JP2000120431A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト高を招くことなく、前段触媒と後段触
媒の劣化を別々に確実に検出可能な内燃機関の排気浄化
装置を提供する。 【解決手段】 前段触媒(20)と後段触媒(30)との間の排
気通路、及び後段触媒の下流側の排気通路には排ガス中
の酸素濃度を検出する第１及び第２の酸素濃度検出手段
(32,34)が設けられており、さらに、内燃機関の運転状
態から前段触媒の上流側の排ガス中の酸素濃度を推定す
る酸素濃度推定手段(40)が設けられている。そして、触
媒劣化検出手段(40)により、バイパス通路(22)が閉とさ
れたときには酸素濃度推定手段による推定値と第１の酸
素濃度検出手段の出力とに基づいて前段触媒の劣化が検
出され、バイパス通路が開とされたときには第１及び第
２の酸素濃度検出手段の出力に基づいて後段触媒の劣化
が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に係り、詳しくは、触媒の劣化を判定する技術に
関する。

【０００２】

【関連する背景技術】内燃機関の排気通路に設けられた
床下触媒（後段触媒）の上流にフロント触媒（前段触
媒）を配置し、このフロント触媒の早期活性化を図り、
排ガス浄化特性を向上する排気浄化装置が実用化されて
いる。このような排気浄化装置では、触媒を早期に活性
化させることを目的とし、フロント触媒は排気マニホー
ルド近傍に配置される。このため、フロント触媒には高
温の排ガスが常時流入することとなり、フロント触媒の
熱劣化による耐久性が問題となる。そこで、床下触媒が
一旦活性化されるとフロント触媒に高温の排ガスが極力
流入しないようバイパス通路を設ける技術が先行技術
（特開平６−６６１３１号公報等）により公知である。

【０００３】また、触媒が劣化し、排ガス浄化特性が悪
化した状態での運転を防止すべく、触媒の前後にＯ₂セ
ンサを設けることで触媒の劣化を検出することが、やは
り上記先行技術により公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の如く
バイパス通路を設けた排気浄化装置では、排ガスの全流
量がフロント触媒に常時流入しないため、フロント触媒
の劣化進行度合は床下触媒のそれとは異なる。故に、こ
のような装置ではフロント触媒と床下触媒との劣化を別
々に検出する必要がある。

【０００５】この点において、上記先行技術ではフロン
ト触媒の劣化のみしか検出しておらず、床下触媒が劣化
した際に排ガス浄化特性が悪化するという問題がある。
そこで、床下触媒の下流にもＯ₂センサを設け、フロン
ト触媒と同様に床下触媒の劣化を検出することが考えら
れるが、この場合、劣化検出のためにＯ₂センサが合わ
せて３つも必要となり、コスト高を招き好ましいことで
はない。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、コスト高
を招くことなく、前段触媒と後段触媒の劣化を別々に確
実に検出可能な内燃機関の排気浄化装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、前段触媒をバイパスする
バイパス通路及び該バイパス通路を開閉する開閉手段が
設けられており、前段触媒と後段触媒との間の排気通
路、及び後段触媒の下流側の排気通路には排ガス中の酸
素濃度を検出する第１及び第２の酸素濃度検出手段が設
けられており、さらに、内燃機関の運転状態から前段触
媒の上流側の排ガス中の酸素濃度を推定する酸素濃度推
定手段が設けられている。そして、制御手段により開閉
手段がバイパス通路を閉とするよう制御されたときに
は、触媒劣化検出手段により、酸素濃度推定手段による
推定値と第１の酸素濃度検出手段の出力とに基づいて前
段触媒の劣化が検出される。一方、バイパス通路が開と
されたときには、当該触媒劣化検出手段により、第１及
び第２の酸素濃度検出手段の出力に基づいて後段触媒の
劣化が検出される。

【０００８】従って、前段触媒の上流側に酸素濃度検出
手段を別途設けることなく、つまり酸素濃度検出手段を
第１及び第２の酸素濃度検出手段の２つのみとして３つ
以上設けることなく、コスト低減を図りながら、バイパ
ス通路の存在により劣化進行度合の異なる前段触媒と後
段触媒の双方の触媒の劣化を別々に共に確実に検出可能
とされる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき説明する。図１を参照すると、車両に搭載さ
れた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図
が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置の構成を説明する。

