JP2002213234A

JP2002213234A - 内燃機関の触媒活性判定装置及び劣化判定装置

Info

Publication number: JP2002213234A
Application number: JP2001011565A
Authority: JP
Inventors: Koji Takahashi; 浩二高橋; Shigeo Okuma; 重男大隈
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒の活性を、触媒下流側に設けられた空燃比
センサの内部抵抗に基づいて精度良く判定できるように
する。【解決手段】触媒下流側に設けられた空燃比センサの内
部抵抗Ｒｓが所定値以下にまで低下した後の所定期間
で、内部抵抗Ｒｓの低下量Ｒｓｍを計測する。そして、
前記所定期間における吸入空気流量の積算値ΣＱに応じ
て設定した判定値と低下量Ｒｓｍとを比較し、低下量Ｒ
ｓｍが判定値以上であれば、触媒の活性化を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の触媒活
性判定装置及び劣化判定装置に関し、詳しくは、触媒の
下流側に設けられる排気センサの内部抵抗から触媒の活
性又は劣化を判定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関の排気管に設けられる空
燃比センサで検出される空燃比（酸素濃度）と排気流量
とから、排気管に介装される触媒における貯蔵酸素量を
推定し、該貯蔵酸素量が目標値になるように、燃焼混合
気の空燃比（燃料噴射量）を補正する構成の空燃比制御
装置が知られている（特開平１０−１８４４２５号公報
参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記触媒における酸素
の貯蔵能力は、触媒が活性温度に達してから発揮される
ことになるため、触媒が活性状態であるか非活性状態で
あるかを判別する必要があり、前記特開平１０−１８４
４２５号公報に開示されるものでは、温度センサで検出
される触媒温度が一定値よりも高くなっているか否かで
活性判定を行っている。

【０００４】しかし、上記のように触媒の温度をセンサ
で直接図って活性判定を行わせる構成では、活性判定の
ためにのみ用いられることになる温度センサを追加設置
することになり、コストアップになってしまうという問
題があった。また、触媒が劣化して、触媒の酸素貯蔵能
力が低下すると、たとえ活性状態を精度良く判定できた
としても、酸素貯蔵量の推定精度が悪化し、空燃比制御
性が低下するという問題もあった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、他の制御に用いるセンサを流用して触媒の活性状
態及び劣化を精度良く判定できる触媒活性・劣化判定装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明では、触媒の下流側の排気管に排気センサを備える
内燃機関において、前記排気センサの内部抵抗を検出
し、該内部抵抗と該内部抵抗の変化速度とに基づいて、
前記触媒が活性状態であると判定する構成とした。

【０００７】係る構成によると、排気センサの内部抵抗
は、排気センサの温度が高くなると低下し、排気センサ
の温度は触媒を通過した排気の温度に相関する。従っ
て、排気センサの内部抵抗と該内部抵抗の変化速度とか
ら、静的な排温レベルと排温の上昇を判断でき、これに
基づいて触媒の活性・非活性が判定される。尚、排気セ
ンサは、例えば、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃
比を検出する空燃比センサである。

【０００８】請求項２記載の発明では、前記排気センサ
の内部抵抗が所定値以下になってから所定時間における
前記内部抵抗の変化量を検出すると共に、前記所定時間
内における排気の総流量を検出し、前記内部抵抗の変化
量が前記排気の総流量に応じて設定される判定値以上で
あるときに、前記触媒が活性状態であると判定する構成
とした。

【０００９】係る構成によると、排気センサの内部抵抗
が所定値以下にまで低下してから所定時間における内部
抵抗の変化量を検出する。ここで、前記変化量は、排気
からの受熱量に相関する排気の総流量によって異なるか
ら、前記変化量の判断に用いる判定値を排気の総流量に
基づいて設定し、前記変化量が判定値以上であるときに
は、触媒における反応熱による温度上昇によって判定値
以上に内部抵抗が減少変化したものと判断して、触媒の
活性状態を判定する。

【００１０】尚、排気流量は、機関の吸入空気流量から
推定できる。請求項３記載の発明では、触媒の下流側の
排気管に排気センサを備えてなる内燃機関において、前
記触媒が活性状態になったことが判定された後に、燃料
カットが所定時間以上継続して行われたことを少なくと
も条件として、前記活性状態の判定結果をキャンセル
し、前記排気センサの内部抵抗の測定結果に基づき触媒
の活性・非活性の判定を行わせる構成とした。

【００１１】係る構成によると、燃料カットが長時間行
われると、排気温度の低下に伴って触媒が活性状態から
非活性状態に戻ってしまう可能性があるので、それまで
の活性状態の判定結果を一旦キャンセルし、排気センサ
の内部的抵抗に基づいて活性判定をやり直し、燃料カッ
トによって触媒が非活性状態に戻ったか否かを判断させ
る。

