酸素センサ１４から図７
（ａ）に示すような出力信号が検出された場合、これに
対応するフィードバック補正係数αは図７（ｂ）のよう
に変化する。フィードバック補正係数αは上述したよう
に、疑似的な比例積分により求められるもので、上流側
酸素センサ１４の所定のスライスレベル（Ｓ／Ｌ）を横
切ってリッチ側からリーン側へ反転すると、フィードバ
ック補正係数αには所定の比例分Ｐ_Lが加算され、さら
に所定の積分定数Ｉ_Lの傾きで積分分が徐々に加算され
る。このフィードバック補正係数αは上述のように基本
噴射量Ｔｐに乗じられ、実際の空燃比は徐々に濃度を増
大させる。

【００３４】そして、上流側酸素センサ１４の出力信号
がリーン側からリッチ側へ反転すると、フィードバック
補正係数αから所定の比例分Ｐ_Rが減算されるととも
に、所定の積分定数Ｉ_Rの傾きで積分分が徐々に減算さ
れる。このような制御の繰り返しによって、実際の空燃
比は１〜２Ｈｚ程度の周波数で変化しながらほぼ理論空
燃比近傍に保持される。

【００３５】このフィードバックによる空燃比制御中に
なんらかの燃料の増減を行う場合、例えば低水温時や高
速高負荷時、あるいは減速中の燃料カット時等には、上
記フィードバック補正係数αが１に固定されるととも
に、実質的にオープンループ制御となるのである。

【００３６】このような空燃比フィードバック制御中に
おいて、コントロールユニット４は上流側酸素センサ１
４及び下流側酸素センサ１５の出力の反転回数に基づい
て触媒コンバータ１３が正常に機能しているかどうかを
判定する触媒劣化診断を行う。すなわち、上流側酸素セ
ンサ１４の出力の単位時間当たりの反転回数が所定回数
以上となる期間に上流側酸素センサ１４の出力と下流側
酸素センサ１５の出力の比に基づいて触媒の劣化を判断
し、コントロールユニット４に接続された警告灯３０を
判定結果に応じて点灯するのである。

【００３７】この反転回数比に基づく触媒の劣化診断制
御動作について図５のフローチャートに基づいて説明す
る。なお、この測定制御動作は、例えば所定時間毎に行
われるもので、具体的にはマイクロプロセッサのタイマ
割り込み処理などによって実行される。

【００３８】まず、ステップＳ１では触媒劣化の診断を
行うための許可条件が成立したかどうかを判定するもの
で、この許可条件としては例えば、１．エンジン始動時の水温が所定値以上。

【００３９】２．エンジン暖気終了後所定時間経過後。

【００４０】３．下流側酸素センサ１５が活性状態。

【００４１】等の予め設定された条件１〜３を全て満足
した場合に限ってステップＳ２の処理へ進む。なお、エ
ンジン１の暖気状態は水温センサ１６の検出信号から判
定することができ、また、酸素センサの活性状態とは下
流側酸素センサ１５の出力信号が予め設定したレベルに
到達した状態を示す。

【００４２】ステップＳ２では、エンジン１の運転状態
が空燃比フィードバック制御を行う触媒劣化診断領域に
あるか否かの判定を行う。

【００４３】この判定は、次の条件に基づいて行われ
る。

【００４４】４．車速ＶＳＰが所定範囲以内。

【００４５】５．機関回転数Ｎｅが所定範囲以内。

【００４６】６．機関負荷、すなわち基本噴射量Ｔｐが
所定範囲以内。

【００４７】これら、条件４〜６がすべて成立したとき
に触媒劣化診断領域であると判定してステップＳ３の処
理へ進む。なお、車速ＶＳＰはコントロールユニット４
に接続された図示しない車速センサからの信号を示す。

【００４８】ステップＳ３においては、空燃比フィード
バック制御を行う上流側酸素センサ１４のリッチ、リー
ン反転回数ＦＯ２ＣＴが所定値ＣＭＳＷに到達したかを
判定し、この反転回数ＦＯ２ＣＴがＣＭＳＷに達してい
なければ、ステップＳ４で上流側、下流側酸素センサ１
４、１５の反転回数ＦＯ２ＣＴ、ＲＯ２ＣＴをそれぞれ
インクリメントして反転回数の計数を継続する一方、反
転回数ＦＯ２ＣＴが所定値ＣＭＳＷに達していればステ
ップＳ５で反転回数比ＨＺＲの演算を行う。