【００１０】機関本体（以下、単にエンジンという）１
は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換える
ことで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）ま
たは圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実
施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエン
ジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン
１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転や
リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リー
ン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とさ
れており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃
比での運転が可能とされている。

【００１１】同図に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。燃料噴射
弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料
供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳し
くは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポ
ンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の
燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給
し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の
燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高
圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、
即ち燃料噴射時間とから決定される。

【００１２】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連
通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞ
れ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他
端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロット
ル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットル
センサ１１ａが設けられている。

【００１３】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポー
トと連通するようにして排気マニホールド１２の一端が
それぞれ接続されている。図中符号１３は、クランク角
を検出するクランク角センサであり、該クランク角セン
サ１３はエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされてい
る。

【００１４】なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に
公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは
説明を省略する。同図に示すように、排気マニホールド
１２には排気管（排気通路）１４が接続されており、こ
の排気管１４にはエンジン１に近接した小型の近接三元
触媒（前段触媒）２０、排気浄化触媒装置（後段触媒）
３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。

【００１５】排気浄化触媒装置３０は、ＮＯx触媒３０
ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されて
おり、三元触媒３０ｂの方がＮＯx触媒３０ａよりも下
流側に配設されている。ＮＯx触媒３０ａとしては、こ
こでは選択還元型ＮＯx触媒が採用されている。選択還
元型ＮＯx触媒は、ＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭
素）の存在の下に排ガス中のＮＯxを優先的に選択し還
元する機能を有した触媒であり、公知のものである。

【００１６】また、三元触媒３０ｂは通常使用される三
元触媒であり、内部に酸素を貯留する機能を有してい
る。近接三元触媒２０は、エンジン１が冷態状態にある
ような場合であっても急速に活性化するよう排気マニホ
ールド１２に近接して設けられており、これによりエン
ジン１の冷態始動直後からＨＣやＣＯを良好に浄化可能
とされている。なお、近接三元触媒２０についても内部
に酸素を貯留する機能を有している。

【００１７】ところで、この近接三元触媒２０は、排気
マニホールド１２に近いためにエンジン１が暖機状態と
なると過熱して熱劣化する虞がある。また、近接三元触
媒２０によってＨＣやＣＯが酸化処理されてしまうと下
流のＮＯx触媒３０ａでＮＯxが十分に処理されないとい
う問題もある。このようなことから、排気管１４には、
近接三元触媒２０を迂回するようにしてバイパス通路２
２が設けられており、該バイパス通路２２にはバイパス
通路２２の連通と遮断とを行う電磁式のバタフライバル
ブ（開閉手段）２４が設けられている。

【００１８】つまり、エンジン１が冷態状態にあるとき
にはバタフライバルブ２４が閉弁状態とされて排ガスが
近接三元触媒２０を流れ、一方、例えば排気浄化触媒装
置３０が所定の高温になると、バタフライバルブ２４が
開弁状態とされて排ガスがバイパス通路２２を流れるよ
うにされている（制御手段）。これにより、排ガスがエ
ンジン１の冷態始動直後から良好に浄化可能とされると
ともに、当該近接三元触媒２０の過熱が好適に防止さ
れ、ＮＯx触媒３０ａが良好に機能し始めた後にはＨＣ
やＣＯが確実にＮＯx触媒３０ａに供給されてＮＯxが十
分に浄化可能とされる。

【００１９】排気管１４には、近接三元触媒２０の下
流、即ち近接三元触媒２０と排気浄化触媒装置３０との
間に位置して＃１Ｏ₂センサ（第１の酸素濃度検出手
段）３２が設けられており、さらに、排気浄化触媒装置
３０の下流に位置して＃２Ｏ₂センサ（第２の酸素濃度
検出手段）３４が設けられている。これら＃１Ｏ₂セン
サ３２及び＃２Ｏ₂センサ３４の各Ｏ₂センサは、排気中
の酸素濃度を検出するものである。これらのＯ₂センサ
は、酸素量が少なく酸素濃度が小さいときには大きな値
をとり、逆に酸素量が多く酸素濃度が大きいときには小
さな値をとるように構成されている。つまり、Ｏ₂セン
サの出力特性は、図２に示すように、酸素が化合物ＣＯ
となって存在するリッチ空燃比雰囲気では大きく、スト
イキオ雰囲気近傍では急勾配で変化し、酸素過剰状態に
あるリーン空燃比雰囲気では小さくなるようにされてい
る。

