JP2007303287A - 排ガス浄化触媒の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上流側酸素センサの劣化による三元触媒の劣化の誤判定を防止して、該触媒の劣化を高精度に判定できる排ガス浄化触媒の劣化診断装置を提供することにある。
【解決手段】上流側リッチ／リーン反転回数ＮＦを算出する上流側反転回数演算手段と、前記ＮＦが所定値を下回った場合に、下流側リッチ／リーン判定レベルを大きく設定する下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段と、下流側Ｏ₂センサ４１の出力信号および前記大きく設定された下流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側／リーン側に反転する下流側反転回数ＮＲを算出する下流側反転回数演算手段と、内燃機関への吸入空気量が所定下限値以上かつ所定上限値以下の場合に周波数比ＮＲ／ＮＦを算出し、この周波数比ＮＲ／ＮＦが劣化判定所定値より大きい場合、三元触媒３９の劣化を判定する劣化判定手段とをＥＣＵ５０に備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化触媒の劣化診断装置に関し、特に排ガス浄化触媒の上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサを設けた装置に関する。

従来、自動車用ガソリンエンジン（内燃機関）の排気系には、排ガス中に含まれる有害物質の低減を図るため、酸化還元型の排ガス浄化触媒（以下、三元触媒と称する）が設けられている。

この三元触媒では、前記有害物質である炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化反応が起こる一方、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する還元反応が起こることにより、排ガスの浄化が行われている。

前記三元触媒の上流側および下流側には空燃比センサ（酸素センサ）がそれぞれ設けられており、これら酸素センサからの出力信号に基づき、該触媒の劣化を診断している（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の排気浄化触媒の劣化診断装置では、下流側Ｏ₂ センサの出力電圧ＶORに基づいて算出された平均値ＶORaveにヒステリシス定数αを加減算して上下の反転基準値ＴＨH ，ＴＨL を算出し、前記出力電圧ＶORがこれら反転基準値ＴＨH ，ＴＨL を横切った回数から下流側反転周波数ｆR を算出する一方、上流側Ｏ₂ センサの出力電圧ＶOFが閾値ＶTHを横切った回数から上流側反転周波数ｆF を算出し、前記上流側反転周波数ｆF および前記下流側反転周波数ｆR から反転周波数比ｆR/ｆF を算出し、前記反転周波数比ｆR/ｆF が所定値ＴHcを超えていた場合には、三元触媒が劣化したと判定している。

特開平８−２１８８５３号公報

しかしながら、上述した排気浄化触媒の劣化診断装置では、触媒の劣化を検出することができるものの、触媒の劣化を高精度に判定することが困難であった。

すなわち、特許文献１に記載の装置において、前記上下の反転基準値ＴＨH ，ＴＨLを小さくし前記平均値ＶORaveに近づけて触媒の劣化を判定する精度を向上させると、それに伴い、触媒が劣化していなくても上流側Ｏ₂センサの劣化により、空燃比およびフィードバックの補正量が過大になり、前記空燃比の振幅が増大し、前記上流側および下流側Ｏ₂センサからの出力信号が同期して、前記反転周波数比ｆR/ｆFが増加するため、触媒が劣化したと誤判定してしまう可能性があった。特に吸入空気量が多い場合には、触媒における排ガス浄化反応時間が短くなり、空燃比の振幅を吸収し難くなるため、本誤判定が発生する危険性が高い。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、上流側酸素センサの劣化による三元触媒の劣化の誤判定を防止して、該触媒の劣化を高精度に判定できる排ガス浄化触媒の劣化診断装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、内燃機関の排気通路における排ガス浄化触媒の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流側および下流側空燃比センサの出力信号に基づき前記排ガス浄化触媒の劣化を診断する排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、前記上流側空燃比センサの出力信号および上流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する上流側反転回数ＮＦを算出する上流側反転回数演算手段と、前記下流側空燃比センサの出力信号を平均してなる下流側リッチ／リーン判定レベル基準値と、下流側のリッチ／リーン判定を行う所定の幅を有する下流側リッチ／リーン判定レベルとを算出する基準値演算手段と、前記上流側反転回数ＮＦが所定値を下回った場合に、前記下流側リッチ／リーン判定レベルを大きく設定する下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段と、前記下流側空燃比センサの出力信号および前記下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段により大きく設定された下流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する下流側反転回数ＮＲを算出する下流側反転回数演算手段と、前記内燃機関への吸入空気量を算出する吸入空気量演算手段と、前記吸入空気量が所定下限値以上かつ所定上限値以下の場合に、前記上流側および下流側反転回数から周波数比ＮＲ／ＮＦを算出する周波数比演算手段と、前記周波数比ＮＲ／ＮＦが劣化判定所定値より大きい場合、排ガス浄化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。