【００１２】請求項４記載の発明では、触媒の下流側の
排気管にヒータが付設される排気センサを備え、排気セ
ンサの内部抵抗に基づいてヒータの印加電圧をフィード
バック制御するよう構成された内燃機関において、前記
触媒が活性状態になったことが判定された後に、燃料カ
ットが所定時間以上継続して行われたことを少なくとも
条件として、前記活性状態の判定結果をキャンセルし、
前記ヒータの印加電圧に基づき触媒の活性・非活性の判
定を行わせる構成とした。

【００１３】係る構成によると、燃料カットが長時間行
われると、排気温度の低下に伴って触媒が活性状態から
非活性状態に戻ってしまう可能性があるので、それまで
の活性状態の判定結果を一旦キャンセルし、排気センサ
の内部的抵抗に基づいて制御されるヒータの印加電圧か
ら排気温度の低下を判断し、燃料カットによって触媒が
非活性状態に戻ったか否かを判断させる。

【００１４】請求項５記載の発明では、燃料カットが所
定時間以上継続して行われ、かつ、燃料カット中の車速
が所定以上であることを条件に、前記活性状態の判定結
果をキャンセルする構成とした。係る構成によると、燃
料カットによって排気温度が低下している状態が長く、
然も、機関が搭載される車両の走行速度（車速）が所定
以上で、触媒の外表面からの放熱量が多いと推定される
ときに、触媒が非活性状態に戻っている可能性があると
判断して、それまでの活性状態の判定結果をキャンセル
する。

【００１５】請求項６記載の発明では、触媒の下流側の
排気管にヒータが付設される排気センサを備え、前記排
気センサの内部抵抗に基づいて前記ヒータの印加電圧を
フィードバック制御するよう構成された内燃機関におい
て、前記内部抵抗の測定のためにヒータへの通電を一時
的に所定時間だけ停止している間における内部抵抗の変
化量が、そのときの排気流量に応じて設定される判定値
よりも小さいときに、前記触媒の活性状態を判定する構
成とした。

【００１６】係る構成によると、ヒータへの通電が停止
されると、排気温度に対応する内部抵抗に向けて変化す
ることになるが、触媒が非活性状態であれば、触媒にお
ける反応熱が小さいから排気温度が活性時に比べて低
く、より内部抵抗は増大することになるので、ヒータへ
の通電が停止される間における内部抵抗の増大変化量に
基づいて触媒の活性・非活性を判断する。

【００１７】ここで、排気流量の違いによる受熱量の違
いを考慮すべく、排気流量に応じて内部抵抗の変化量を
判定する判定値が設定される。請求項７記載の発明で
は、触媒の下流側の排気管にヒータが付設された排気セ
ンサを備える内燃機関において、触媒の非劣化時におい
てヒータによる加熱によって前記排気センサの内部抵抗
が所定値以下になってから所定時間における内部抵抗の
変化量を、基準変化量としてそのときの環境条件と共に
記憶し、劣化の判定を行うときに検出した内部抵抗の変
化量を、前記基準変化量を求めたときの環境条件とその
ときの環境条件との違いに基づいて補正し、該補正した
変化量と前記基準変化量との差が所定以上あるときに、
触媒の劣化を判定する構成とした。

【００１８】係る構成によると、ヒータによる加熱によ
って排気センサの内部抵抗がヒータの加熱温度に対応す
る所定値以下にまで低下した後、排気からの受熱で内部
抵抗が低下するときに、触媒の非劣化状態（新品状態）
であれば反応熱が高く排温が高いから内部抵抗の低下代
が大きくなるが、触媒の劣化状態では反応熱が低下する
分だけ、排温が低く内部抵抗の低下代が小さくなる。

【００１９】但し、前記内部抵抗の低下代は、環境条件
に大きく左右されるので、環境条件の違いによる低下代
の違いを相殺すべく、劣化判定を行うときの環境条件と
非劣化時の基準となる低下代を求めたときの環境条件と
の違いに応じて、内部抵抗の変化量の検出結果を補正し
て、基準値と比較させる。請求項８記載の発明では、前
記環境条件として、外気温度，車速，機関排気流量のう
ちの少なくとも１つを含む構成とした。

【００２０】係る構成によると、外気温度，車速によっ
て触媒からの放熱量が変化し、排気流量によって排気か
らの受熱量が変化することに対応して判定値が設定さ
れ、これらの環境条件以外の触媒における反応熱による
排温の違いが判定される。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、空燃比制
御に用いられる排気センサを利用して触媒の活性判定を
行わせることができ、コストアップを招くことなく触媒
活性の判定が行える一方、排温の静的なレベルと共に、
触媒の活性化により反応熱で排温が上昇変化する状態を
判断でき、触媒活性を精度良く判定させることができる
という効果がある。

【００２２】請求項２記載の発明によると、排気流量の
違いによる排気からの受熱量の違いを排除して、触媒に
おける反応熱の大小を判断でき、触媒活性をより精度良
く判定することができるという効果がある。請求項３記
載の発明によると、燃料カットによって触媒が非活性に
戻ったときに、そのまま活性状態であると判断されてし
まうことを回避でき、かつ、活性判定を常時行わせる必
要がなく、演算負担を軽減できるという効果がある。