【００２０】従って、これら＃１Ｏ₂センサ３２及び＃
２Ｏ₂センサ３４の出力情報に基づいて、近接三元触媒
２０の下流（または排気浄化触媒装置３０の上流）及び
排気浄化触媒装置３０の下流の酸素濃度、即ち当該近接
三元触媒２０の下流（または排気浄化触媒装置３０の上
流）及び下流の空燃比をそれぞれ良好に検出可能となっ
ている。

【００２１】また、排気管１４の排気浄化触媒装置３０
直上流部には排気温度を検出する高温センサ３６が設け
られている。さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、
ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロ
ールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０
により、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入
力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク
角センサ１３、＃１Ｏ₂センサ３２、＃２Ｏ₂センサ３
４、高温センサ３６等の各種センサ類が接続されてお
り、これらセンサ類からの検出情報が入力する。

【００２２】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイ
ルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６、バタ
フライバルブ２４等が接続されており、これら点火コイ
ル、燃料噴射弁６、バタフライバルブ２４等には、各種
センサ類からの検出情報に基づき演算された駆動信号が
出力される。点火コイル、燃料噴射弁６に関していえ
ば、燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力さ
れることになり、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正
なタイミングで噴射され、点火プラグ４によって適正な
タイミングで点火が実施される。

【００２３】ところで、ＥＣＵ４０では、スロットルセ
ンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角
センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づい
てエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有
効圧Ｐeを求めるようにされており、さらに、当該目標
平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃
料噴射モード設定マップ（図示せず）より燃料噴射モー
ドを設定するようにされている。例えば、目標平均有効
圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さいときには、
燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされ、燃料は圧
縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きく
なり或いはエンジン回転速度Ｎeが大きくなると燃料噴
射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程
で噴射される。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比
とされる吸気リーンモード、理論空燃比にフィードバッ
ク制御されるストイキオフィードバックモード（ストイ
キオＦ／Ｂモード）、及び、リッチ空燃比とされるオー
プンループモード（Ｏ／Ｌモード）とがある。

【００２４】そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回
転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標Ａ／
Ｆに基づいて決定される。また、上記高温センサ３６に
より検出された排気温度情報からは排気浄化触媒装置３
０（主としてＮＯx触媒３０ａ）の温度、即ち触媒温度
Ｔcatが推定される。詳しくは、高温センサ３６をＮＯx
触媒３０ａに直接設置できないことに起因して発生する
誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐeとエンジン
回転速度情報Ｎeとに応じて予め実験等により温度差マ
ップ（図示せず）が設定されており、触媒温度Ｔcat
は、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとが
決まると一義に推定されるようにされている。

【００２５】以下、このように構成された本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置の作用、即ち、近接三元触媒２
０及び排気浄化触媒装置３０の劣化検出、劣化判定方法
について説明する。図３を参照すると、ＥＣＵ４０が実
行する触媒劣化判定のフローチャートが示されており、
以下当該フローチャートに沿って説明する（触媒劣化検
出手段）。

【００２６】先ず、ステップＳ１０では、現在、上述の
燃料噴射モードがストイキオＦ／Ｂモードであり、スト
イキオＦ／Ｂ制御中であるか否かを判別する。つまり、
ストイキオＦ／Ｂ制御では目標Ａ／Ｆをストイキオ（値
１４．７）近傍のリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制
的且つ周期的に振動させ、これにより空燃比をストイキ
オに収束させ保持するよう制御するのであるが、当該ス
テップＳ１０では、このように目標Ａ／Ｆがリッチ空燃
比とリーン空燃比間で所定周波数（所定周期）で振ら
れ、これに伴って排気マニホールド１２に排出される排
気空燃比（以下、排気Ａ／Ｆという）がリッチ空燃比と
リーン空燃比間で振動しているか否かを判別する。

【００２７】ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、ストイキオＦ／Ｂ制御中でないと判定された場合に
は、劣化判定はできず、何もせずに当該ルーチンを抜け
る。一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）
で、ストイキオＦ／Ｂ制御中と判定された場合には、次
にステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、バタフ
ライバルブ２４が開弁し、バイパス通路２２が連通した
状態（開状態）にあるか否かを判別する。上述したよう
に、バタフライバルブ２４は、エンジン１が冷態状態に
あるときには閉弁状態とされて排ガスが近接三元触媒２
０を流れる一方、例えば排気浄化触媒装置３０が所定の
高温になると、バタフライバルブ２４が開弁状態とされ
て排ガスがバイパス通路２２を流れるようにされてい
る。故に、ここでは、エンジン１が冷態状態を脱して排
気浄化触媒装置３０が所定の高温になり、排ガスがバイ
パス通路２２を流れて近接三元触媒２０に殆ど流入しな
い状態となっているか否かを判別する。