上述した課題を解決する第２の発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、第１の発明に記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、前記劣化判定所定値が、前記吸入空気量演算手段により算出された吸入空気量の増加に伴って大きくなることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、第１または第２の発明に記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、前記所定値が、前記吸入空気量演算手段により算出された吸入空気量が少ないほど小さく設定されることを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、第１乃至第３の何れかの発明に記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、前記下流側リッチ／リーン判定レベルが、ステップ状に切り替えられることを特徴とする。

本発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置によれば、上流側反転回数が所定値を下回った場合に下流側リッチ／リーン判定レベルを大きく設定したので、上流側空燃比センサの劣化による三元触媒の劣化の誤判定を防止することができ、触媒の劣化を高精度に判定することができる。

また、本発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置によれば、吸入空気量に応じて劣化判定所定値が変わるため、触媒の劣化をより高精度に判定することができる。

以下に、本発明に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

以下に、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置につき、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置を有する内燃機関の概略構成図であり、図２は、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置における触媒劣化の診断手順を示すフローチャートであり、図３は、図２におけるＦｒＯ₂反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートであり、図４は、図２におけるＲｒＯ₂反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートであり、図５は、図２における吸入空気量算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートであり、図６は、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置が有する上流側Ｏ₂センサにおける吸入空気量とＦｒＯ₂反転回数ＮＦとの関係を示すグラフであり、図７は、図２における第２の周波数比判定基準を示すグラフであり、図８は、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置のタイムチャートである。図９は、触媒は正常でＦｒＯ₂が劣化した場合のＯ₂周波数比の一例を示すグラフである。なお、図３において、Ｒ／Ｌ Ｌｅｂｅｌは上流側リッチ／リーン判定レベルを示し、Ｒ／Ｌフラグはリッチ／リーン判定フラグを示し、Ｒはリッチを示し、Ｌはリーンを示す。図４において、ＴａＨは下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）を示し、ＴａＬは下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）を示し、ＲｒＯ₂Ｆは下流側リッチ／リーン判定レベル基準値を示す。

本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置は、内燃機関であるエンジン１１などを制御するエンジンの電子制御ユニットであるＥＣＵ５０に設けられる。

エンジン１１は、火花点火式ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結される。このシリンダブロック１３に複数のピストン１４が直列に配列され、上下動自在に嵌合される。シリンダブロック１２の下部にはクランクシャフト１５が回転自在に支持され、このクランクシャフト１５と各ピストン１４とがコネクティングロッド１６によりそれぞれ連結される。

シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３と各ピストン１４によって複数の燃焼室１７が構成され、この各燃焼室１７の両側に吸気ポート１８および排気ポート１９がそれぞれ連通される。この各吸気ポート１８および各排気ポート１９には吸気バルブ２０と排気バルブ２１の先端が臨み、燃焼室１７と各ポート１８，１９との開閉が行われる。吸気ポート１８にはインテークマニホールド２２を介して吸気管２３が連結され、排気ポート１９にはエキゾーストマニホールド２４を介して排気管２５が連結される。

各吸気管２３には気筒毎に燃料噴射弁２６が装着され、シリンダヘッド１３に点火プラグ２７が装着される。

点火プラグ２７は、点火コイル２８を介してＥＣＵ５０に接続される。この点火コイル２８により高電圧が点火プラグ２７に出力される。

エンジン１０には、出力軸回転数（出力軸回転速度）Ｎｅ等を検出するクランク角センサ２９、冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ３０が取り付けられる。