【００４９】この所定値ＣＭＳＷは上流側酸素センサ１
４の反転回数ＦＯ２ＣＴを基準として、診断領域に入っ
てから所定間隔毎に反転回数比ＨＺＲをサンプリングす
るためのもので、触媒コンバータ１３の特性などに応じ
て予め設定されたものである。

【００５０】この反転回数比ＨＺＲは上流側酸素センサ
１４の反転回数ＦＯ２ＣＴと下流側酸素センサ１５の反
転回数ＲＯ２ＣＴとから次式によって演算する。

【００５１】ＨＺＲ＝ＲＯ２ＣＴ／ＦＯ２ＣＴ
（２）演算された反転回数比ＨＺＲはコントロールユニット４
の図示しないメモリに格納される（ステップＳ５）。

【００５２】この反転回数比ＨＺＲは、触媒コンバータ
１３が劣化すると酸素ストレージ能力が低下し、下流側
酸素センサ１５の反転回数ＲＯ２ＣＴに伴ってこの反転
回数比ＨＺＲも増大する一方、触媒コンバータ１３の正
常時には反転回数ＲＯ２ＣＴがゼロに近くなって反転回
数比ＨＺＲはゼロに近付く。

【００５３】反転回数比ＨＺＲの演算後には、反転回数
ＦＯ２ＣＴ、ＲＯ２ＣＴはそれぞれクリアされて次の計
数に備える（ステップＳ６）。

【００５４】エンジン１の運転条件が図４に示すよう
に、ステップＳ１、Ｓ２の条件を満たす診断領域にある
間、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返すことによっ
て、上流側酸素センサ１４、下流側酸素センサ１５の反
転回数ＦＯ２ＣＴ、ＲＯ２ＣＴをそれぞれ計数するとと
もに、上流側酸素センサ１４の反転回数ＦＯ２ＣＴが所
定値ＣＭＳＷに達すると反転回数比ＨＺＲは更新され、
この反転回数比ＨＺＲは常時最新のものが格納される。

【００５５】ここで、運転条件が変更されて図４に示し
た診断領域から外れると、ステップＳ１、Ｓ２の許可条
件、診断領域を満足しなくなってステップＳ７以降の診
断処理が行われる。

【００５６】ステップＳ７では、図示しないメモリの反
転回数比ＨＺＲがクリアされたかどうかを判定するもの
で、この反転回数比ＨＺＲのクリアは後述の反転回数比
の加重平均値ＨＺＲＡＴＥの演算が完了していることを
示し、このステップＳ７では加重平均値ＨＺＲＡＴＥの
重複演算を防止するものであり、クリアされていなけれ
ばステップＳ８−１へ進んで、加重平均処理に初めて進
んだかを判断する。この加重平均処理が初めてであれ
ば、ステップＳ８ー２へ進んでＨＺＲＡＴＥ＝ＨＺＲと
する一方、初めてでなければステップＳ８−３の処理へ
進んで反転回数比平均値ＨＺＲＡＴＥの演算を行う一
方、クリアされている場合にはステップＳ１１の処理へ
進む。

【００５７】診断領域から外れた直後では反転回数比Ｈ
ＺＲは最新のものを保持しているため、ステップＳ８−
３では直前の診断領域内で更新された最新の反転回数比
ＨＺＲに基づいて加重平均値ＨＺＲＡＴＥを次式より算
出する。

【００５８】ＨＺＲＡＴＥ＝（ＨＺＲ＋７×ＨＺＲＡＴＥ）／８（３）ここで、右辺のＨＺＲＡＴＥは前回の診断領域において
演算された値、すなわち、図４に示す診断領域より以前
の診断領域で演算されたもので、左辺のＨＺＲＡＴＥが
このステップＳ８−３で求められる反転回数比の加重平
均値であり、前回の診断領域の加重平均値ＨＺＲＡＴＥ
に重み付けを行うことで、最新の反転回数比ＨＺＲによ
る影響を低減し、直前の診断領域が、例えば長時間の高
負荷運転あるいは長時間のアイドリングなど触媒コンバ
ータ１３の劣化を誤診断しやすい運転条件の影響を低減
するのである。