【００２３】請求項４記載の発明によると、燃料カット
によって触媒が非活性に戻ったか否かを、排気センサの
温度がフィードバック制御されている状態であっても、
判断させることができるという効果がある。請求項５記
載の発明によると、燃料カット時でかつ触媒の温度が低
下し易い車速条件で活性判定をやり直すので、活性判定
のやり直しが行われる条件を的確に限定でき、無駄な活
性判定のやり直しを極力回避できるという効果がある。

【００２４】請求項６記載の発明によると、排気センサ
の内部抵抗に基づくヒータのフィードバック制御を行わ
せながら、触媒の活性判定を行うことができるという効
果がある。請求項７，８記載の発明によると、環境条件
の違いに対応しつつ、触媒の劣化による反応熱の低下を
判断し、触媒の劣化を精度良く判定することができると
いう効果がある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１は実施の形態における内燃機関のシステム構
成図である。この図１において、車両に搭載される内燃
機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気通
路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁
４を介して空気が吸入される。

【００２６】また、各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリ
ン）を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設けられて
おり、該燃料噴射弁５から噴射される燃料と吸入空気に
よって燃焼室内に混合気が形成される。燃料噴射弁５
は、コントロールユニット２０から出力される噴射パル
ス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力
に調圧された燃料を噴射する。

【００２７】そして、前記燃料噴射弁５によって燃焼室
内に形成される混合気は、点火栓６により着火燃焼す
る。但し、内燃機関１を上記の直接噴射式ガソリン機関
に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する
構成の機関であっても良い。機関１からの排気は排気通
路７を介して排出され、前記排気通路７には排気浄化用
の触媒８が介装されている。

【００２８】また、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料
を燃焼処理する蒸発燃料処理装置が設けられている。キ
ャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１
を充填したもので、燃料タンク９から延設される蒸発燃
料導入管１２が接続されている。従って、燃料タンク９
にて発生した蒸発燃料は、前記蒸発燃料導入管１２を通
って、キャニスタ１０に導かれ吸着捕集される。

【００２９】また、キャニスタ１０には、新気導入口１
３が形成されると共に、パージ配管１４が導出され、前
記パージ配管１４には、コントロールユニット２０から
の制御信号によって開閉が制御されるパージ制御弁１５
が介装される。上記構成において、パージ制御弁１５が
開制御されると、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に
作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によ
ってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発
燃料がパージされ、パージエアがパージ配管１４を通っ
て吸気通路３のスロットル弁４下流に吸入され、その
後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。

【００３０】コントロールユニット２０は、ＣＰＵ，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイ
ス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、
各種センサからの入力信号を受け、これらに基づいて演
算処理して、燃料噴射弁５，点火栓６及びパージ制御弁
１５などの作動を制御する。前記各種センサとして、機
関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１、カ
ム軸から気筒判別信号を取り出すカムセンサ２２が設け
られており、前記クランク角センサ２１からの信号に基
づき機関の回転速度が算出される。

【００３１】この他、吸気通路３のスロットル弁４上流
で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、
アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＳを検
出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶ
Ｏを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温
Ｔｗを検出する水温センサ２６、前記触媒８の上流側及
び下流側のそれぞれに設けられ、排気中の酸素濃度に応
じて排気空燃比を広域に検出する空燃比センサ２７Ａ，
２７Ｂ（排気センサ）、車速ＶＳＰを検出する車速セン
サ２８などが設けられている。

【００３２】図３は、前記触媒下流側の空燃比センサ２
７Ｂのセンサ素子４３及び空燃比センサ２７Ｂに付設さ
れたヒータ４４に対する制御回路を示している。尚、空
燃比センサ２７Ａの制御回路も図２に示す制御回路と同
様な回路構成によって、センサ素子の内部抵抗Ｒｓを検
出できるようにしても良いが、本実施の形態では、空燃
比センサ２７Ｂの内部抵抗Ｒｓに基づいて触媒８の活性
・劣化の判定を行うため、以下では、空燃比センサ２７
Ｂ用の制御回路として説明する。

【００３３】空燃比センサ２７Ｂのセンサ素子４３から
の検出信号は、コントロールユニット２０に入力され、
コントロールユニット２０内においてフィルタ（平滑回
路）２０１で平滑処理された後、Ａ／Ｄ変換器２０２で
デジタル信号に変換され、ＣＰＵ２０３に読み込まれ
る。また、空燃比センサ２７Ｂのセンサ素子４３には、
内部抵抗計測用の所定の電圧Ｖccがスイッチング素子２
０４及び基準抵抗Ｒ０を介して印加されるようになって
いる。

【００３４】ヒータ４４には、バッテリ電圧ＶＢが印加
されるが、通電回路中にスイッチング素子２０５を設け
てある。前記ＣＰＵ２０３は、前記スイッチング素子２
０４のＯＮ・ＯＦＦを制御することで、排気空燃比の検
出と、内部抵抗Ｒｓの検出とを切り換えるようになって
おり、排気空燃比を検出するときには、スイッチング素
子２０４をＯＦＦとして、排気空燃比に応じた検出信号
が読み込まれるようにする。