【００２８】ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）と
判定され、エンジン１が未だ冷態状態を脱しておらず、
バタフライバルブ２４が閉弁されて排ガスが近接三元触
媒２０を流れている場合には、次にステップＳ１４に進
む。ステップＳ１４では、上述の如くリッチ空燃比とリ
ーン空燃比間を振動する排気Ａ／Ｆに基づき、当該排気
Ａ／ＦをＯ₂センサで検出したと仮定した場合に得られ
る出力値、即ちＯ₂センサ出力相当値を推定し、さら
に、当該出力相当値に基づいて排気Ａ／Ｆの振動周波
数、即ちＯ₂センサで検出したと仮定した場合の出力周
波数ｆ0を求める。つまり、ここでは、近接三元触媒２
０の上流側の排気Ａ／Ｆの振動周波数をＯ₂センサを用
いずに演算により求めるようにする（酸素濃度推定手
段）。図４を参照すると、出力周波数ｆ0の演算手順が
ブロック図で示されており、以下同図に基づき、出力周
波数ｆ0の演算方法を説明する。

【００２９】先ず、ブロック５０において、燃料噴射量
と吸入空気量とに基づき排気Ａ／Ｆを求める。即ち、目
標Ａ／Ｆに基づき設定される燃料噴射量と吸入空気量と
に基づいて排気Ａ／Ｆを求める。なお、吸入空気量につ
いてはスロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情
報θthを直接用いて求めてもよく、また、エアフローセ
ンサ（図示せず）の出力情報から直接求めるようにして
もよい。

【００３０】そして、次のブロック５２において、当該
排気Ａ／ＦをＯ₂センサで検出したと仮定した場合に得
られるＯ₂センサ出力相当値を推定する。ここでは、Ｏ₂
センサが上記図２に示したような出力特性を有すること
を利用し、同図の横軸を排気Ａ／Ｆとし縦軸をＯ₂セン
サ出力相当値として（ブロック５２中に示した図参
照）、排気Ａ／Ｆに応じたＯ₂センサ出力相当値を求め
るようにする。

【００３１】このようにして振動するＯ₂センサ出力相
当値が求められたら、次のブロック５４において、当該
振動するＯ₂センサ出力相当値の振動周波数、即ちＯ₂セ
ンサで検出したと仮定した場合の出力周波数ｆ0を上記
目標Ａ／Ｆの所定周波数より求める。これにより、近接
三元触媒２０の上流側の排気Ａ／Ｆの振動周波数、即ち
出力周波数ｆ0が、Ｏ₂センサを設けることなく安価にし
て容易且つ確実に求められることになる。

【００３２】図３に戻り、以上のようにして出力周波数
ｆ0、即ち近接三元触媒２０の上流側の排気Ａ／Ｆの振
動周波数が求められたら、次にステップＳ１６におい
て、＃１Ｏ₂センサ３２からの出力値に基づき出力周波
数ｆ1を求める。つまり、近接三元触媒２０の下流側の
排気Ａ／Ｆの振動周波数を求める。図５を参照すると、
＃１Ｏ₂センサ３２の出力周波数ｆ1の算出手法の概念図
が示されており、以下、同図に基づき出力周波数ｆ1の
算出手法について説明する。

【００３３】近接三元触媒２０は、上述したように酸素
を貯蔵する機能を有している。従って、近接三元触媒２
０が正常に機能すると、図５（ａ）にＯ₂センサ出力相
当値で示すように、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比側に振ら
れたときには、排ガス中の余剰酸素は大部分が近接三元
触媒２０内に貯蔵され、一方排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比
側に振られたときには、排ガス中に多く含まれるＨＣや
ＣＯが当該貯蔵された酸素によって良好に酸化されるこ
とになる。つまり、近接三元触媒２０が正常に機能して
いるほど、近接三元触媒２０下流側の酸素濃度は変化が
なく、図５（ｂ）に示すように、＃１Ｏ₂センサ３２の
出力は全体としてそれほど大きく変動しない。

