JPH07269330A

JPH07269330A - 触媒劣化判定装置

Info

Publication number: JPH07269330A
Application number: JP6060643A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okabe; 伸一岡部; Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦; Masahiko Watanabe; 聖彦渡辺; Yasuyuki Kawabe; 泰之川辺; Noritoku Katou; 憲徳加藤; Hirokazu Usui; 博和臼井
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置
の改良を目的とする。【構成】エンジンの排気管に配設された触媒１の入口
側排気管２、出口側排気管４の各位置に取り付けられる
フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５が設けられ
る。エンジンのフューエルカットが行われた場合に、フ
ロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５の各出力信号
の振幅のほぼ半分の電圧値を共通の基準値として、フロ
ント酸素センサ３の出力が基準値よりも小さくなってか
らリア酸素センサ５の出力が基準値よりも小さくなるま
での時間である応答遅れ時間差を求め、該応答遅れ時間
差と劣化判定値とを比較して触媒劣化を判定する。フロ
ント酸素センサ３及びリア酸素センサ５の出力波形の基
準電圧での接線と出力波形の上限値又は下限値近傍の電
圧値との交点のそれぞれの時間差を応答遅れ時間差とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は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、触媒の浄化率を検出する分野の技
術として、触媒の入口側排気管、出口側排気管にそれぞ
れフロント酸素センサ及びリア酸素センサを配置し、フ
ロント酸素センサ及びリア酸素センサの応答遅れ時間か
ら触媒の浄化率を検出するものがある（例えば、特開昭
５１−５５８１８号公報等）。この触媒は三元触媒であ
り、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（Ｈ
Ｃ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元を同時に行
い、排ガス中の有害ガス三成分を二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）に浄化するも
のである。この浄化特性はエンジンの設定空燃比により
大きく変わる。すなわち、空燃比がリーンのときは燃焼
後も酸素量が多くなり、酸化作用が活発に、還元作用が
不活発になる。空燃比がリッチのときは、この逆に酸化
作用が不活発に、還元作用が活発になる。この酸化と還
元のバランスがとれたとき（理論空燃比付近のとき）、
三元触媒は最も有効に働く。

【０００３】前記酸素センサはジルコニア型酸素センサ
であってもよく、このジルコニア型酸素センサはＺｒＯ
₂を試験管状に焼成し、その内側と外側に白金電極を設
け、内側には大気を導入し酸素濃度を一定とし、外気を
排気ガスに触れさせておくものである。両電極間に酸素
濃度の差が生じると、酸素濃度の高い側から低い側へ酸
素イオンが流れて起電力（約０Ｖ〜１Ｖの範囲）が発生
する。この起電力は酸素分圧が高い排気ガス中（理論空
燃比よりリーン混合気の燃焼）では小さい電圧を出力
し、酸素分圧が低い排気ガス中（リッチ混合気の燃焼）
では大きい電圧を出力する。

【０００４】ところで、触媒の浄化率の低下は触媒の劣
化を意味するが、触媒の劣化に伴い、触媒の酸素ストレ
ージ効果が低下し、本来触媒においてＨＣ等の未然ガス
を浄化するために必要な酵素が素通りしてしまうため、
リア酸素センサの周期が短くなる。すなわち、触媒の劣
化によりフロント酸素センサ及びリア酸素センサの応答
遅れ時間差ＤＴが短くなるように変化する。排気ガス浄
化用劣化判定装置はこの応答遅れ時間差ＤＴの変化を利
用して触媒劣化の判定を可能にするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記触
媒劣化判定装置では、前記応答遅れ時間差から酸素スト
レージ容量を求めてこの酸素ストレージ容量から触媒の
浄化率を求めていたので、触媒の劣化を判定するロジッ
クが複雑であり、このためＥＣＵ(ElectronicControl U
nit) の演算が複雑となる。さらに、運転状態にバラツ
キがあると、運転状態に依存して触媒劣化の判定に確実
性に欠ける。つまり、定速走行時が短い市街地の走行で
は、運転状態に変動があり、応答遅れ時間差のバラツキ
が大きくなるため、触媒の劣化の判定が非常に困難であ
るという問題があった。