【００５９】この重み付けは、例えば反転回数比ＨＺＲ
に対して前回の診断領域の加重平均値ＨＺＲＡＴＥに７
倍の重み付けを行うもので、この比率は触媒コンバータ
１３の特性、容量あるいはエンジン１の特性などに応じ
て予め設定されるものである。

【００６０】加重平均値ＨＺＲＡＴＥの演算が終了する
と、ステップＳ９で最新の反転回数比ＨＺＲをクリアし
た後に、ステップＳ１０で加重平均値ＨＺＲＡＴＥの演
算回数を計数するカウンタＮＵＭＨＺをインクリメント
する。

【００６１】そして、ステップＳ１１では加重平均値Ｈ
ＺＲＡＴＥの演算が所定回数ＮＵＭＪＤＧ以上行われた
かを判定する。この判定で所定回数ＮＵＭＪＤＧ以上の
加重平均値ＨＺＲＡＴＥの演算が行われている場合に
は、ステップＳ１２以降の診断処理へ進む一方、演算回
数が所定回数ＮＵＭＪＤＧ未満であれば診断処理へを行
わずに終了する。なお、所定回数ＮＵＭＨＺは例えば、
エンジン１の始動毎などにクリアされ、所定回数ＮＵＭ
ＪＤＧを適宜設定することにより、エンジン１の始動直
後などに複数の診断領域を経過させ、触媒コンバータ１
３が安定してから触媒の劣化診断を開始することで誤診
断を抑制することができる。

【００６２】ステップＳ１２では上記ステップＳ８−３
で求めた加重平均値ＨＺＲＡＴＥと所定の判定基準値Ｃ
ＮＧＨＺとの比較を行って、触媒コンバータ１３が劣化
状態にあるかを判定する。

【００６３】この判定において、加重平均値ＨＺＲＡＴ
Ｅが判定基準値ＣＮＧＨＺ以上であれば触媒コンバータ
１３が劣化状態にあると判定するとともに、ステップＳ
１４へ進んで警告灯３０を点灯させることで運転者に注
意を促す。一方、加重平均値ＨＺＲＡＴＥが判定基準値
ＣＮＧＨＺ未満であれば触媒コンバータ１３は正常であ
ると判定するとともに、ステップＳ１３へ進んで警告灯
３０を消灯させるのである。

【００６４】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４はステップＳ２の
判定でエンジン１の運転状態が診断領域に入ると、しき
い値に基づく反転回数ＦＯ２ＣＴ、ＲＯ２ＣＴがそれぞ
れ検出され、上流側酸素センサ１４の反転回数ＦＯ２Ｃ
Ｔが所定回数ＣＭＳＷとなるたびに反転回数比ＨＺＲが
順次更新され、反転回数比ＨＺＲは所定回数ＣＭＳＷに
応じた間隔でサンプリングされる。

【００６５】運転条件の変化により診断領域から外れる
と、この診断領域における最終の反転回数比ＨＺＲが最
新のデータとして保持されるため、上記（３）式の加重
平均の演算はこの反転回数比ＨＺＲと前回の診断領域で
演算された加重平均値ＨＺＲＡＴＥから行われるため、
最新の診断領域に加えて過去の診断領域の加重平均値Ｈ
ＺＲＡＴＥに重み付けを行うことで反転回数比ＨＺＲを
平均化することが可能となるだけでなく、診断領域に入
る直前の運転条件の影響を低減することができ、上述の
ように高負荷運転による触媒の過熱、あるいはアイドリ
ングによる触媒の過冷却による触媒コンバータ１３の誤
診断を抑制することができる。

【００６６】さらに、加重平均値ＨＺＲＡＴＥの演算を
所定回数ＮＵＭＪＤＧ以上行ってから診断処理を行うよ
うにしたため、エンジン１の始動直後など触媒コンバー
タ１３が充分に加熱されていない診断領域での劣化診断
を休止させるとともに、少なくとも複数の診断領域で演
算された加重平均値ＨＺＲＡＴＥで触媒の劣化診断を行
うようにしたため、診断精度を向上させることができる
のである。

