JPH08284648A - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒下流側Ｏ₂ センサにより触媒の低温活性
の低下を検出し、それに基づいて触媒の劣化を診断する
触媒劣化診断装置を提供する。 【構成】 触媒３８が劣化すると、その低温活性（活性
化温度）が低下する。そうなると、触媒出ガス温度の立
ち上がりが遅くなり、その結果、触媒より下流側にある
Ｏ₂ センサ４６の暖機も遅くなり、最終的にはＯ₂ セン
サ４６の出力の活性化（立ち上がり）が遅延することと
なる。そのような触媒下流側Ｏ₂ センサ４６の活性化期
間が計測され、その計測値が所定の基準値よりも大きい
ときに触媒が劣化したと判定される。また、Ｏ₂ センサ
４６の暖機に影響を及ぼす因子をさらに考慮して、運転
状態の変化にかかわらず、より正確な触媒劣化診断を可
能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスを浄化すべく
内燃機関（エンジン）の排気通路に設けられた触媒の劣
化度合いを診断する装置（触媒劣化診断装置）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用エンジンにおいて
は、排気ガス浄化対策として、排気ガス中の未燃成分
（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x ）の還元と
を同時に促進する三元触媒が利用されている。そのよう
な三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、エ
ンジンの燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比
近傍に制御する必要がある。そのため、エンジンにおけ
る燃料噴射制御においては、排気ガス中の残留酸素濃度
により空燃比を検出するＯ₂ センサ（酸素濃度センサ）
等の空燃比センサを設け、そのセンサ出力に基づいて燃
料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われてい
る。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御では、酸
素濃度を検出するＯ₂ センサをできるだけ燃焼室に近い
箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けている
が、近年においては、そのＯ₂ センサの出力特性のばら
つきを補償するために、触媒コンバータより下流側に第
２のＯ₂ センサを更に設けたダブルＯ₂ センサシステム
も実現されている。すなわち、触媒下流側では、排気ガ
スは十分に攪拌されており、その酸素濃度も三元触媒の
作用によりほぼ平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂
センサの出力は、上流側Ｏ₂ センサよりも緩やかに変化
し、従って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダ
ブルＯ₂ センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂ センサによ
るメイン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側
Ｏ₂ センサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施
するものであり、メイン空燃比フィードバック制御によ
る空燃比補正係数を、下流側Ｏ₂ センサの出力に基づい
て修正することにより、上流側Ｏ₂ センサの出力特性の
ばらつきを吸収し、空燃比制御精度の向上を図ってい
る。

【０００４】以上のような精密な空燃比制御を実施して
も、排気ガスの熱や鉛等の被毒の作用により触媒が劣化
してくると、十分な排気ガス浄化性能を得ることはでき
ない。そこで、従来より、種々の触媒劣化診断装置が提
案されている。第１の従来例に係る装置は、触媒下流側
Ｏ₂ センサによって暖機後のＯ₂ ストレージ効果（過剰
の酸素を保持し未燃焼排気物の浄化に利用する機能）の
低下を検出することにより、触媒の劣化を診断するもの
である。すなわち、触媒の劣化は暖機後の浄化性能の低
下に結果するが、この装置は、Ｏ₂ ストレージ効果の低
下を浄化性能の低下と推定し、下流側Ｏ₂ センサの出力
信号を使用して、フィードバック周波数、軌跡比等を求
め、Ｏ₂ ストレージ効果の低下を検出し、触媒の劣化を
診断するのである（例えば、特開平5-263686号公報参
照）。

【０００５】また、第２の従来例に係る触媒劣化診断装
置は、温度センサによって触媒温度を検出し、その触媒
温度を判定基準値と比較して触媒の劣化を診断するもの
である。すなわち、触媒の劣化は低温活性の低下に結果
するが、この装置は、運転状態により定まる所定の値よ
りも触媒温度が低下したときに、触媒劣化と診断するの
である（例えば、特開平 2-27109号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術に係る触媒劣化診断装置は、必ずしも正確な診
断を保証するものではない。まず、前記した第１の従来
例に係る装置では、Ｏ₂ストレージ効果の低下をもって
浄化性能の低下と推定しているが、触媒のＯ₂ ストレー
ジ量と浄化性能とは、１対１に対応しない場合が存在す
るのである。すなわち、鉛、オイル等による触媒被毒に
よりＯ₂ ストレージ量がたとえ大きくても浄化性能が悪
い場合や、その逆に、Ｏ₂ ストレージ量は小さいが浄化
性能は低下していない（エミッションが悪化していな
い）場合もあり、Ｏ₂ ストレージ効果だけでは、触媒の
劣化を一義的に診断することはできない。