【００３５】また、空燃比センサ２７Ｂのセンサ素子４
３の内部抵抗Ｒｓを計測するときには、スイッチング素
子２０４をＯＮとして、センサ検出信号に内部抵抗計測
用の電圧Ｖccが重畳されるようにし、このときに読み込
まれる電圧に基づいてセンサ素子４３の内部抵抗Ｒｓを
演算する。センサ素子４３に流れる電流をｉとすると、Ｖｓ＝ｉ×ＲｓＶcc−Ｖｓ＝ｉ×Ｒ０であるので、両式より、Ｒｓ＝Ｖｓ／〔（Ｖcc−Ｖｓ）／Ｒ０〕となり、既知である電圧Ｖcc及び基準抵抗値Ｒ０、及
び、フィルタ２０１及びＡ／Ｄ変換器２０２を介して読
み取られる電圧Ｖｓに基づき、内部抵抗Ｒｓが演算され
る。

【００３６】前記ヒータ４４への通電量は、Ｄ／Ａ変換
器２０６を介してヒータ制御用のスイッチング素子２０
５を制御することによって調整される。尚、電圧Ｖcc
は、空燃比センサ２７の検出信号よりも大きな値に設定
され、内部抵抗の検出を行うときには検出出力の影響が
無視できる程度に小さいものとする。

【００３７】ところで、前記触媒８は三元触媒であっ
て、排気中の有害３成分である一酸化炭素ＣＯ及び炭化
水素ＨＣを酸化すると共に、酸化窒素ＮＯｘを還元し
て、無害な二酸化炭素、水蒸気及び窒素に変換させるも
のである。そして、該三元触媒８による浄化性能は、排
気空燃比が理論空燃比であるときに最も高く、排気空燃
比がリーンで酸素量が過剰であると、酸化作用は活発に
なるが還元作用が不活発となり、逆に、排気空燃比がリ
ッチで酸素量が少ないと、酸化作用は不活発になるが還
元作用が活発となる。

【００３８】但し、前記三元触媒８は酸素を貯蔵する能
力（酸素ストレージ効果）を有するため、排気空燃比が
一時的にリッチになったときには、それまでに貯蔵され
ていた酸素を使用し、逆に、排気空燃比が一時的にリー
ンになったときには、余分な酸素を貯蔵することで、排
気浄化性能を維持できるようになっている。従って、空
燃比が理論空燃比からリーン側にずれたときに酸化窒素
ＮＯｘを還元でき、かつ、空燃比が理論空燃比からリッ
チ側にずれたときに一酸化炭素ＣＯ及び炭化水素ＨＣを
酸化できるようにするためには、三元触媒８に貯蔵され
る酸素の量（貯蔵酸素量）を、貯蔵できる最大量の半分
程度の目標量に維持し、余分な酸素を貯蔵し、かつ、酸
化処理に必要な酸素を脱離して供給できる状態にしてお
くことが要求される。

【００３９】そこで、前記コントロールユニット２０
は、所定運転領域において、前記空燃比センサ２７Ａ，
２７Ｂで検出される排気空燃比や、エアフローメータ２
３で検出される吸入空気流量（排気流量相当値）に基づ
いて三元触媒８における貯蔵酸素量を推定し、該推定さ
れる貯蔵酸素量が目標量（最大貯蔵酸素量の半分程度）
よりも少ないときには、空燃比をリーン化させて貯蔵酸
素量を増大させ、逆に、推定される貯蔵酸素量が目標量
よりも多いときには、空燃比をリッチ化させて余分な酸
素を脱離させ貯蔵酸素量を減少させるように、前記燃料
噴射弁５による燃料噴射量をフィードバック制御するよ
うになっている。

【００４０】ここで、三元触媒８が活性化していないと
所期の酸素貯蔵・脱離能力を発揮しないため、上記のよ
うに三元触媒８における貯蔵酸素量の推定を行わせると
きには、三元触媒８が活性しているか否かを判定し、活
性化していることを条件に貯蔵酸素量の推定を行わせる
必要がある。そこで、本実施形態では、前記空燃比セン
サ２７Ｂの内部抵抗Ｒｓに基づいて、以下のように触媒
８の活性・非活性を判定するようになっている。

【００４１】図３及び図４のフローチャートに示すルー
チンは、三元触媒８の活性判定の第１実施形態を示すも
のである。ステップＳ１では、三元触媒８の下流側の空
燃比センサ２７Ｂのヒータ４４に通電されているか否か
を判別する。通電されていない場合（若しくはヒータ４
４が備えない場合）には、ステップＳ２へ進み、空燃比
センサ２７Ｂの内部抵抗Ｒｓを測定する。