吸気管２３の中途部には、サージタンク３１が設けられる。この吸気管２３には、サージタンク３１の上流側に位置して、エアクリーナ３２、カルマン渦式のエアフローセンサ３３、電子制御スロットル弁３４、およびＩＳＣ（アイドルスピードコントローラ）３５が接続される。

吸気系には、電子制御スロットル弁３４の開度θＴＨを検出するスロットルポジションセンサ３６、大気圧Ｔａを検出する大気圧センサ３７、吸気ガスの温度Ｔａを検出する吸気温度センサ３８が接続される。

排気系には、排気管２５の下流側に位置して、三元触媒３９および図示しない消音装置が接続される。三元触媒３９の上流側および下流側には、上流側および下流側Ｏ₂センサ（空燃比センサ）４０，４１がそれぞれ設けられる。これらＯ₂センサ４０，４１は、三元触媒３９を通過する前の排ガス中の酸素、および当該触媒３９を通過した後の排ガス中の酸素にそれぞれ反応し、その濃度に応じて電圧を発生する。

一方、車室内に設置されたＥＣＵ５０には、図示しない入出力装置、多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備える。このＥＣＵ５０において、入力側には、クランク角センサ２９、水温センサ３０、カルマン渦式のエアフローセンサ３３、大気圧センサ３７、吸気温度センサ３８、Ｏ₂センサ４０，４１等が接続される。

また、出力側には、燃料噴射弁２６、点火コイル２８、ＩＳＣ３５等に接続されており、これらに向けて各種センサ類からの入力情報に基づき演算された最適値が出力される。さらに、ＥＣＵ５０では、燃料噴射および点火時期、ＩＳＣ３５等を制御する一方、Ｏ₂センサ４０，４１の出力信号に基づき三元触媒３８の劣化判定も実行される。車室内には警告灯４２が設置されており、ＥＣＵ５０にて三元触媒３８が劣化していると判定した時には警告灯４２を点灯し、運転者に注意が促される。

最初に、本実施例における燃料噴射制御について、簡単に説明する。
運転者がエンジン１１を始動すると同時に、ＥＣＵ５０による燃料噴射制御が実行される。この制御を開始すると、ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ３３およびクランク角センサ２９の出力信号に基づき一吸気行程あたりの吸気量情報Ａ／Ｎを求め、その値と目標空燃比（通常は、理論空燃比）とから基本燃料噴射時間ＴBASEを算出する。

次に、ＥＣＵ５０は、基本燃料噴射時間ＴBASEに対して、大気圧センサ３７および吸気温度センサ３８の出力信号に基づく補正を行うと共に、水温センサ３０およびスロットルポジションセンサ３６等の出力信号に基づき、更に暖機増量補正や加速増量補正等を行って燃料噴射時間ＴINJ を算出する。

そして、ＥＣＵ５０は、このようにして得た燃料噴射時間ＴINJ に対し、燃料噴射弁２６の開弁遅れを補完する無効噴射時間ＴD を加算した後に、図示しない燃料噴射弁ドライバを介して燃料噴射弁２６を駆動する。

ここで、上流側Ｏ₂センサ４０の活性化完了やエンジン１１が高負荷・高回転運転状態にないこと等、所定の運転条件が整うと、ＥＣＵ５０では、空燃比フィードバック制御が開始され、上流側Ｏ₂センサ４０の出力電圧ＶOFと所定の閾値ＶTH（例えば、０．５Ｖ）との大小を比較し、空燃比のフィードバック補正が行われる。

すなわち、上流側Ｏ₂センサ４０は、混合気の空燃比が理論空燃比（１４．７）となる前後で出力電圧ＶOFが最高電圧（例えば、１．０Ｖ）から最低電圧（例えば、０Ｖ）に急変するため、出力電圧ＶOFが閾値ＶTH（例えば、０．５Ｖ）を下回ったら、燃料噴射時間ＴINJ を徐々に長くしてリッチ側に移行させ、逆に出力電圧ＶOFが閾値ＶTHを上回ったら、燃料噴射時間ＴINJ を徐々に短くしてリーン側に移行させる。この結果、混合気の空燃比が常に理論空燃比の近傍に保持され、三元触媒３９による排気ガスの浄化が高い効率で行われることになる。