【００６７】なお、上記実施例において、上流側酸素セ
ンサ１４、下流側酸素センサ１５の出力の反転回数ＦＯ
２ＣＴ、ＲＯ２ＣＴに基づいて劣化の判定を行ったが、
図９に示したように、反転周期Ｔ₁、Ｔ₂に基づく周期比
で劣化の判定を行うこともできる。この周期比により触
媒コンバータ１３の判定を行う場合には、上記ステップ
Ｓ１２の判定で加重平均値ＨＺＲＡＴＥが所定値未満の
場合に触媒コンバータ１３が劣化したと判定することが
できる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、排気
通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された上流
側空燃比センサと、触媒の下流に配設された下流側空燃
比センサと、機関の運転条件を判定する手段と、前記運
転条件の判定結果に応じて基本燃料噴射量を設定する基
本燃料噴射量設定手段と、上流側空燃比センサの出力に
基づいてフィードバック補正係数を算出する補正係数算
出手段と、このフィードバック補正係数に応じて前記基
本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備えて
なる内燃機関において、前記運転条件の判定結果が所定
の触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比セン
サの出力と下流側空燃比センサの出力とを比較する出力
比較手段と、この比較結果が所定個数となったか否かを
判定する比較個数判定手段と、前記判定結果が所定個数
となるたびに前記比較結果を更新する手段と、更新され
た比較結果を加重平均する手段と、前記加重平均の結果
に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを
備え、所定の個数に対応した間隔でサンプリングされた
比較結果を加重平均して平均化するようにしたため、運
転条件の影響による比較結果の変動を抑制して触媒劣化
診断の精度を向上させることが可能となる。

【００６９】また、第２の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記運転条件の判定結
果に応じて基本燃料噴射量を設定する基本燃料噴射量設
定手段と、上流側空燃比センサの出力に基づいてフィー
ドバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、この
フィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を
補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関に
おいて、前記運転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断
領域であるときに前記上流側空燃比センサの出力と下流
側空燃比センサの出力とを比較する出力比較手段と、こ
の比較結果が所定個数となったか否かを判定する比較個
数判定手段と、前記判定結果が所定個数となるたびに前
記比較結果を更新する手段と、前記更新された比較結果
を加重平均する手段と、前記加重平均の演算回数が所定
回数となったか否かを判定する演算回数判定手段と、前
記判定結果が所定回数以上であれば前記加重平均の結果
に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを
備え、比較結果の加重平均を所定回数以上行って平均化
するようにしたため、診断領域以前の運転条件の影響に
よる誤診断を抑制して精度の高い触媒の劣化診断を行う
ことができる。

【００７０】また、第３の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記運転条件の判定結
果に応じて基本燃料噴射量を設定する基本燃料噴射量設
定手段と、上流側空燃比センサの出力に基づいてフィー
ドバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、この
フィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を
補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関に
おいて、前記運転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断
領域であるときに前記上流側空燃比センサの出力と下流
側空燃比センサの出力とを比較する出力比較手段と、こ
の比較結果が所定個数となったか否かを判定する比較個
数判定手段と、前記判定結果が所定個数となるたびに前
記比較結果を更新する手段と、前記更新された比較結果
と前回の診断領域における最終の加重平均値とを加重平
均する手段と、前記加重平均の結果に基づいて前記触媒
の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、最新の診断領
域と前回の診断領域の複数の診断領域からの比較結果を
加重平均してから触媒の劣化を診断するようにしたた
め、診断領域の直前の運転条件の影響に基づく誤診断を
低減し、触媒の劣化診断の信頼性を向上させることがで
きる。

【００７１】また、第４の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記運転条件の判定結
果に応じて基本燃料噴射量を設定する基本燃料噴射量設
定手段と、上流側空燃比センサの出力に基づいてフィー
ドバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、この
フィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を
補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関に
おいて、前記運転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断
領域であるときに前記上流側空燃比センサの出力と下流
側空燃比センサの出力とを比較する出力比較手段と、こ
の比較結果が所定個数となったか否かを判定する比較個
数判定手段と、前記判定結果が所定個数となるたびに前
記比較結果を更新する手段と、前記更新された比較結果
と前回の診断領域における最終の加重平均値とを加重平
均する手段と、前記加重平均の演算回数が所定回数とな
ったか否かを判定する演算回数判定手段と、前記判定結
果が所定回数以上であれば前記加重平均の結果に基づい
て前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、最
新の診断領域に加えて前回の診断領域の比較結果から加
重平均を所定回数行うようにしたため、比較結果の平均
化を効率良く行って触媒劣化の診断精度を向上させるこ
とが可能となる。