【０００６】また、フロント酸素センサ、リア酸素セン
サ自体に劣化があると、応答遅れ時間差が変化しこのた
め高精度な触媒劣化の判定を得ることができなくなると
いう問題がある。したがって、本発明は上記問題点に鑑
み、演算が簡単で、運転状態に依存せず、さらにフロン
ト酸素センサ、リア酸素センサの劣化があっても触媒劣
化の判定の精度向上を図ることができる触媒劣化判定装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、次の構成を有する触媒劣化判定装置を
提供する。該触媒劣化判定装置はエンジンの排気管に配
設された触媒の入口側、出口側の各位置に取り付けられ
るフロント酸素センサ及びリア酸素センサを備える。前
記エンジンのフューエルカットが行われた場合に、フロ
ント酸素センサ及びリア酸素センサの各出力信号の振幅
のほぼ半分の電圧値を共通の基準値として、フロント酸
素センサの出力が前記基準値よりも小さくなってからリ
ア酸素センサの出力が前記基準値よりも小さくなるまで
の時間である応答遅れ時間差を求め、該応答遅れ時間差
と劣化判定値とを比較して触媒劣化を判定する。

【０００８】さらに、前記フューエルカット時に代わ
り、前記触媒の入口側の排気管に空気を強制的に流し込
ませた時に、前記応答遅れ時間差を求めるようにしても
よい。また、前記フューエルカット時に代わり、少なく
とも加速時に燃料噴射量を増量してフロント酸素センサ
及びリア酸素センサの応答遅れ時間差を求めるようにし
てもよい。

【０００９】前記フロント酸素センサ及びリア酸素セン
サの振幅の上限近傍又は下限近傍に上限電圧値又は下限
電圧値を予めそれぞれ設定し、フロント酸素センサ及び
リア酸素センサの出力が前記基準値と交差する位置の各
接線を求め、該各接線が前記上限電圧値又は下限電圧値
と交差するそれぞれの位置間の時間差を応答遅れ時間差
とする。

【００１０】

【作用】本発明の触媒劣化判定装置によれば、前記フロ
ント酸素センサ及びリア酸素センサの出力の応答遅れ時
間差を取り、該応答遅れ時間差を触媒の劣化判定に使用
することにより、触媒の劣化判定のロジックが簡単にな
り、演算処理が軽減される。

【００１１】さらに、フューエルカット時のフロント酸
素センサ及びリア酸素センサの応答遅れ時間差を求める
ことにより、運転状態に依存しない安定した応答遅れ時
間差を検出できる。触媒の入口側の排気管に空気を流し
込んで得られたフロント酸素センサ及びリア酸素センサ
の応答遅れ時間差が得られ、ＡＴ車に対応して、再度よ
く応答遅れ時間差を検出できるようになった。

【００１２】加速時に燃料噴射量を増量して得られたフ
ロント酸素センサ及びリア酸素センサの応答遅れ時間差
が得られることにより、市街地内で応答遅れ時間差を検
出するタイミングが増加し、精度の向上に寄与できる。
前記応答遅れ時間差は、前記フロント酸素センサ及びリ
ア酸素センサの振幅の上限近傍又は下限近傍に上限電圧
値又は下限電圧値を予め設定し、フロント酸素センサ及
びリア酸素センサの出力信号の波形が前記基準値と交差
する位置の各接線を求め、該各接線が前記上限電圧値又
は下限電圧値と交差する位置間の時間差をとして求める
ことにより、フロント酸素センサ及びリア酸素センサが
劣化しても、精度よく応答遅れ時間差を検出できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係る触媒劣化判定装
置を説明する図である。本図に示すように、エンジンか
らの排気ガスを浄化する触媒１の入口側の排気管２にフ
ロント酸素センサ３が設けられ、さらに触媒１の出口側
の排気管４にリア酸素センサ５が設けられている。フロ
ント酸素センサ３及びリア酸素センサ５に接続される触
媒劣化判定装置６は両酸素センサの応答遅れから触媒の
劣化判定を行う。触媒劣化判定の方法を以下に説明す
る。