本実施例における空燃比フィードバック制御では、フィードバック補正係数の中心値が１．０となるように学習補正を行い、学習補正量を不揮発性ＲＡＭに収納する。そして、その学習補正量を用いることで、上述したオープンループ制御の精度を向上させると共に、フィードバック制御の立ち上がり時のずれ量を小さくしている。

以下、図２〜図５のフローチャートと図６〜図９のグラフを用いて、本実施例における触媒の劣化の診断手順を説明する。なお、図４，図８において、Ｈ１は上流側Ｏ₂センサ４０が正常時の下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）を示し、Ｌ１は上流側Ｏ₂センサ４０が正常時の下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）を示し、Ｈ２は上流側Ｏ₂センサ４０が劣化時の下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）を示し、Ｌ２は上流側Ｏ₂センサ４０が劣化時の下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）を示す。このように、下流側リッチ／リーン判定レベルは所定の幅を有している。図５中において、Ｑは吸入空気量を示す。図６において、黒三角は上流側Ｏ₂センサの正常時を示し、白丸は上流側Ｏ₂センサの劣化時を示し、実線および１点破線はそれぞれ上流側Ｏ₂センサの劣化判定値を示す。図７において、黒三角は上流側Ｏ₂センサ、触媒が共に正常時を示し、白丸は上流側Ｏ₂センサが正常で触媒が劣化時を示し、実線は従来の三元触媒の劣化判定値を示し、点線および１点破線は吸入空気量に応じて変わる触媒の劣化判定所定値を示す。図９において、黒三角は触媒は正常で上流側Ｏ₂センサ劣化時に下流側リッチ／リーン判定レベルが０．１Ｖの場合（上流側Ｏ₂センサ正常時の下流側リッチ／リーン判定レベル）を示し、白丸は触媒は正常で上流側Ｏ₂センサ劣化時に下流側リッチ／リーン判定レベルが０．２Ｖの場合（上流側Ｏ₂センサ劣化時の下流側リッチ／リーン判定レベル）を示し、点線は吸入空気量に応じて変わる触媒の劣化判定値を示す。

運転者がイグニッションスイッチをＯＮにしてエンジン１１が始動すると、図２〜図５の触媒劣化診断ルーチンが実行される。

このルーチンを開始すると、ＥＣＵ５０は、先ず図２のステップＳ１１にて、上流側Ｏ₂センサ４０から出力された電圧が所定値を横切った上流側反転回数ＮＦを算出する。

続いて、ステップＳ１２に進み、このステップにて、下流側Ｏ２センサから検出された酸素濃度に基づき出力された電圧から所定の範囲を上回ったり、下回ったりした下流側反転回数ＮＦを算出する。

続いて、ステップＳ１３に進み、このステップにて、エアフローセンサ３３にて検出された吸入空気量、およびスロットルポジションセンサ３６により検出された電子制御スロットル弁３４の開度θＴＨに基づき算出された吸入空気量Ｑａを算出する。

続いて、ステップＳ１４に進み、このステップにて、ステップＳ１１およびステップＳ１２にてそれぞれ算出されたＮＦ，ＮＲに基づきフロント／リヤＯ₂センサ周波数比Ｆを算出する。すなわち、前記周波数比Ｆは、Ｆ＝ＮＲ／ＮＦにて算出する。

続いて、ステップＳ１５に進み、このステップにて、前記周波数比Ｆに基づき三元触媒３９の正常の判定がされる。すなわち、前記周波数比Ｆが第１の所定周波数比Ｆ１（劣化判定所定値）より小さい場合には、ステップＳ２２に進み、前記周波数比Ｆが前記第１の所定周波数比Ｆ１（劣化判定所定値）と同じ、またはそれよりも大きい場合には、ステップＳ１６に進む。ここで、前記第１の所定周波数比Ｆ１としては、例えば、０．１が挙げられる。