【０００７】また、前記した第２の従来例に係る触媒劣
化診断装置においては、温度センサによって触媒温度又
は触媒出ガス温度が測定されるが、その取付位置によっ
ては、触媒又は触媒出ガスの部分的な温度が測定される
こととなり、正確な診断が行われない可能性がある。ま
た、排気系では、場合によっては８００°Ｃ程度の高温
となるため、高温状態でも耐えうる信頼性が温度センサ
に要求されるが、このような信頼性を確保した上で、な
おかつ、低温側でも精度が良いというような温度センサ
は、現在、開発されていない状況にある。さらに、コス
ト上の不利益が存在することは言うまでもない。

【０００８】以上の説明からわかるように、触媒の劣化
は、低温活性の低下と暖機後の浄化性能の低下とに表れ
る。従来、触媒下流側Ｏ₂ センサは、暖機後の浄化性能
低下を検出すべくＯ₂ ストレージ効果の低下を検出する
ために利用されていたが、その触媒下流側Ｏ₂ センサに
より、低温活性の低下をも検出することができれば、暖
機後のＯ₂ ストレージ効果の低下に基づく従来の診断と
組み合わされて、コストの上昇を招くことなく、より正
確な診断が可能となろう。

【０００９】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、触媒
下流側Ｏ₂ センサにより低温活性の低下を検出し、それ
に基づいて触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置を提
供することにより、暖機後のＯ₂ ストレージ効果の低下
に基づく従来の診断装置と組み合わせてより正確に触媒
の劣化を診断することができるようにし、もって内燃機
関の排出ガス浄化性能の向上を図り、ひいては大気汚染
防止に寄与することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、触媒の低温活
性の低下は触媒下流側Ｏ₂ センサの立ち上がりの遅延に
基づいて検出することができる、という基本的着想に基
づき、以下に記載されるような技術構成を採用すること
により、上記目的を達成するものである。

【００１１】すなわち、本願第１の発明に係る、内燃機
関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気ガスを浄化す
る触媒より下流側の排気通路に設けられた下流側空燃比
センサと、該内燃機関の冷間始動時から前記下流側空燃
比センサが活性化するまでの期間を計測する期間計測手
段と、前記期間計測手段によって計測された期間が所定
の基準値よりも大きいときに該触媒が劣化したと判定す
る劣化判定手段と、を具備する。

【００１２】また、本願第２の発明に係る、内燃機関の
触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気ガスを浄化する触
媒より下流側の排気通路に設けられた下流側空燃比セン
サと、該内燃機関の冷間始動時より、前記下流側空燃比
センサの暖機に影響を及ぼす１又は２以上の因子に応じ
たカウントアップ値を所定の周期で積算していき、前記
下流側空燃比センサが活性化した時点における積算値を
求める暖機因子積算手段と、前記暖機因子積算手段によ
って求められた積算値が所定の基準値よりも大きいとき
に該触媒が劣化したと判定する劣化判定手段と、を具備
する。

【００１３】

【作用】触媒が劣化すると、その低温活性が低下する。
そうなると、触媒出ガス温度の立ち上がりが遅くなり、
その結果、触媒より下流側にある空燃比センサの暖機も
遅くなり、最終的には触媒下流側空燃比センサの出力の
活性化（立ち上がり）が遅延することとなる。上述の如
く構成された、第１の発明に係る触媒劣化診断装置にお
いては、そのような下流側空燃比センサの活性化期間が
計測され、その計測値が所定の基準値よりも大きいとき
に触媒が劣化したと判定される。