【００１４】エンジンへ供給される混合気がリッチから
リーンへ変化してから、フロント酸素センサ３の出力信
号がリッチ（１Ｖ）からリーン（０Ｖ）ヘ変化するまで
の応答遅れ時間ＴF は次式で表される。ＴF＝ｔ1＋Ｄ1…（１）ここで、ｔ1は排ガスがエンジンからフロント酸素セン
サ３に到達するまでの排ガスの遅れ時間、Ｄ1はフロン
ト酸素センサ３の応答時間である。

【００１５】一方、リア酸素センサ５の応答遅れ時間Ｔ
R は次式で表される。ＴR＝ｔ1＋ｔ2＋ＶO2／ＱO2＋ｔ3＋Ｄ2…（２）ここで、ｔ2は排ガスがフロント酸素センサ３から触媒
１に到達するまでの排ガスの遅れ時間、ＱO2は排ガス中
の酸素流量、ＶO2／ＱO2は酸素ストレージ容量ＶO2がオ
ーバーフローするまでの時間、ｔ3は触媒からリア酸素
センサ５に到達するまでの排ガスの遅れ時間、Ｄ2はリ
ア酸素センサ５の応答時間である。上記式（１）、
（２）より応答遅れ時間差ＤＴは次式で表される。

【００１６】ＤＴ＝ＴR−ＴF ＝ＶO2／ＱO2＋（Ｄ2−Ｄ1）＋（ｔ2＋ｔ3）…（３）ここで、応答時間差（Ｄ2−Ｄ1）は酸素センサ自身のば
らつき、特性変化等を考慮しなければならない。ところ
が、応答遅れ時間差ＤＴをフューエルカット時に検出す
ることによって、応答時間差（Ｄ2−Ｄ1）は運転状態に
よらない安定した値になり、応答遅れ時間差ＤＴと酸素
ストレージ容量ＶO2との関係は１対１に対応する。

【００１７】図２は応答遅れ時間差と浄化率との関係を
示す図である。本図に示すように、フロント酸素センサ
３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差ＤＴと浄化率
αとの関係が予め判っており、この応答遅れ時間差ＤＴ
は、前述のように、触媒１の酸素ストレージ容量に対応
している。このため、触媒劣化判定装置６では応答遅れ
時間差が劣化判定値（所定値）よりも小さいときは触媒
が劣化したと判断する。かくして、従来のように酸素ス
トレージ容量を求めることなく、応答遅れ時間差から直
接に浄化率の判断が簡単にできる。

【００１８】図３は図１の触媒劣化判定装置６の第１の
構成例を示す図である。本図に示すように、触媒劣化判
定装置６は、フューエルカット信号が入力したとき、一
定時間だけ、フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ
５の出力信号を通過させるゲート回路６１、６２を具備
する。フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５の出
力信号は０Ｖ〜１Ｖの振幅の範囲で変化する。さらに、
ゲート回路６１の出力信号を反転端子に入力する比較器
６３は他方の非反転端子に０．４５Ｖの基準電圧を入力
する。この基準電圧はフロント酸素センサ３及びリア酸
素センサ５の振幅のほぼ半分に相当するようにしてあ
る。また、ゲート回路６２の出力信号を非反転端子に入
力する比較器６４は他方の反転端子に０．４５Ｖの基準
電圧を入力する。この比較器６３、６４の出力信号はＡ
ＮＤ回路６５に入力する。このＡＮＤ回路６５の出力信
号はタイマ６６に入力し、タイマ６６はＡＮＤ回路の出
力信号の立ち上がりでスタートし、その立ち下がりでス
トップする。タイマ６６の計測時間によりフロント酸素
センサ３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差ＤＴが
求められる。応答遅れ時間差ＤＴと劣化判定値との比較
により劣化判定部６７では触媒の劣化判断を行う。