ステップＳ１６にて、モニタ回数が判定される。すなわち、前記モニタ回数が所定値Ｘと同じである場合には、ステップＳ１７に進み、前記モニタ回数が前記所定値Ｘよりも少ない場合には、ステップＳ１１に戻る。

続いて、ステップＳ１７にて、前記周波数比Ｆの平均値Ｆａｖｅを算出する。すなわち、前記周波数比の平均値Ｆａｖｅは、Ｆａｖｅ＝ΣＦ／Ｘにて算出する。

続いて、ステップＳ１８に進む。このステップにて、吸入空気量の平均値Ｑａｖｅを算出する。すなわち、吸入空気量の平均値Ｑａｖｅは、Ｑａｖｅ＝ΣＱａ／Ｘにて算出する。

続いて、ステップＳ１９に進む。このステップにて、前記吸入空気量の平均値Ｑａｖｅに応じて第２の周波数比Ｆ２を算出する。前記第２の周波数比Ｆ２としては、所定の吸入空気量までは一定値となり、前記所定の吸入空気量より大きくなるとそれに比例して大きくなるような線分、および吸入空気量に応じて大きくなる線分、例えば、図７に示すように、点線からなる線分、および１点破線からなる線分などが挙げられる。

続いて、ステップＳ２０に進み、このステップにて、三元触媒３９の故障を判定する。すなわち、前記周波数比の平均値Ｆａｖｅが前記第２の周波数比Ｆ２より大きい場合には、ステップＳ２１に進み、前記Ｆａｖｅが前記第２の周波数比Ｆ２と同じ、またはそれよりも小さい場合には、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２１にて、三元触媒３９が故障であると判定して終了となる。

ステップＳ２２にて、三元触媒３９が正常であると判定して終了となる。

ここで、ステップＳ１１について、図３を用いて詳細に説明する。

最初に、ステップＳ３１にて、ｎ＝０と設定し、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２にて、モニタ条件を判定し、前記条件が成立した場合には、ステップＳ３３に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップＳ３１に戻る。

ここで、前記モニタ条件としては、空燃比フィードバック制御が実施されていること、エンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが所定範囲内にあること、両Ｏ₂センサ４０，４１が正常に作動していること等が挙げられる。

尚、ここでエンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが所定範囲内にあることを確認する理由は、これらが安定していないときには、排気ガスのＯ₂ 濃度も安定せず、正常なフィードバック制御が実施されないためであり、エンジン回転速度Ｎｅや吸入空気量Ｑが下式(1) 、(2) の範囲内にあることが条件となる。下式中、Ｎｅ１，Ｎｅ２，Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ判定閾値を示し、その具体的な値は、例えば、エンジン１が自動変速機に連結されている場合であれば、Ｎｅ１は１４００rpm、Ｎｅ２は３０００rpm、Ｑ１は１０g/sec、Ｑ２は３０g/secとなる。

Ｎｅ１＜Ｎｅ＜Ｎｅ２…(1)
Ｑ１＜Ｑ＜Ｑ２…(2)

ステップＳ３３にて、上流側Ｏ₂センサ４０での酸素濃度（電圧）ＦｒＯ₂が所定値である上流側リッチ／リーン判定レベルを超えたか判定する。すなわち、前記ＦｒＯ₂が前記上流側リッチ／リーン判定レベルより大きい場合には、ステップＳ３４に進み、前記ＦｒＯ₂が前記上流側リッチ／リーン判定レベルと同じ、または前記上流側リッチ／リーン判定レベルよりも小さい場合いは、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３４にて、Ｒ／ＬフラグをＲと設定し、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３５にて、Ｒ／ＬフラグをＬと設定し、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６にて、Ｒ／Ｌフラグの変化の有無を判定する。すなわち、前記Ｒ／ＬフラグがＲからＬ、またはＬからＲに反転した場合には、ステップＳ３７に進み、それ以外の場合である前記Ｒ／Ｌフラグが反転しない場合には、ステップＳ３８に進む。