【００１４】また、第２の発明に係る触媒劣化診断装置
においては、下流側空燃比センサの暖機に影響を及ぼす
因子がさらに考慮されているため、運転状態の変化にか
かわらず、より正確な触媒劣化診断がなされることとな
る。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例に係る触媒劣化
診断装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。エンジン２０の燃焼に必要な空気は、エアクリーナ
２でろ過され、スロットルボデー４を通ってサージタン
ク（インテークマニホルド）６で各気筒の吸気管７に分
配される。なお、その吸入空気流量は、スロットルボデ
ー４に設けられたスロットル弁５により調節されるとと
もに、エアフローメータ４０により計測される。また、
吸入空気温度は、吸気温センサ４３により検出される。
さらに、吸気管圧力は、バキュームセンサ４１によって
検出される。

【００１７】また、スロットル弁５の開度は、スロット
ル開度センサ４２により検出される。また、スロットル
弁５が全閉状態のときには、アイドルスイッチ５２がオ
ンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクテ
ィブとなる。また、スロットル弁５をバイパスするアイ
ドルアジャスト通路８には、アイドル時の空気流量を調
節するためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）６６
が設けられている。

【００１８】一方、燃料タンク１０に貯蔵された燃料
は、燃料ポンプ１１によりくみ上げられ、燃料配管１２
を経て燃料噴射弁６０により吸気管７に噴射される。

【００１９】吸気管７では、空気と燃料とが混合され、
その混合気は、吸気弁２４を介してエンジン本体すなわ
ち気筒（シリンダ）２０の燃焼室２１に吸入される。燃
焼室２１において、混合気は、ピストンにより圧縮され
た後、点火されて爆発・燃焼し、動力を発生する。その
ような点火は、点火信号を受けたイグナイタ６２が、点
火コイル６３の１次電流の通電及び遮断を制御し、その
２次電流が、点火ディストリビュータ６４を介してスパ
ークプラグ６５に供給されることによりなされる。

【００２０】なお、点火ディストリビュータ６４には、
その軸が例えばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°
ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる基準位置
検出センサ５０、及び３０°ＣＡごとに位置検出用パル
スを発生させるクランク角センサ５１が設けられてい
る。なお、実際の車速は、車速を表す出力パルスを発生
させる車速センサ５３によって検出される。また、エン
ジン２０は、冷却水通路２２に導かれた冷却水により冷
却され、その冷却水温度は、水温センサ４４によって検
出される。

【００２１】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁
２６を介して排気マニホルド３０に放出され、次いで排
気管３４に導かれる。なお、排気管３４には、排気ガス
中の酸素濃度を検出する第１のＯ₂ センサ（触媒上流側
Ｏ₂ センサ）４５が設けられている。さらにそれより下
流の排気系には、触媒コンバータ３８が設けられてお
り、その触媒コンバータ３８には、排気ガス中の未燃成
分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x ）の還元
とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうし
て触媒コンバータ３８において浄化された排気ガスが大
気中に排出される。

【００２２】また、このエンジンは、いわゆるダブルＯ
₂ センサシステムとして空燃比フィードバック制御を実
施するエンジンであり、触媒コンバータ３８より下流の
排気系には、第２のＯ₂ センサ（触媒下流側Ｏ₂ セン
サ）４６が設けられている。

【００２３】エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣ
Ｕ）７０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回
転速度制御などを実行するマイクロコンピュータシステ
ムであり、そのハードウェア構成は、図２のブロック図
に示される。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）７３に格納
されたプログラム及び各種のマップに従って、中央処理
装置（ＣＰＵ）７１は、各種センサ及びスイッチからの
信号をＡ／Ｄ変換回路７５又は入力インタフェース回路
７６を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理
を実行し、その演算結果に基づき駆動制御回路７７ａ〜
７７ｃを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力す
る。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７４は、その演
算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所とし
て使用される。また、バックアップＲＡＭ７９は、バッ
テリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の供
給を受け、イグニションスイッチがオフの状態において
も保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を格
納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の各
構成要素は、アドレスバス、データバス、及びコントロ
ールバスからなるシステムバス７２によって接続されて
いる。