【００４２】次のステップＳ３では、前記ステップＳ２
で計測した内部抵抗Ｒｓが所定値以下で、かつ、前記内
部抵抗Ｒｓの変化速度ΔＲｓ（ΔＲｓ＝Ｒｓの最新値−
Ｒｓの前回値）が所定値以下であるか否かを判別する。
前記内部抵抗Ｒｓは、空燃比センサ２７Ｂの素子温が高
くなるほど低下するから、内部抵抗Ｒｓが所定値以下の
条件は、空燃比センサ２７Ｂの素子温が静的に所定温度
以上になっている状態であり、また、変化速度ΔＲｓが
所定値以下とは、内部抵抗Ｒｓの減少変化、換言すれ
ば、触媒８後の排気温度の上昇変化を判断するものであ
る。

【００４３】触媒８下流の排気温度がある程度高くなっ
てから、排気温度が所定以上の増大変化を示す場合に
は、触媒８が活性化して反応熱が大きくなったものと推
定できる。そこで、内部抵抗Ｒｓが所定値以下で、か
つ、変化速度ΔＲｓが所定値以下のときには、触媒８が
活性温度に達して反応熱が大きくなったものと判断し、
ステップＳ４へ進んで、触媒８の活性を判定する。

【００４４】一方、内部抵抗Ｒｓが所定値を超えている
か、及び／又は、変化速度ΔＲｓが所定値よりも大きい
場合には、ステップＳ５へ進んで、触媒８の非活性を判
定する。一方、ステップＳ１で、触媒下流側の空燃比セ
ンサ２７Ｂのヒータ４４に通電されていると判別される
と、ステップＳ６へ進む。

【００４５】ステップＳ６では、空燃比センサ２７Ｂの
内部抵抗Ｒｓを測定する。ステップＳ７では、前記ステ
ップＳ６で計測した内部抵抗Ｒｓが所定値以下であるか
否かを判別する（図５参照）。そして、内部抵抗Ｒｓが
所定値以下になるとステップＳ８へ進み、そのときの内
部抵抗Ｒｓに応じてモニタ時間を設定する。前記モニタ
時間は、ステップＳ８へ進んだ時点の内部抵抗Ｒｓが小
さいときほど長い時間に設定される。

【００４６】ステップＳ９では、モニタ開始時の内部抵
抗Ｒｓを初期値Ｒｓａとして記憶する。ステップＳ１０
では、タイマーによるモニタ時間の計測を開始させる。
ステップＳ１１では、排気流量に相当する吸入空気流量
の積算を行わせる。ステップＳ１２では、前記タイマー
による計測時間がモニタ時間以上になっている否かを判
別し、モニタ時間に達していないときには、ステップＳ
１３でタイマーを１アップさせた後、ステップＳ１１へ
戻って吸入空気流量の積算を継続させるようにする。

【００４７】ステップＳ１２で、前記タイマーによる計
測時間がモニタ時間以上になっていると判別されたとき
には、ステップＳ１４へ進み、再度内部抵抗Ｒｓの計測
を行い、次のステップＳ１５では、前記測定した内部抵
抗Ｒｓを、モニタ時間が経過した時点の値Ｒｓｂとして
記憶する。ステップＳ１６では、モニタ時間内における
内部抵抗Ｒｓの低下量Ｒｓｍを、Ｒｓｍ＝Ｒｓａ−Ｒｓ
ｂとして算出する。

【００４８】ステップＳ１７では、モニタ時間内におけ
る吸入空気流量の積算値ΣＱ（排気の総流量）に基づい
て前記Ｒｓｍの判定値を設定する。ステップＳ１８で
は、前記ステップＳ１６で算出した低下量Ｒｓｍが、前
記判定値以上であるか否かを判別する。前記低下量Ｒｓ
ｍが判定値以上である場合には、触媒８の活性化による
反応熱の増大によって、非活性時に示す温度上昇（内部
抵抗の低下）よりも、より大きな温度上昇を示したもの
と判断し、ステップＳ１９へ進んで触媒８の活性を判定
する。

【００４９】一方、前記低下量Ｒｓｍが判定値よりも小
さい場合には、ステップＳ２０へ進んで触媒８の非活性
を判定する。ヒータ４４による加熱が行われる状態で
は、触媒８の活性化による反応熱の増大を精度良く判断
することが困難になるが、上記のように、比較的長い時
間枠での内部抵抗Ｒｓの変化を判断させるようにするこ
とで、ヒータ４４による加熱が行われる状態であって
も、触媒８の活性化による反応熱によって内部抵抗Ｒｓ
が減少変化する状態を精度良く判定できる。

【００５０】尚、上記ステップＳ６〜ステップＳ２０に
おける活性判定は、前記積算値ΣＱと判定値との相関等
を適合することで、ヒータ４４に通電されない状態にお
ける活性判定にも用いることができる。ところで、ヒー
タ４４への通電を周期的に所定時間ｔだけ停止させ（図
６参照）、前記通電が停止されている間に内部抵抗Ｒｓ
の計測を行わせ、該計測された内部抵抗Ｒｓに基づいて
前記ヒータ４４への通電量をフィードバック制御する場
合には、図７のフローチャートに示すようにして、触媒
８の活性判定を行わせることができる。