ステップＳ３７にて、ｎに１を加算し、ステップＳ３８に進む。

ステップＳ３８にて、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップＳ３９に進み、所定時間経過しない場合には、ステップＳ３２に戻る。

ステップＳ３９にて、上流側Ｏ₂センサ４０における上流側反転回数ＮＦを算出する。すなわち、前記上流側反転回数ＮＦをｎと設定する。

ここで、ステップＳ１２について、図４を用いて詳細に説明する。

最初に、ステップＳ４１にて、ｍ＝０と設定し、ステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２にて、モニタ条件を判定し、前記条件が成立した場合には、ステップＳ４３に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップＳ４１に戻る。なお、このステップにおけるモニタ条件とは、上述したステップＳ３２におけるモニタ条件と同じであり、その説明を省略する。

ステップＳ４３にて、前記ＮＦが所定値より大きいか判定する。すなわち、前記ＮＦが前記所定値より大きい場合には、ステップＳ４４に進み、前記ＮＦが前記所定値と同じ、またはそれよりも小さい場合には、ステップＳ４５に進む。なお、前記所定値としては、図６における実線および１点破線などが挙げられる。

ステップＳ４４にて、下流側リッチ／リーン判定レベルを設定する。ここで、前記下流側リッチ／リーン判定レベルは所定のヒステリシスであって、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨをＨ１（例えば、０．１Ｖ）として設定し、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬをＬ１として設定し、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４５にて、下流側リッチ／リーン判定レベルを設定する。すなわち、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨをＨ２（＞Ｈ１）（例えば、０．２Ｖ）として設定し、前記下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬをＬ２（＜Ｌ１）として設定し、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６にて、下流側リッチ／リーン判定レベル基準値ＲｒＯ₂Ｆ（下流側Ｏ₂センサフィルタ値）を算出する。すなわち、前記基準値ＲｒＯ₂Ｆは、下流側Ｏ₂センサ４１の出力信号を平均して算出する。

続いて、ステップＳ４７に進み、このステップにて、下流側Ｏ₂センサ４１の出力信号ＲｒＯ₂が下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）を超えたか判定する。すなわち、前記ＲｒＯ₂が前記基準値ＲｒＯ₂Ｆと前記下流側リッチ／リーン判定レベルの上限値（リッチ側）ＴａＨとの和より大きい場合には、ステップＳ４９に進み、前記ＲｒＯ₂が前記基準値ＲｒＯ₂Ｆと前記ＴａＨとの和と同じ、または小さい場合には、ステップＳ４８に進む。

ステップＳ４８にて、下流側Ｏ₂センサの出力信号ＲｒＯ₂が下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）を超えたか判定する。すなわち、前記ＲｒＯ₂が前記基準値ＲｒＯ₂Ｆと前記下流側リッチ／リーン判定レベルの下限値（リーン側）ＴａＬとの差より小さい場合には、ステップＳ５０に進み、前記ＲｒＯ₂が前記基準値ＲｒＯ₂Ｆと前記ＴａＬとの差と同じ、または大きい場合には、ステップＳ５１に進む。

ステップＳ４９にて、リッチ／リーン反転フラグ（Ｒ／Ｌフラグ）をリッチＲと設定し、ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５０にて、Ｒ／ＬフラグをリーンＬと設定し、ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５１にて、Ｒ／Ｌフラグを更新せず、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５２にて、Ｒ／Ｌフラグの変化の有無を判定する。すなわち、前記Ｒ／ＬフラグがＲからＬ、またはＬからＲに反転した場合には、ステップＳ５３に進み、それ以外の場合である前記Ｒ／Ｌフラグが反転しない場合には、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５３にて、ｍに１を加算し、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４にて、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップＳ５５に進み、所定時間経過しない場合には、ステップＳ４２に戻る。