【００２４】以上のようなハードウェア構成を有する内
燃機関（エンジン）において実行されるＥＣＵ７０のエ
ンジン制御処理について、以下、説明する。燃料噴射制
御は、基本的には、エアフローメータ４０により計測さ
れる吸入空気流量とクランク角センサ５１から得られる
エンジン回転速度とから算出されるエンジン１回転当た
りの吸入空気量に基づいて、所定の空燃比を達成する燃
料噴射量すなわち燃料噴射弁６０による噴射時間を演算
し、所定のクランク角に達した時点で燃料を噴射すべ
く、駆動制御回路７７ａを介して燃料噴射弁６０を制御
するものである。なお、エンジン１回転当たりの吸入空
気量は、バキュームセンサ４１から得られる吸気管圧力
とエンジン回転速度とによって推定してもよい。そし
て、かかる燃料噴射量演算の際には、スロットル開度セ
ンサ４２、吸気温センサ４３、水温センサ４４等の各セ
ンサからの信号に基づく基本的な補正、Ｏ₂ センサ４
５，４６からの信号に基づく空燃比フィードバック補
正、及びそのフィードバック補正値の中央値が理論空燃
比となるようにする空燃比学習補正、等を加える。

【００２５】また、点火時期制御は、クランク角センサ
５１から得られるエンジン回転速度及びその他のセンサ
からの信号により、エンジンの状態を総合的に判定し、
最適な点火時期を決定し、駆動制御回路７７ｂを介して
イグナイタ６２に点火信号を送るものである。

【００２６】また、アイドル回転速度制御は、アイドル
スイッチ５２からのスロットル全閉信号及び車速センサ
５３からの車速信号によってアイドル状態を検出すると
ともに、水温センサ４４からのエンジン冷却水温度等に
よって決められる目標回転速度と実際のエンジン回転速
度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となるよう
に制御量を決定し、駆動制御回路７７ｃを介してＩＳＣ
Ｖ６６を制御して空気量を調節することにより、最適な
アイドル回転速度を維持するものである。

【００２７】以下、本発明に係る触媒劣化診断について
詳細に説明する。まず、第１の発明に係る第１実施例に
ついて説明する。第１の発明は、前述のように、触媒が
劣化すると、最終的に触媒下流側空燃比センサの出力の
活性化（立ち上がり）が遅延するため、内燃機関の冷間
始動時から下流側空燃比センサが活性化するまでの期間
を計測し、その計測された期間が所定の基準値よりも大
きいときに触媒が劣化したと判定するものである。

【００２８】具体的には、まず、図３に示される診断条
件判定ルーチンが所定の周期で実行されるように構成さ
れている。このルーチンにおいては、最初、別途実行さ
れている所定の自己故障診断ルーチンにて、触媒下流側
Ｏ₂ センサ４６に関して過去に異常が検出されたことを
示す故障コードが、バックアップＲＡＭ７９に残されて
いるか否かを判定する（ステップ１０２）。そのような
故障コードが残されているときには、本ルーチンを終了
する。

【００２９】触媒下流側Ｏ₂ センサ４６に関してそのよ
うな異常がなければ、次に、後述する診断完了フラグが
既に１にセットされているか否かを判定する（ステップ
１０４）。この診断完了フラグは、イグニションスイッ
チ（図示せず）がオンとされ、それに伴いＥＣＵ７０が
パワーオンされた時点で実行される所定の初期化ルーチ
ンにて０にリセットされている。診断完了フラグが既に
１にセットされているときには、本ルーチンを終了す
る。

【００３０】診断完了フラグが０のときには、所定の診
断開始フラグが既に１にセットされているか否かを判定
する（ステップ１０６）。この診断開始フラグも、前述
の診断完了フラグと同様に、初期化ルーチンで当初０に
リセットされている。既に診断開始フラグが１にセット
されているときには、本ルーチンを終了する。

【００３１】診断開始フラグが０のときには、吸気温セ
ンサ４３からの出力信号に基づいて、現在の吸気温ＴＨ
Ａが、冷間始動時と認められる所定の範囲（ａ≦ＴＨＡ
≦ｂ）に入っているか否かをチェックする（ステップ１
０８）。このようなチェックをするのは、誤診断を生ず
るおそれのある極低温領域（ＴＨＡ＜ａ）や、燃料噴射
量の冷間時増量が少ない高温領域（ｂ＜ＴＨＡ）におけ
るエンジン始動の場合に、触媒劣化診断の実行を抑止す
る必要があるためである。吸気温ＴＨＡが当該所定範囲
にないときには、本ルーチンを終了する。