【００７２】また、第５の発明は、前記出力比較手段
が、前記上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比セン
サの出力とをそれぞれしきい値と比較して反転回数を演
算する手段と、これら反転回数の比を演算する手段とを
備え、触媒の酸素ストレージ能力に基づく下流側空燃比
センサの応答遅れから高精度に触媒の劣化状態を診断す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１ないし第４の発明のいずれかひとつの構成
を示すクレーム対応図である。

【図２】第５の発明の構成を示すクレーム対応図であ
る。

【図３】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図４】運転領域と反転回数比ＨＺＲとの関係を示す説
明図。

【図５】触媒劣化診断の制御の一例を示すフローチャー
トである。

【図６】上流側酸素センサと下流側酸素センサの出力波
形を示すグラフである。

【図７】上流側酸素センサの出力信号とフィードバック
補正係数とを示すグラフである。

【符号の説明】

４コントロールユニット１３三元触媒１４上流側酸素センサ１５下流側酸素センサ５０上流側空燃比センサ５１下流側空燃比センサ５２運転条件判定手段５３基本噴射量設定手段５４補正係数演算手段５５燃料補正量演算手段５６出力比較手段５７比較個数判定手段５８更新手段５９加重平均手段６０演算回数判定手段６１劣化判定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に介装された触媒と、触媒の上
流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
する手段と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料
噴射量を設定する基本燃料噴射量設定手段と、上流側空
燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を
算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記運転条
件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに前
記上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出
力とを比較する出力比較手段と、この比較結果が所定個
数となったか否かを判定する比較個数判定手段と、前記
判定結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新す
る手段と、更新された比較結果を加重平均する手段と、
前記加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を判定す
る劣化判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
触媒劣化診断装置。
【請求項２】排気通路に介装された触媒と、触媒の上
流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
する手段と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料
噴射量を設定する基本燃料噴射量設定手段と、上流側空
燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を
算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記運転条
件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに前
記上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出
力とを比較する出力比較手段と、この比較結果が所定個
数となったか否かを判定する比較個数判定手段と、前記
判定結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新す
る手段と、前記更新された比較結果を加重平均する手段
と、前記加重平均の演算回数が所定回数となったか否か
を判定する演算回数判定手段と、前記判定結果が所定回
数以上であれば前記加重平均の結果に基づいて前記触媒
の劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴と
する内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】排気通路に介装された触媒と、触媒の上
流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
する手段と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料
噴射量を設定する基本燃料噴射量設定手段と、上流側空
燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を
算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記運転条
件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに前
記上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出
力とを比較する出力比較手段と、この比較結果が所定個
数となったか否かを判定する比較個数判定手段と、前記
判定結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新す
る手段と、前記更新された比較結果と前回の診断領域に
おける最終の加重平均値とを加重平均する手段と、前記
加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣
化判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の触媒
劣化診断装置。
【請求項４】排気通路に介装された触媒と、触媒の上
流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
する手段と、前記運転条件の判定結果に応じて基本燃料
噴射量を設定する基本燃料噴射量設定手段と、上流側空
燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を
算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記運転条
件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに前
記上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出
力とを比較する出力比較手段と、この比較結果が所定個
数となったか否かを判定する比較個数判定手段と、前記
判定結果が所定個数となるたびに前記比較結果を更新す
る手段と、前記更新された比較結果と前回の診断領域に
おける最終の加重平均値とを加重平均する手段と、前記
加重平均の演算回数が所定回数となったか否かを判定す
る演算回数判定手段と、前記判定結果が所定回数以上で
あれば前記加重平均の結果に基づいて前記触媒の劣化を
判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする内燃
機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】前記出力比較手段が、前記上流側空燃比
センサの出力と下流側空燃比センサの出力とをそれぞれ
しきい値と比較して反転回数を演算する手段と、これら
反転回数の比を演算する手段とを備えたことを特徴とす
る請求項１ないし請求項４のいずれかひとつに記載の内
燃機関の触媒劣化診断装置。