【００５１】図７のフローチャートに示す第２の実施形
態では、まず、ステップＳ２１で、ヒータ４４の通電が
フィードバック制御されている状態であるか否かを判別
する。そして、フィードバック制御中であれば、ステッ
プＳ２２へ進み、内部抵抗Ｒｓを計測すべくヒータ４４
への通電が停止されたか否かを判別する。

【００５２】そして、ヒータ４４への通電が停止される
とステップＳ２３へ進み、内部抵抗Ｒｓの計測及び吸入
空気流量の積算を行わせる。ステップＳ２４では、ヒー
タ４４への通電が停止されてから所定時間ｔが経過し、
ヒータ４４への通電が再開されるタイミングであるか否
かを判別する。ステップＳ２４でヒータ４４への通電が
再開されるタイミングであると判別されるようになるま
では、ステップＳ２３における内部抵抗Ｒｓの計測及び
吸入空気流量の積算を継続的に行わせる。

【００５３】ステップＳ２４でヒータ４４への通電が再
開されるタイミングであると判別されると、ステップＳ
２５へ進み、ヒータ４４への通電が停止されていた所定
時間ｔにおける内部抵抗Ｒｓの増大変化量Ｒｓｈを演算
すると共に、ヒータ４４への通電が停止されていた所定
時間ｔにおける吸入空気量の積算値ΣＱを求める。ステ
ップＳ２６では、前記ΣＱに応じて前記Ｒｓｈの判定値
を設定する。

【００５４】前記判定値は、積算値ΣＱが大きいときほ
ど大きな値に設定される。ステップＳ２７では、前記変
化量Ｒｓｈと判定値とを比較し、前記変化量Ｒｓｈが判
定値よりも小さい場合には、ステップＳ２８へ進んで、
触媒８の活性を判定し、前記変化量Ｒｓｈが判定値より
も大きい場合には、ステップＳ２９へ進んで、触媒８の
非活性を判定する。

【００５５】触媒８の非活性状態で反応熱が小さく排気
温度が比較的低い場合には、ヒータ４４への通電が停止
されると、空燃比センサ２７Ｂの温度が低下すること
で、内部抵抗Ｒｓが大きく増大することになるが、触媒
８の活性状態で反応熱が多く比較的排温が高い状態で
は、ヒータ４４への通電を停止させても、空燃比センサ
２７Ｂの温度が大きく低下することがない（図６参
照）。

【００５６】そこで、ヒータ４４への通電を停止させて
いる間の内部抵抗Ｒｓの増大変化が、排気からの受熱量
に相関する吸入空気流量の積算値ΣＱ（排気の総流量）
から設定した判定値よりも大きい場合には、触媒８が非
活性状態で触媒８における反応熱が小さいために、空燃
比センサ２７Ｂの内部抵抗Ｒｓが大きく増大変化したも
のと判断する構成とした。

【００５７】上記第１，２実施形態に基づく活性判定処
理で始動時に触媒８の活性が一旦判定されると、通常
は、機関１が停止されるまで触媒８が活性状態を保つ。
従って、活性判定がなされた後は、活性判定処理を停止
させることで、コントロールユニット２０における演算
負担を軽減できるが、燃料カットが長時間行われ、か
つ、車速が高い条件では、触媒８が非活性状態に戻って
しまう場合がある。

【００５８】そこで、始動時の活性判定の後で、図８の
フローチャートに示すようにして、非活性状態への復帰
を判断させることが好ましい。第３の実施形態を示す図
８のフローチャートにおいて、ステップＳ６１では、前
記第１，２に示した処理等で活性判定がなされているか
否かを判別する。そして、活性判定がなされている状態
であるときには、ステップＳ６２へ進み、燃料カットが
所定時間以上継続して行われているか否かを判別する。

【００５９】前記燃料カットとは、運転途中で一時的に
機関１への燃料供給を停止させる処理であり、減速時の
燃料カットや、回転速度或いは車速が所定値を超えたと
きの燃料カットなどを含む。ステップＳ６２で燃料カッ
トが所定時間以上継続して行われていると判別される
と、ステップＳ６３へ進み、燃料カット中の車速が所定
速度以上であるか否かを判別する。

【００６０】上記車速の判別は、走行風によって触媒８
から多くの熱が奪われる条件を判断するものであり、前
記所定速度よりも低い車速では、想定される最大時間だ
け燃料カットが行われたとしても、触媒８が活性状態か
ら非活性状態にはならないと判断し、そのまま本ルーチ
ンを終了させる。一方、ステップＳ６２で燃料カットが
所定時間以上継続して行われていると判別され、かつ、
ステップＳ６３で燃料カット中の車速が所定速度以上で
あると判別されると、触媒８が活性状態から非活性状態
に戻っている可能性があると判断し、ステップＳ６４へ
進んで、活性の判定結果を一旦キャンセルする。