【００１９】図４は図３の第１の構成例によりフロント
酸素センサ３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差Ｄ
Ｔが導出されるのを説明する信号波形図である。本図に
示すように、フロント酸素センサ３の出力波形Ａ７の周
期は、触媒１のストレージ効果のためリア酸素センサ５
の出力波形Ａ８のものよりも短い。エンジンの減速時に
フューエルカットがあったとすると、本図のＡ６のタイ
ミングで示すように、高い確率でフロント酸素センサ３
及びリア酸素センサ５の出力信号が基準電圧（０．４５
Ｖ）よりも大きい場合がある。このような場合、フロン
ト酸素センサ３及びリア酸素センサ５の出力波形はリー
ン状態（０Ｖ）に向かう。このとき各フロント酸素セン
サ３及びリア酸素センサ５の出力波形が基準電圧（０．
４５Ｖ）と交差する点をＡ９、Ａ１０とする。この交差
点Ａ９及びＡ１０間の時間差ＤＴがフロント酸素センサ
３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差となる。応答
遅れ時間差ＤＴが求められて、前述のように、これが触
媒の劣化判定値と比較される。

【００２０】したがって、市街地における定速走行が確
保されなくても、運転状態に依存せずに、エンジンの減
速時のフューエルカットに、正確な応答遅れ時間差が得
られるので、市街地走行時にも触媒劣化判定の精度が向
上できる。図５は図３の第１の構成例の変形を示す図で
ある。フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５の出
力信号をディジタル化して、触媒劣化判定装置６は、本
図に示すような処理をするようにしてもよい。

【００２１】ステップＳ１において、フューエルカット
信号の有無を判断する。ステップＳ２において、上記判
断でフューエルカット信号が有れば、フロント酸素セン
サ３の出力信号の電圧が０．４５Ｖよりも小さくなった
かを判断する。ステップＳ３において、上記判断が「Ｙ
ＥＳ」の場合にはフロント酸素センサ３の出力信号の電
圧が０．４５Ｖよりも小さくなった時にタイマをスター
トする。

【００２２】ステップＳ４において、リア酸素センサ５
の出力信号の電圧が０．４５Ｖよりも小さくなったかを
判断する。ステップＳ５において、上記判断が「ＹＥ
Ｓ」の場合にはリア酸素センサ５の出力信号の電圧が
０．４５Ｖよりも小さくなった時にタイマをストップす
る。このタイマにより計測された時間を応答遅れ時間差
ＤＴとする。

【００２３】ステップＳ６において、上記応答遅れ時間
差と劣化判定値とを比較し、触媒の劣化を判断する。以
上の例では、フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ
５の劣化度合いによって応答遅れ時間差ＤＴが変わるの
で、この場合には精度がよい触媒劣化判定を得ることは
困難となる。ところが、酸素センサには、劣化するにし
たがい応答が遅くなり、その出力波形の傾きが緩やかに
なるという特徴がある。この特徴を利用した解決手段を
以下に説明する。

【００２４】図６はフロント酸素センサ３及びリア酸素
センサ５の劣化を伴う場合に応答遅れ時間差ＤＴの算出
を説明する図である。図６に示すように、フロント酸素
センサ３の出力波形Ａ７と、リア酸素センサ５の出力波
形Ａ８が基準電圧（０．４５Ｖ）の線Ａ１５と交わる点
Ａ９、Ａ１０でその接線Ａ１１、Ａ１２を引く。その接
線Ａ１１、Ａ１２は酸素センサの上限近傍である出力
１．０Ｖの線Ａ１６と点Ａ１３、Ａ１で交わる。点Ａ１
３、Ａ１４の時間差ＤＴは応答遅れ時間差として触媒１
の劣化判定に使用される。このようにすることによっ
て、精度が改良されることを以下に説明する。