【００３４】しかしながら、この際出力には通常はばら
つきが生じており、図中一点鎖線で示すような閾値（ス
レッシュホールド）を設けると、当該ばらつきによる一
部の出力波が当該閾値を越えることになる。そして、当
該閾値を越えた波の数（リッチ空燃比とリーン空燃比間
の反転回数）を数えることにより、図５（ｃ）に示すよ
うな＃１Ｏ₂センサ３２の波形が想定され、これにより
出力周波数ｆ1が算出される。

【００３５】ステップＳ１８では、近接三元触媒２０の
上流側の出力周波数ｆ0と下流側の出力周波数ｆ1とから
周波数比ｆ1／ｆ0（≦１．０）を算出する。そして、次
のステップＳ２０では、当該周波数比ｆ1／ｆ0が予め設
定された所定値Ｘ1（例えば、０．５程度）よりも大き
いか否かを判別する。上述したように、近接三元触媒２
０が正常に機能しているほど、＃１Ｏ₂センサ３２の出
力はそれほど大きく変動せず、出力周波数ｆ1は小とな
り、周波数比ｆ1／ｆ0は小さな値とされる。

【００３６】従って、ステップＳ２０の判別結果が偽
（Ｎｏ）、即ち周波数比ｆ1／ｆ0が所定値Ｘ1以下であ
るような場合には、近接三元触媒２０は正常に機能して
いると判定でき、当該ルーチンを終了する。一方、ステ
ップＳ２０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、周波数比ｆ1／
ｆ0が所定値Ｘ1よりも大きい場合、即ち出力周波数ｆ1
が出力周波数ｆ0に近く、＃１Ｏ₂センサ３２の出力が上
記演算により求めたＯ₂センサ出力相当値に接近してい
る場合には、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比であっても排ガ
ス中の余剰酸素が殆ど近接三元触媒２０内に貯蔵され
ず、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比側に振られても排ガス中
に含まれるＨＣやＣＯが殆ど酸化されないような状況、
つまり近接三元触媒２０のＨＣ、ＣＯの浄化機能（排ガ
ス浄化特性）が低下している状況と判断できる。

【００３７】故に、この場合には、次にステップＳ２２
に進み、近接三元触媒（前段触媒）２０は劣化している
と判定する。上記ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）と判定され、例えば排気浄化触媒装置３０が所定の
高温になり、バタフライバルブ２４が開弁されて排ガス
が主としてバイパス通路２２を介して直接排気浄化触媒
装置３０に供給されている場合には、次にステップＳ２
４に進む。

【００３８】ステップＳ２４では、上述したようにして
＃１Ｏ₂センサ３２からの出力値に基づき出力周波数ｆ1
を求める。つまり、排気浄化触媒装置３０の上流側の排
気Ａ／Ｆの振動周波数を求める。なお、この時点では排
ガスは未だ触媒を通過していないため、出力周波数ｆ1
は上記目標Ａ／Ｆの所定周波数と一致する。ステップＳ
２６では、上述したようにして今度は＃２Ｏ₂センサ３
４からの出力値に基づき出力周波数ｆ2を求める。つま
り、排気浄化触媒装置３０の下流側の排気Ａ／Ｆの振動
周波数を求める。

【００３９】そして、ステップＳ２８において、これら
排気浄化触媒装置３０の上流側の出力周波数ｆ1と下流
側の出力周波数ｆ2とから周波数比ｆ2／ｆ1（≦１．
０）を算出し、次のステップＳ３０において、当該周波
数比ｆ2／ｆ1が予め設定された所定値Ｘ2（例えば、
０．５程度）よりも大きいか否かを判別する。上記近接
三元触媒２０の場合と同様、排気浄化触媒装置３０が正
常に機能しているほど、＃２Ｏ₂センサ３４の出力はそ
れほど大きく変動せず、出力周波数ｆ2は小となり、周
波数比ｆ2／ｆ1は小さな値とされる。

【００４０】従って、ステップＳ３０の判別結果が偽
（Ｎｏ）、即ち周波数比ｆ2／ｆ1が所定値Ｘ2以下であ
るような場合には、排気浄化触媒装置３０は正常に機能
していると判定でき、当該ルーチンを終了する。一方、
ステップＳ３０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、周波数比ｆ
2／ｆ1が所定値Ｘ2よりも大きい場合、即ち出力周波数
ｆ2が出力周波数ｆ1に近く、＃２Ｏ₂センサ３４の出力
が＃１Ｏ₂センサ３２の出力に接近している場合には、
排気Ａ／Ｆがリーン空燃比であっても排ガス中の余剰酸
素が殆ど排気浄化触媒装置３０の三元触媒３０ｂ内に貯
蔵されず、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比側に振られても排
ガス中に含まれるＨＣやＣＯが殆ど酸化されないような
状況、つまり排気浄化触媒装置３０のＨＣ、ＣＯの浄化
機能（排ガス浄化特性）が低下している状況と判断でき
る。