【００６１】そして、ステップＳ６５では、ヒータ４４
の通電量が内部抵抗Ｒｓに基づいてフィードバック制御
されるか否かを判別する。ここで、ヒータ４４の通電が
ＯＮ・ＯＦＦ的に切り換えられる場合、又は、ヒータ４
４を備えない構成においては、ステップＳ６６へ進む。
ステップＳ６６では、空燃比センサ２７Ｂの内部抵抗Ｒ
ｓが燃料カットによって所定値以上増大変化したか否か
を判別する。

【００６２】そして、内部抵抗Ｒｓが所定値以上の増大
した場合には、排温が所定以上に低下したものと判断し
てステップＳ６８へ進み、触媒８が非活性状態に戻った
と判定する。一方、内部抵抗Ｒｓの増大変化量が前記所
定値よりも小さい場合には、排温の低下が小さく触媒８
が活性状態を保っていると判断し、ステップＳ６９へ進
んで、あらためて触媒８の活性判定を行う。

【００６３】また、ステップＳ６５で、ヒータ４４の通
電量がフィードバック制御されていると判断されると、
ステップＳ６７へ進む。ステップＳ６７では、内部抵抗
Ｒｓの測定結果に基づいてフィードバック制御されるヒ
ータ４４の印加電圧が所定値以上になっているか否かに
基づいて、内部抵抗Ｒｓが所定値以下にまで低下してい
るか否かを判別する。

【００６４】ここで、ヒータ４４の印加電圧が所定値以
上になっていると判断されると、ステップＳ６８へ進ん
で、触媒８が非活性状態に戻ったと判定する。一方、ヒ
ータ４４の印加電圧が所定値未満であれば、ステップＳ
６９へ進んで、あらためて触媒８の活性判定を行う。と
ころで、上記各実施の形態では、空燃比センサ２７Ｂの
内部抵抗Ｒｓから触媒８の活性判定を行わせたが、触媒
８の劣化を前記内部抵抗Ｒｓに基づいて判断させること
ができ、該劣化判定を行う第４の実施形態を、図９のフ
ローチャートに従って説明する。

【００６５】図９のフローチャートにおいて、ステップ
Ｓ８１では、ファーストトリップ時（車両の工場出荷時
であって、触媒８の新品状態）に下記データの記憶を行
う。（１）内部抵抗Ｒｓが所定値にまで低下した後の所定時
間における内部抵抗Ｒｓの変化量（図５参照）（２）前記所定時間における外気温度の平均値（３）前記所定時間における吸入空気流量（排気流量）
の平均値（４）前記所定時間における車速の平均値ステップＳ８２では、セカンドトリップ以降において、
上記（１）〜（４）の各項目を検出する。

【００６６】ステップＳ８３では、外気温度による補正
係数Ｋｔを、セカンドトリップ以降での平均外気温に基
づいて設定する。前記外気温度による補正係数Ｋｔは、
セカンドトリップ以降での平均外気温が、前記ファース
トトリップ時の平均外気温と同じであるときに1.0に、
前記ファーストトリップ時の平均外気温よりも低いと1.
0よりも大きな値に、前記ファーストトリップ時の平均
外気温よりも高いと1.0よりも小さい値に設定される。

【００６７】ステップＳ８４では、排気流量による補正
係数Ｋｑを、セカンドトリップ以降での平均吸入空気流
量に基づいて設定する。排気流量による補正係数Ｋｑ
は、セカンドトリップ以降での平均吸入空気流量が、前
記ファーストトリップ時の平均吸入空気流量と同じであ
るときに1.0に、前記ファーストトリップ時の平均吸入
空気流量よりも少ないと1.0よりも大きな値に、前記フ
ァーストトリップ時の平均吸入空気流量よりも多いと1.
0よりも小さい値に設定される。

【００６８】ステップＳ８５では、車速による補正係数
Ｋｖを、セカンドトリップ以降での平均車速に基づいて
設定する。車速による補正係数Ｋｖは、セカンドトリッ
プ以降での平均車速が、前記ファーストトリップ時の平
均車速と同じであるときに1.0に、前記ファーストトリ
ップ時の平均車速よりも低いと1.0よりも小さい値に、
前記ファーストトリップ時の平均車速よりも高いと1.0
よりも大きな値に設定される。

【００６９】ステップＳ８６では、セカンドトリップ以
降で求められた前記（１）の内部抵抗Ｒｓの変化量を、
前記外気温度による補正係数Ｋｔ，排気流量による補正
係数Ｋｑ及び車速による補正係数Ｋｖで補正設定する。内部抵抗Ｒｓの変化量＝内部抵抗Ｒｓの変化量×Ｋｔ×
Ｋｑ×ＫｖステップＳ８７では、前記補正設定されたセカンドトリ
ップ以降での内部抵抗Ｒｓの変化量と、ファーストトリ
ップ時の変化量との差が所定値以下であるか否かを判別
する。