【００３２】吸気温が前記した所定範囲に入っていると
きには、さらに、水温センサ４４からの出力信号に基づ
いて、現在のエンジン冷却水温ＴＨＷが、冷間始動時と
認められる所定の範囲（ｃ≦ＴＨＷ≦ｄ）に入っている
か否かをチェックする（ステップ１１０）。このチェッ
クの趣旨も、前記した吸気温ＴＨＡのチェックの趣旨と
同一である。水温ＴＨＷが当該所定範囲にないときに
は、本ルーチンを終了する。

【００３３】水温ＴＨＷも当該所定範囲にあれば、診断
開始フラグを１にセットする（ステップ１１２）。こう
することにより、ステップ１０８以降の処理は、各トリ
ップ（イグニションスイッチがオンされてからオフされ
るまでの１回の走行）において１回のみ実行されること
となる（ただし、高温始動時を除く）。次いで、現在の
水温ＴＨＷに基づいて、図４に示されるマップを検索す
ることにより、所定の判定基準値ＴＲを求める（ステッ
プ１１４）。なお、この判定基準値ＴＲは、始動時水温
ＴＨＷがある値にあるときに、触媒が劣化していなけれ
ば、触媒下流側Ｏ₂ センサ４６が当然に活性化するであ
ろう所要時間を表している。その内容は、実験等により
決定されたものであり、予めＲＯＭ７３に格納されてい
る。また、水温ＴＨＷに吸気温ＴＨＡを加えた２次元マ
ップとしてもよい。このような診断条件判定ルーチンに
より求められた判定基準値ＴＲは、次に説明される触媒
劣化診断ルーチンで使用される。

【００３４】図５は、第１実施例に係る触媒劣化診断ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。このル
ーチンでは、まず、診断完了フラグが既に１にセットさ
れているか否かを判定し（ステップ２０２）、診断完了
フラグが１のときには本ルーチンを終了する。一方、診
断完了フラグが未だ０のときには、前記した診断開始フ
ラグが１にセットされているか否かを判定する（ステッ
プ２０４）。診断開始フラグが０のときには、本ルーチ
ンを終了する。

【００３５】一方、診断開始フラグが１となっていると
きには、燃料噴射制御において現在、冷間増量を実行中
であるか否かを判定する（ステップ２０６）。一般に、
低温始動直後においては、燃料の気化が悪くて、吸気系
の壁面に付着する燃料の量が多く、燃焼に寄与する混合
気がリーン傾向となる。この冷間増量は、それを防止す
るために燃料噴射量を増量するものである。冷間増量実
行中でなければ、本ルーチンを終了する。

【００３６】ステップ２０６にて冷間増量実行中と判定
されたときには、所定の活性化期間カウンタＴＵＰの値
を１だけインクリメントする（ステップ２１０）。な
お、このカウンタＴＵＰの値は、パワーオン時に実行さ
れる初期化ルーチンにて０にクリアされている。次い
で、触媒下流側Ｏ₂ センサ４６の出力電圧ＶＳＯとリッ
チ／リーンの判定しきい値ＶＲ（例えば４．５Ｖ）とを
比較することにより、当該センサがリッチ（ＶＳＯ≧Ｖ
Ｒ）を示しているかリーンを示しているか（ＶＳＯ＜Ｖ
Ｒ）、すなわち当該センサが活性化したか否かを判定す
る（ステップ２１２）。ＶＳＯ＜ＶＲのとき、すなわち
触媒下流側Ｏ₂ センサ４６が未だ活性化していないとき
には、本ルーチンを終了する。

【００３７】このようにしてＯ₂ センサの活性化を判断
することができる理由について説明する。Ｏ₂ センサ
は、素子温が低い（約４００°Ｃ以下）と、不活性状
態、すなわち内部抵抗が大きいために酸素濃度に応じた
充分な起電力を発生させることができない状態にある。
つまり、この状態では、空燃比がたとえリッチであって
も、Ｏ₂ センサは約１Ｖの出力電圧を発生させることが
できず、ＶＳＯ＜ＶＲとなり、リーンと判定される。冷
間増量実行中においては、空燃比がリッチとなっている
ため、実際にＶＳＯ≧ＶＲすなわちリッチと判定されれ
ば、Ｏ₂ センサが活性化したと判断することができるこ
ととなる。