【００４１】従って、この場合には、次にステップＳ３
２に進み、排気浄化触媒装置（後段触媒）３０は劣化し
ていると判定する。これにより、近接三元触媒２０と排
気浄化触媒装置３０のそれぞれの劣化がコスト高を招く
ことなく確実に判定可能とされる。なお、上記実施形態
では、排気浄化触媒装置３０をＮＯx触媒と三元触媒と
で構成したが、例えば、吸蔵型ＮＯx触媒と三元触媒と
の組合せ、選択還元型ＮＯx触媒のみ、或いは三元触媒
のみ等いずれの構成にしてもよい。

【００４２】また、本実施形態では、開閉手段を制御す
る制御手段は、冷態始動時に閉となるよう開閉手段を制
御しているが、例えば、後段触媒の触媒温度が低くなっ
た場合や前段触媒の劣化検出を行う場合等に閉となるよ
う制御してもよい。また、上記実施形態では、エンジン
１を筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジン
としたが、本発明は、如何なる形態の内燃機関に対して
も好適に適用可能であることは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、前段触媒の
上流側に酸素濃度検出手段を別途設けることなく、つま
り酸素濃度検出手段を合わせて３つ以上設けることな
く、コスト低減を図りながら、バイパス通路の存在によ
り劣化進行度合の異なる前段触媒と後段触媒の双方の触
媒の劣化を別々に共に確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概
略構成図である。

【図２】Ｏ₂センサの空燃比に対する出力特性を示す図
である。

【図３】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の触媒劣
化判定手順を示すフローチャートである。

【図４】前段触媒上流側のＯ₂センサ出力相当値及び出
力周波数ｆ0の演算手順を示すブロック図である。

【図５】Ｏ₂センサ出力に基づく触媒下流側の出力周波
数の算出手法を説明する図である。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ４ 点火プラグ ６ 燃料噴射弁 １１ａ スロットルセンサ １３ クランク角センサ ２０ 近接三元触媒（前段触媒） ２２ バイパス通路 ２４ バタフライバルブ（開閉手段） ３０ 排気浄化触媒装置（後段触媒） ３０ａ ＮＯx触媒 ３０ｂ 三元触媒 ３２ ＃１Ｏ₂センサ（第１の酸素濃度検出手段） ３４ ＃２Ｏ₂センサ（第２の酸素濃度検出手段） ３６ 高温センサ ４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｋ ３０１ ３０１Ｄ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｇ (72)発明者 堂ヶ原 隆 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA03 AA04 BA09 BA13 BA15 BA17 BA24 DA10 DA27 EB11 FA07 FA10 FA26 FA27 FA30 FA33 FA38 3G091 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB05 AB06 BA03 BA04 BA08 BA10 BA14 BA15 BA19 BA33 BA34 CA12 CA13 CB02 CB03 CB05 DA03 DC01 EA01 EA05 EA07 EA17 EA31 EA34 FA02 FA04 FB02 FB03 FB10 FB11 FB12 FC01 FC07 FC08 HA03 HA08 HA12 HA36 HA37 HA42 HA47 HB03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に順次直列に設けられ、排ガス
   中の有害物質を浄化する前段触媒及び後段触媒と、 前記前段触媒をバイパスするバイパス通路と、 前記バイパス通路を開閉する開閉手段と、 前記開閉手段を制御する制御手段と、 前記前段触媒と前記後段触媒との間の排気通路、及び前
   記後段触媒の下流側の排気通路に設けられ、排ガス中の
   酸素濃度を検出する第１及び第２の酸素濃度検出手段
   と、 内燃機関の運転状態から前記前段触媒の上流側の排ガス
   中の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段と、 前記バイパス通路が閉のとき、前記酸素濃度推定手段に
   よる推定値と前記第１の酸素濃度検出手段の出力とに基
   づいて前記前段触媒の劣化を検出し、前記バイパス通路
   が開のとき、前記第１及び第２の酸素濃度検出手段の出
   力に基づいて前記後段触媒の劣化を検出する触媒劣化検
   出手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。