【００２５】図７は応答遅れ時間差ＤＴの精度の改良を
説明する図である。本図に示すように、例えば、フロン
ト酸素センサ３が劣化すると、その出力は実線Ａ２３か
ら破線Ａ２４へのようにだんだん応答が遅くなるように
変化する。このため、劣化前の実線Ａ２３と基準電圧の
線Ａ１５上の交点Ａ２５はフロント酸素センサ３の劣化
にしたがい破線Ａ２４との交点Ａ２６へと大きく変化す
る。しかし、点Ａ２５、Ａ２６の接線Ａ２７、Ａ２８が
出力１．０Ｖの線Ａ１６と交差する点Ａ２９、Ａ３１は
ほぼ同一となる。したがって、図６により得られた応答
遅れ時間差ＤＴはフロント酸素センサ３及びリア酸素セ
ンサ５の劣化の影響を受けにくく、触媒の劣化に対して
安定した判定が行えるようになる。以下に達成手段を詳
細に説明する。

【００２６】図８は図１の触媒劣化判定装置６の第２の
構成例を説明する図である。本図に示すように、触媒劣
化判定装置６は、フューエルカット信号が入力したと
き、一定時間だけ、フロント酸素センサ３及びリア酸素
センサ５の出力信号を通過させるゲート回路６１、６２
を具備する。さらに、ゲート回路６１の出力信号を非反
転端子、反転端子にそれぞれ入力する比較器７１、７２
は他方の反転端子、非反転端子にそれぞれ０．４Ｖ、
０．５Ｖを入力する。ゲート回路６２の出力信号を非反
転端子、反転端子にそれぞれ入力する比較器７３、７４
は他方の反転端子、非反転端子にそれぞれ０．４Ｖ、
０．５Ｖを入力する。ＡＮＤ回路７５は比較器７１及び
７２の出力を入力する。ＡＮＤ回路７６は比較器７３及
び７４の出力を入力する。ＡＮＤ回路７７は比較器７２
の出力及び比較器７４の反転出力を入力する。ＡＮＤ回
路７５、７６、７７に接続されるタイマ７８、７９、８
０はＡＮＤ回路７５、７６、７７の出力信号のそれぞれ
の立ち上がりでスタートし立ち下がりでストップして時
刻を計測する。タイマ７５、７６、７７の出力信号を入
力する応答遅れ時間差形成部８１は、タイマ７５、７
６、７７の出力信号を処理してフロント酸素センサ３及
びリア酸素センサ５の応答遅れ時間ＤＴを求める。この
結果により、前述と同様にして、劣化判断部６７では触
媒の劣化の判断が行われる。

【００２７】図９は図８の応答遅れ時間差形成部８１で
の処理内容を説明する図である。本図に示すように、フ
ロント酸素センサ３の出力波形Ａ７が０．４Ｖ及び０．
５Ｖの出力線Ａ１７、Ａ１８と交差する点Ａ２０、Ａ１
９が形成する線分は点Ａ９での接線と近似できる。同様
に、リア酸素センサ５の出力波形Ａ８が０．４Ｖ及び
０．５Ｖの出力線Ａ１７、Ａ１８と交差する点Ａ２２、
Ａ２１が形成する線分は点Ａ１０での接線と近似でき
る。これらの接線が１．０Ｖの出力線Ａ１６と交差する
点Ａ１３、Ａ１４が形成する線分がフロント酸素センサ
３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差ＤＴである。

【００２８】Ａ１９、Ａ２０の時刻をそれぞれＴＦ１、
ＴＦ２とすると、タイマ７８の出力はＴＦ２−ＴＦ１で
ある。Ａ２１、Ａ２２の時刻をそれぞれＴＲ１、ＴＲ２
とすると、タイマ７９の出力はＴＲ２−ＴＲ１である。
タイマ８０の出力はＴＲ１−ＴＦ１である。