【００３８】一方、ＶＳＯ≧ＶＲのとき、すなわち触媒
下流側Ｏ₂ センサ４６が活性化していると判定されたと
きには、前述の診断条件判定ルーチンにより既に求めら
れている判定基準値ＴＲとその時点におけるカウンタＴ
ＵＰの値とを比較する（ステップ２１４）。そして、Ｔ
ＵＰ≧ＴＲのときには、触媒下流側Ｏ₂ センサ４６の活
性化に要する時間が異常にかかりすぎているため、触媒
が劣化したと判断して、所定の触媒異常フラグを１にセ
ットし（ステップ２１６）、バックアップＲＡＭ７９に
格納する。この触媒異常フラグが１にセットされたこと
は、別途実行される所定の処理にて認識され、適当な手
段によりユーザに報知されることとなる。一方、ＴＵＰ
＜ＴＲのときには、触媒下流側Ｏ₂ センサ４６が正常に
活性化しているため、触媒は劣化していないと判断し
て、触媒異常フラグを０とする（ステップ２１８）。

【００３９】ステップ２１６又は２１８の後に実行され
るステップ２２０では、前記した診断完了フラグを１に
セットする。これにより、ステップ１０４（図３の診断
条件判定ルーチン）又はステップ２０２に示されるよう
に、次のトリップまで触媒劣化診断は抑止されることと
なる。こうして、今回のトリップにおける触媒劣化診断
が終了する。

【００４０】次に、第２の発明に係る第２実施例につい
て説明する。第１実施例がセンサ活性化時間のみを考慮
したのに対し、この第２実施例は、触媒下流側Ｏ₂ セン
サ４６の暖機に影響を及ぼす因子をさらに考慮すること
により、運転状態の変化に影響されない、より正確な触
媒劣化診断を実行しようとするものである。

【００４１】図６は、第２実施例に係る診断条件判定ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。ステッ
プ３０２〜３１２は、第１実施例に係る診断条件判定ル
ーチンのステップ１０２〜１１２（図３）と同一である
ため、その説明は省略する。そして、最後のステップ３
１４では、現在の水温ＴＨＷに基づいて、図７に示され
るマップを検索することにより、所定の判定基準値ＦＲ
を求める。この判定基準値ＦＲは、水温ＴＨＷがある値
にあるときの始動時から、センサの暖機に影響を及ぼす
因子を積算していったときに、センサが活性化した時点
において触媒が劣化していなければ当然にその積算値が
それ未満になるであろうという値を表している。かかる
因子として、この実施例では、吸入空気量Ｑ、吸気温Ｔ
ＨＡ、及び車速ＳＰＤを採用する。そのマップの内容
は、実験等により決定されたものであり、予めＲＯＭ７
３に格納されている。

【００４２】図８は、第２実施例に係る触媒劣化診断ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。ステッ
プ４０２〜４０６は、第１実施例のステップ２０２〜２
０６と同一である。ステップ４０６にて冷間増量中と判
定されたときには、所定の暖機因子積算カウンタＦＵＰ
のカウントアップ量を求めるために、センサの暖機に影
響を及ぼす因子、すなわち吸入空気量Ｑ、吸気温ＴＨ
Ａ、及び車速ＳＰＤに基づいて、図９、図１０、及び図
１１に示されるマップを検索して、基本カウントアップ
量ＦＢ、吸気温補正係数ＫＡ、及び車速補正係数ＫＳを
それぞれ求める（ステップ４０８）。

【００４３】図９に示されるように、吸入空気量Ｑが増
大するにつれて基本カウントアップ量ＦＢも増大するの
は、吸入空気量が多いほど、排気ガス量も多く、Ｏ₂ セ
ンサが早く暖機せしめられるためである。なお、この基
本カウントアップ量ＦＢの値は、車両重量、触媒位置、
触媒サイズ、変速機構等によって異なるため、試験によ
って求められる。また、図１０に示されるように、吸気
温ＴＨＡが高くなるにつれて吸気温補正係数ＫＡを増大
させ、従って、基本カウントアップ量ＦＢを増大させる
方向に補正する必要があるのは、吸気温ＴＨＡが高い
程、排気温も高くなり、Ｏ₂ センサの暖機が促進される
からである。また、図１１に示されるように、車速ＳＰ
Ｄが大きくなるにつれて車速補正係数ＫＳを減少させ、
従って、基本カウントアップ量ＦＢを減少させる方向に
補正する必要があるのは、車速ＳＰＤが大きい程、走行
風によってＯ₂ センサが冷却され、その暖機が遅れるた
めである。なお、これらのマップは、予めＲＯＭ７３に
格納されている。