【００７０】前記変化量の差が所定値以下であれば、ス
テップＳ８８へ進んで、触媒８に劣化はなく、所期の酸
素貯蔵能力を発揮するものと判定する。一方、前記変化
量の差が所定値を超える場合には、触媒８の劣化によっ
て反応熱が低下しているものと推定し、ステップＳ８９
へ進んで、触媒８の劣化を判定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。

【図２】実施の形態における空燃比センサの検出信号読
み込み回路及び電圧印加回路を示す回路図。

【図３】第１の実施形態における活性判定の様子を示す
フローチャート。

【図４】第１の実施形態における活性判定の様子を示す
フローチャート。

【図５】ヒータＯＮ時の内部抵抗変化を示すタイムチャ
ート。

【図６】ヒータ印加電圧のフィードバック制御時におけ
る内部抵抗変化を示すタイムチャート。

【図７】第２の実施形態における活性判定の様子を示す
フローチャート。

【図８】第３の実施形態における活性判定の様子を示す
フローチャート。

【図９】第４の実施形態における劣化判定の様子を示す
フローチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関５…燃料噴射弁６…点火栓７…排気通路８…触媒２０…コントロールユニット２３…エアフローメータ２７Ａ，２７Ｂ…空燃比センサ（排気センサ）４３…センサ素子４４…ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３５８Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢＦターム(参考） 3G084 EA05 EA07 EA11 EB11 EB22 FA00 FA03 FA28 3G091 AA02 AA17 AA24 AB03 BA32 EA00 EA01 EA05 EA07 EA08 EA16 EA21 EA29 EA34 EA39 FA05 HA36 HA37 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 AB07 CD06 CD08 DA01 DA02 DA08 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管に排気センサを備えてなる内燃機関の
触媒活性判定装置であって、前記排気センサの内部抵抗を検出し、該内部抵抗と該内
部抵抗の変化速度とに基づいて、前記触媒が活性状態で
あると判定することを特徴とする内燃機関の触媒活性判
定装置。
【請求項２】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管に排気センサを備える内燃機関の触媒
活性判定装置であって、前記排気センサの内部抵抗が所定値以下になってから所
定時間における前記内部抵抗の変化量を検出すると共
に、前記所定時間内における排気の総流量を検出し、前
記内部抵抗の変化量が前記排気の総流量に応じて設定さ
れる判定値以上であるときに、前記触媒が活性状態であ
ると判定することを特徴とする内燃機関の触媒活性判定
装置。
【請求項３】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管に排気センサを備えてなる内燃機関の
触媒活性判定装置であって、前記触媒が活性状態になったことが判定された後に、燃
料カットが所定時間以上継続して行われたことを少なく
とも条件として、前記活性状態の判定結果をキャンセル
し、前記排気センサの内部抵抗の測定結果に基づき触媒
の活性・非活性の判定を行わせることを特徴とする内燃
機関の触媒活性判定装置。
【請求項４】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管にヒータが付設される排気センサを備
え、前記排気センサの内部抵抗に基づいて前記ヒータの
印加電圧をフィードバック制御するよう構成された内燃
機関の触媒活性判定装置であって、前記触媒が活性状態になったことが判定された後に、燃
料カットが所定時間以上継続して行われたことを少なく
とも条件として、前記活性状態の判定結果をキャンセル
し、前記ヒータの印加電圧に基づき触媒の活性・非活性
の判定を行わせることを特徴とする内燃機関の触媒活性
判定装置。
【請求項５】燃料カットが所定時間以上継続して行わ
れ、かつ、燃料カット中の車速が所定以上であることを
条件に、前記活性状態の判定結果をキャンセルすること
を特徴する請求項３又は４記載の内燃機関の触媒活性判
定装置。
【請求項６】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管にヒータが付設される排気センサを備
え、前記排気センサの内部抵抗に基づいて前記ヒータの
印加電圧をフィードバック制御するよう構成された内燃
機関の触媒活性判定装置であって、前記内部抵抗の測定のためにヒータへの通電を一時的に
所定時間だけ停止している間における内部抵抗の変化量
が、そのときの排気流量に応じて設定される判定値より
も小さいときに、前記触媒の活性状態を判定することを
特徴とする内燃機関の触媒活性判定装置。
【請求項７】排気管に触媒が介装されると共に、該触媒
の下流側の排気管に、ヒータが付設された排気センサを
備える内燃機関の触媒劣化判定装置であって、前記触媒の非劣化時において前記ヒータによる加熱によ
って前記排気センサの内部抵抗が所定値以下になってか
ら所定時間における前記内部抵抗の変化量を、基準変化
量としてそのときの環境条件と共に記憶し、劣化の判定
を行うときに検出した前記内部抵抗の変化量を、前記基
準変化量を求めたときの環境条件とそのときの環境条件
との違いに基づいて補正し、該補正した変化量と前記基
準変化量との差が所定以上あるときに、前記触媒の劣化
を判定することを特徴とする内燃機関の触媒劣化判定装
置。
【請求項８】前記環境条件として、外気温度，車速，機
関排気流量のうちの少なくとも１つを含むことを特徴と
する請求項７記載の内燃機関の触媒劣化判定装置。