【００２９】応答遅れ時間差形成部８１では、タイマ７
８、７９のデータを用いて、図９に示す点Ａ１９とＡ１
３の時間差ＤＤＴ１、点Ａ２１とＡ１４の時間差ＤＤＴ
２を、以下のように、算出する。ＤＤＴ１＝｛（ＴＦ２−ＴＦ１）／（０．５−０．４）｝ ×（１．０−０．５） …（４）ＤＤＴ２＝｛（ＴＲ２−ＴＲ１）／（０．５−０．４）｝ ×（１．０−０．５） …（５）タイマ８０のデータを用いて、応答遅れ時間差ＤＴ＝ＴＲ１−ＴＦ１＋ＤＤＴ１−ＤＤＴ２ …（６）となる。結局、検出するべき値はＴＦ１、ＴＦ２、ＴＲ
１、ＴＲ２の４つとなり、応答遅れ時間差ＤＴの算出は
非常に簡単に実現できるようになる。

【００３０】図１０は図８の第２の構成例の変形を示す
図である。フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５
の出力信号をディジタル化して、触媒劣化判定装置６
は、本図に示すような処理をするようにしてもよい。ス
テップＳ１１において、フューエルカット信号の有無を
判断する。ステップＳ１２において、上記判断がでフュ
ーエルカット信号が有れば、フロント酸素センサ３の出
力信号の電圧が０．５Ｖよりも小さくなったかを判断す
る。

【００３１】ステップＳ１３において、上記判断が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、フロント酸素センサ３の出力信号の
電圧が０．５Ｖよりも小さくなった時に、第１タイマ及
び第２タイマをスタートする。ステップＳ１４におい
て、フロント酸素センサ３の出力信号の電圧が０．４Ｖ
よりも小さくなったかを判断する。

【００３２】ステップＳ１５において、上記判断が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、フロント酸素センサ３の出力信号の
電圧が０．４Ｖよりも小さくなった時に、第１タイマを
ストップする。第１タイマの計測時間からＤＤＴ１を求
める。ステップＳ１６において、リア酸素センサ５の出
力信号の電圧が０．５Ｖよりも小さくなったかを判断す
る。

【００３３】ステップＳ１７において、上記判断が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、リア酸素センサ５の出力信号の電圧
が０．５Ｖよりも小さくなった時に、第２タイマをスト
ップし、第３タイマをスタートする。第２タイマの計測
時間をＴＲ１−ＴＦ１とする。ステップＳ１８におい
て、リア酸素センサ５の出力信号の電圧が０．４Ｖより
も小さくなったかを判断する。

【００３４】ステップＳ１９において、上記判断が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、リア酸素センサ５の出力信号の電圧
が０．４Ｖよりも小さくなった時には、第３タイマをス
トップする。第３タイマの計測時間からＤＤＴ２を求め
る。ステップＳ２０において、ステップＳ１５、１７、
１９で得られた計測時間により、上記式（６）を基に、
応答遅れ時間差ＤＴを求める。

【００３５】ステップＳ２１において、この応答遅れ時
間差ＤＴより触媒の劣化を判断する。次に、上記応答遅
れ時間差ＤＴを判定値とした触媒の劣化判定法がいかに
優れているかを示すため、次のような実験を行った。図
１１本実施例に係る触媒劣化判定の精度を確認するため
の実験体系を示す図である。本図に示すように、排気管
３２に取り付けられたフロント酸素センサ３及びリア酸
素センサ５と触媒１の位置関係は、エンジン３０からフ
ロント酸素センサ３までの距離Ａ３３が１０００ｍｍで
ある。フロント酸素センサ３から容量１７００ｃｃ、長
さ３２０ｍｍの触媒１までの距離Ａ３４が７５ｍｍであ
り、さらに触媒１からリア酸素センサ５までの距離Ａ３
５が１２５ｍｍである。エンジン３０の回転数を２００
０ｒｐｍ、吸気圧を−２００ｍｍＨｇと一定に保ち、そ
こでスロットルを全閉にしフューエルカットさせ、その
ときの応答遅れ時間差ＤＴの値を調べる。触媒１を新
品、劣化品、触媒担持無し品の３つを用意する。ここ
に、触媒担持無し品は劣化品よりも劣化が進んだもので
ある。