【００４４】次いで、このようにして求められた基本カ
ウントアップ量ＦＢ、吸気温補正係数ＫＡ、及び車速補
正係数ＫＳにより、次式に示されるように、暖機因子積
算カウンタＦＵＰをカウントアップする（ステップ４１
０）。 ＦＵＰ←ＦＵＰ＋ＦＢ＊ＫＡ＊ＫＳ なお、このカウンタＦＵＰの値は、パワーオン時に実行
される初期化ルーチンにて０に初期化されている。その
後のステップ４１２〜４２０の内、第１実施例のステッ
プ２１２〜２２０（図５）と相違するのは、ステップ４
１４のみである。すなわち、ステップ４１４では、暖機
因子積算カウンタＦＵＰの値を、前述の診断条件判定ル
ーチンで求められている判定基準値ＦＲと比較して、触
媒劣化を判定する。このように、第２実施例によれば、
触媒下流側Ｏ₂ センサ４６の暖機に影響を及ぼす因子が
考慮されているため、運転状態の変化にかかわらず、よ
り正確な触媒劣化診断がなされることとなる。

【００４５】最後に、Ｏ₂ センサがヒータ付のものであ
る場合において本発明を適用するときのヒータ制御方法
について説明する。すなわち、触媒下流側においては、
排気温度が低くなるため、下流側Ｏ₂ センサの素子温を
活性状態に保つべく（特にアイドル運転時や軽負荷
時）、下流側Ｏ₂ センサにヒータを設け、運転状態に応
じてヒータに供給する電力を制御し、Ｏ₂ センサ素子温
を一定に保持する場合がある。

【００４６】この場合、冷間始動時においては、Ｏ₂ セ
ンサ素子温が低いため、ヒータに大きな電力を供給し、
Ｏ₂ センサの暖機が速められるよう制御される。ところ
が、本発明では、下流側Ｏ₂ センサの活性化までの期間
に基づいて触媒の劣化を診断する。そのため、かかる場
合において本発明を適用するときには、劣化診断時にヒ
ータ付Ｏ₂ センサのヒータへの電力供給を停止し、触媒
出ガス温度のみによって下流側Ｏ₂ センサを暖機せし
め、劣化診断完了後にヒータへの電力供給を開始するよ
うにする。

【００４７】具体的なヒータ制御処理手順を図１２に示
す。このルーチンは、所定時間ごとに実行されるもので
ある。この図に示されるように、「診断開始フラグ＝
１、かつ、診断完了フラグ＝０」のとき、すなわち劣化
診断実行中のときには、ヒータへの通電を停止する（ス
テップ５０２，５０４，５０６）。そして、劣化診断実
行中でないときには、ヒータに通電すべき運転状態にあ
るか否かを判断し（ステップ５０８）、通電すべき運転
状態のときには、その運転状態に応じて定められる電力
をヒータに供給する（ステップ５０８）。

【００４８】また、場合によっては、触媒上流側Ｏ₂ セ
ンサにもヒータを設けることがある。その場合には、次
のように制御すればよい。すなわち、上流側のヒータに
は即座に電力を供給して活性化させ、劣化診断中に触媒
に供給される排気ガスの空燃比がリッチであることを監
視する。その理由は、下流側Ｏ₂ センサが劣化していな
くとも、空燃比がリーンの場合には、下流側Ｏ₂ センサ
はリッチ出力を示さないため、活性化期間又は暖機因子
積算値が大きくなり、誤診断の可能性があるためであ
る。つまり、本発明では冷間増量実行中に触媒劣化が診
断されるようにしているが、燃料噴射弁のつまり等によ
って実際の空燃比がリーンとなっている場合もあり、そ
の場合には誤診断を防止する必要がある。そのために
は、上流側Ｏ ₂ センサで空燃比がリッチであることを監
視しつつ、下流側Ｏ₂ センサの活性化を検出するように
すればよい。