【００３６】図１２、図１３は図２の第１の構成例、図
８の第２の構成例において、新品、劣化品、触媒担持無
し品に対しフロント酸素センサ３、リア酸素センサ５を
組み合わせた場合に得られる応答遅れ時間差を示す図で
ある。図１２及び図１３の応答遅れ時間差を比較してわ
かるように、図１３による第２の構成例では酸素センサ
の劣化の影響をあまり受けずに安定した応答遅れ時間差
値になっていることがわかる。

【００３７】また、以上の説明ではフューエルカット時
に応答遅れ時間差を求めているが、走行中スロットルを
急激に戻せば、フューエルカット時でなくても上記と同
様な結果が得られる。図１４は酸素センサの特性を示す
図である。本図に示すように、酸素センサは理論空燃比
（Ａ／Ｆ）近傍で急激に出力が変化するので、排ガスの
酸素濃度を少し増やすだけで、酸素センサ出力Ｂ１はリ
ーン状態Ｂ２への応答を示す。したがって、１気筒だけ
減速時などにフューエルカットするだけで、全気筒フュ
ーエルカット時のような酸素センサの出力波形が得られ
る。

【００３８】上記実施例では、フューエルカット時の酸
素センサの応答性を利用するが、ＡＴ(Automatic Trans
mission)車においてはフューエルカットのタイミングが
少なくなることが問題になる。そこで、上記問題を解決
するためにフューエルカット時のような環境を酸素セン
サに強制的に与える実施例を以下に説明する。図１５は
本発明の別の実施例であって、強制的に排ガス中の酸素
濃度を変えてフューエルカット時の酸素センサの出力を
再現する例を示す図である。本図に示すように、排気管
３２の中へエアポンプ３６を使って空気を流し込むこと
でフューエルカット時の酸素センサの出力を再現するこ
とが可能である。バルブ３７の開閉で任意に酸素センサ
の出力をリーン状態にできるので、フロント酸素センサ
３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差を求めること
ができる。

【００３９】減速時などの上記実施例は酸素センサのリ
ーン応答を利用したものであるが、加速時などの燃料噴
射量増量に伴う酸素センサのリッチ応答を利用しても、
触媒の劣化判定は、以下のように、可能である。図１６
は本発明の他の実施例であって、加速時などの燃料噴射
量増量に伴う酸素センサのリッチ応答を利用して応答遅
れ時間差を求める例を示す図である。本図に示すよう
に、加速時のフロント酸素センサ３及びリア酸素センサ
５の出力波形Ａ７及びＡ８において図４とは逆方向から
の基準電圧との交差点Ａ９及びＡ１０から応答遅れ時間
ＤＴを求めるようにしてもよい。さらに、フロント酸素
センサ３及びリア酸素センサ５の交差点での接線を図５
とは反対側に引き、フロント酸素センサ３及びリア酸素
センサ５の下限である出力０Ｖ近傍当たりでの時間差Ｄ
Ｔをフロント酸素センサ及びリア酸素センサ５の劣化時
の応答遅れ時間差として触媒の劣化判定に使用する。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ロント酸素センサ及びリア酸素センサの出力の応答遅れ
時間差を、酸素ストレージ容量を介さずに求め、触媒の
劣化判定に使用するので、演算処理が軽減される。フュ
ーエルカット時のフロント酸素センサ及びリア酸素セン
サの応答遅れ時間差を求めるので、運転状態に依存せず
に、応答遅れ時間差が得られ、このため、精度よく応答
遅れ時間差を検出できるようになった。触媒の入口側の
排気管に空気を流し込んで得られたフロント酸素センサ
及びリア酸素センサの応答遅れ時間差が得られ、ＡＴ車
に対応して、再度よく応答遅れ時間差を検出できるよう
になった。フロント酸素センサ及びリア酸素センサの出
力波形の基準電圧での接線と前記出力波形の上限値又は
下限値の近傍の電圧値と交点の時間差を前記応答遅れ時
間差とするので、酸素センサが劣化しても、精度よく応
答遅れ時間差を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る触媒劣化判定装置を説明
する図である。

【図２】応答遅れ時間差の偏差と浄化率との関係を示す
図である。

【図３】図１の触媒劣化判定装置６の第１の構成例を示
す図である。

【図４】図３の第１の構成例によりフロント酸素センサ
３及びリア酸素センサ５の応答遅れ時間差ＤＴが導出さ
れるのを説明する信号波形図である。

【図５】図３の第１の構成例の変形を示す図である。

【図６】フロント酸素センサ３及びリア酸素センサ５の
劣化を伴う場合に応答遅れ時間差ＤＴの算出を説明する
図である。

【図７】応答遅れ時間差ＤＴの精度の改良を説明する図
である。

【図８】図１の触媒劣化判定装置６の第２の構成例を示
す図である。

【図９】図８の応答遅れ時間差形成部８１での処理内容
を説明する図である。

【図１０】図８の第２の構成例の変形を示す図である。

【図１１】本実施例に係る触媒劣化判定の精度を確認す
るための実験体系を示す図である。

【図１２】図２の第１の構成例において、新品、劣化
品、触媒担持無し品に対しフロント酸素センサ３、リア
酸素センサ５を組み合わせた場合に得られる応答遅れ時
間差を示す図である。

【図１３】図８の第２の構成例において、新品、劣化
品、触媒担持無し品に対しフロント酸素センサ３、リア
酸素センサ５を組み合わせた場合に得られる応答遅れ時
間差を示す図である。

【図１４】酸素センサの特性を示す図である。

【図１５】本発明の別の実施例であって強制的に排ガス
中の酸素濃度を変えてフューエルカット時の酸素センサ
の出力を再現する例を示す図である。

【図１６】本発明の他の実施例であって、加速時などの
燃料噴射量増量に伴う酸素センサのリッチ応答を利用し
て応答遅れ時間差を求める例を示す図である。

【符号の説明】

１…触媒２…触媒入口側の排気管３…フロント酸素センサ４…触媒出口側の排気管５…リア酸素センサ６…触媒劣化判定装置３０…エンジン３２…排気管３６…エアポンプ３７…バルブ

フロントページの続き (72)発明者渡辺聖彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者川辺泰之愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者加藤憲徳愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者臼井博和愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気管に配設された触媒の入
口側、出口側の各位置に取り付けられるフロント酸素セ
ンサ及びリア酸素センサを備え、前記エンジンのフューエルカットが行われた場合に、フ
ロント酸素センサ及びリア酸素センサの各出力信号の振
幅のほぼ半分の電圧値を共通の基準値として、フロント
酸素センサの出力が前記基準値よりも小さくなってから
リア酸素センサの出力が前記基準値よりも小さくなるま
での時間である応答遅れ時間差を求め、該応答遅れ時間
差と劣化判定値とを比較して触媒劣化を判定する触媒劣
化判定装置。
【請求項２】前記フューエルカット時に代わり、前記
触媒の入口側の排気管に空気を強制的に流し込ませた時
に、前記応答遅れ時間差を求める、請求項１に記載の触
媒劣化判定装置。
【請求項３】前記フューエルカット時に代わり、少な
くとも加速時に燃料噴射量を増量してフロント酸素セン
サ及びリア酸素センサの応答遅れ時間差を求める、請求
項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項４】前記フロント酸素センサ及びリア酸素セ
ンサの振幅の上限近傍又は下限近傍に上限電圧値又は下
限電圧値を予めそれぞれ設定し、フロント酸素センサ及
びリア酸素センサの出力が前記基準値と交差する位置の
各接線を求め、該各接線が前記上限電圧値又は下限電圧
値と交差するそれぞれの位置間の時間差を応答遅れ時間
差とする、請求項１、２又は３のいずれかに記載の触媒
劣化判定装置。