【００４９】以上、本発明の実施例について述べてきた
が、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、
様々な実施例を案出することは当業者にとって容易なこ
とであろう。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
触媒下流側空燃比センサにより低温活性の低下を検出
し、それに基づいて触媒の劣化を診断する触媒劣化診断
装置が提供される。暖機後のＯ₂ ストレージ効果の低下
に基づく従来の診断装置と本発明の診断装置とを組み合
わせることにより、さらに正確に触媒の劣化を診断する
ことができるようになる。従って、本発明は、内燃機関
の排出ガス浄化性能の向上を促進し、ひいては大気汚染
防止に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る触媒劣化診断装置を備
えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。

【図２】本発明の一実施例に係るエンジンＥＣＵのハー
ドウェア構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第１実施例に係る診断条件判定ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図４】エンジン始動時水温ＴＨＷに基づいて第１実施
例に係る触媒劣化判定基準値ＴＲを求めるためのマップ
を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例に係る触媒劣化診断ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２実施例に係る診断条件判定ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図７】エンジン始動時水温ＴＨＷに基づいて第２実施
例に係る触媒劣化判定基準値ＦＲを求めるためのマップ
を示す図である。

【図８】本発明の第２実施例に係る触媒劣化診断ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図９】吸入空気量Ｑに基づいて暖機因子積算カウンタ
ＦＵＰの基本カウントアップ量ＦＢを求めるためのマッ
プを示す図である。

【図１０】基本カウントアップ量ＦＢに対する吸気温
（ＴＨＡ）補正係数ＫＡを求めるためのマップを示す図
である。

【図１１】基本カウントアップ量ＦＢに対する水温（Ｔ
ＨＷ）補正係数ＫＷを求めるためのマップを示す図であ
る。

【図１２】触媒下流側Ｏ₂ センサがヒータ付の場合にお
いて本発明を適用するときのヒータ制御処理手順を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

２…エアクリーナ ４…スロットルボデー ５…スロットル弁 ６…サージタンク（インテークマニホルド） ７…吸気管 ８…アイドルアジャスト通路 １０…燃料タンク １１…燃料ポンプ １２…燃料配管 ２０…エンジン本体（気筒） ２１…燃焼室 ２２…冷却水通路 ２４…吸気弁 ２６…排気弁 ３０…排気マニホルド ３４…排気管 ３８…触媒コンバータ ４０…エアフローメータ ４１…バキュームセンサ ４２…スロットル開度センサ ４３…吸気温センサ ４４…水温センサ ４５…触媒上流側Ｏ₂ センサ ４６…触媒下流側Ｏ₂ センサ ５０…基準位置検出センサ ５１…クランク角センサ ５２…アイドルスイッチ ５３…車速センサ ６０…燃料噴射弁 ６２…イグナイタ ６３…点火コイル ６４…点火ディストリビュータ ６５…スパークプラグ ６６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ） ７０…エンジンＥＣＵ ７１…ＣＰＵ ７２…システムバス ７３…ＲＯＭ ７４…ＲＡＭ ７５…Ａ／Ｄ変換回路 ７６…入力インタフェース回路 ７７ａ，７７ｂ，７７ｃ…駆動制御回路 ７９…バックアップＲＡＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒より
   下流側の排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、 該内燃機関の冷間始動時から前記下流側空燃比センサが
   活性化するまでの期間を計測する期間計測手段と、 前記期間計測手段によって計測された期間が所定の基準
   値よりも大きいときに該触媒が劣化したと判定する劣化
   判定手段と、 を具備する、内燃機関の触媒劣化診断装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒より
   下流側の排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、 該内燃機関の冷間始動時より、前記下流側空燃比センサ
   の暖機に影響を及ぼす１又は２以上の因子に応じたカウ
   ントアップ値を所定の周期で積算していき、前記下流側
   空燃比センサが活性化した時点における積算値を求める
   暖機因子積算手段と、 前記暖機因子積算手段によって求められた積算値が所定
   の基準値よりも大きいときに該触媒が劣化したと判定す
   る劣化判定手段と、 を具備する、内燃機関の触媒劣化診断装置。