ステップＳ５５にて、下流側Ｏ₂センサ４１における下流側反転回数ＮＲを算出する。すなわち、前記下流側反転回数ＮＲをｍと設定する。

ここで、ステップＳ１３について、図５を用いて詳細に説明する。

最初に、ステップＳ６１にて、ｋ＝０と設定し、ステップＳ６２に進む。

ステップＳ６２にて、吸入空気量の総和ΣＱ＝０と設定し、ステップＳ６３に進む。

ステップＳ６３にて、モニタ条件を判定し、前記条件が成立した場合には、ステップＳ６４に進み、前記条件が不成立の場合には、ステップＳ６１に戻る。なお、このステップにおけるモニタ条件とは、上述したステップＳ３２におけるモニタ条件と同じであり、その説明を省略する。

ステップＳ６４にて、吸入空気量の総和ΣＱに今回の吸入空気量Ｑを加算する。

続いて、ステップＳ６５に進み、このステップにて、ｋに１を加算し、ステップＳ６６に進む。

ステップＳ６６にて、所定時間経過したか判定する。所定時間経過した場合には、ステップＳ６７に進み、所定時間経過しない場合には、ステップＳ６３に戻る。

ステップＳ６７にて、平均吸入空気量Ｑａを算出する。すなわち、前記平均吸入空気量Ｑａは、Ｑａ＝ΣＱ／ｋにて算出する。

なお、ＥＣＵ５０は、三元触媒３９が劣化している判定すると、それに対応する故障コードをＲＡＭに記憶する。これにより、修理をする際には、前記故障コードを読み出すことで簡易に故障内容を知ることができ、三元触媒３９の交換などの対応を迅速に行うことができる。

すなわち、上述したＥＣＵ５０は、上流側Ｏ₂センサ４０の出力信号ＦｒＯ₂および上流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する上流側反転回数ＮＦを算出する上流側反転回数演算手段と、下流側Ｏ₂センサ４１の出力信号ＲｒＯ₂を平均化してなる下流側リッチ／リーン判定レベル基準値ＲｒＯ₂Ｆと、下流側のリッチ／リーン判定を行う所定の幅を有する下流側リッチ／リーン判定レベルを算出する基準値演算手段と、上流側反転回数ＮＦが所定値を下回った場合に、前記下流側リッチ／リーン判定レベルを大きく設定する下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段と、前記基準値演算手段に設けられ前記基準値ＲｒＯ₂Ｆに前記下流側リッチ／リーン判定レベルを加算して下流側リッチ／リーン判定レベル（リッチ側）を算出し、前記基準値ＲｒＯ₂Ｆから前記下流側リッチ／リーン判定レベルを減算して下流側リッチ／リーン判定レベル（リーン側）を算出する下流側リッチ／リーン判定レベル演算手段と、下流側Ｏ₂センサ４１および前記下流側リッチ／リーン判定レベル演算手段により大きく設定された下流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する下流側反転回数ＮＲを算出する下流側反転回数演算手段と、前記内燃機関への吸入空気量を算出する吸入空気量演算手段と、前記吸入空気量が所定下限値以上かつ所定上限値以下の場合に、前記上流側および下流側反転回数から周波数比ＮＲ／ＮＦを算出する周波数比演算手段と、前記周波数比ＮＲ／ＮＦからその平均値Ｆａｖｅを算出する平均値演算手段と、前記周波数比の平均値Ｆａｖｅが劣化判定所定値より大きい場合、三元触媒３９の劣化を判定する劣化判定手段とを備える。

このようなフローにて動作する排ガス浄化触媒の劣化診断装置では、例えば、図８に示すように、上流側Ｏ₂センサ４０からの出力信号ＦｒＯ₂の周期に応じて、下流側リッチ／リーン判定レベルが二段階（ステップ状）に調整される。このように下流側リッチ／リーン判定レベルをステップ状に切り替えることにより、装置自身の計算負荷を軽減させることができる。

したがって、本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置によれば、上流側反転回数ＮＦが所定値を下回った場合に、下流側リッチ／リーン判定レベルをより大きい値に切り替えるようにしたので、図９に示すように、上流側Ｏ₂センサ４０の劣化による三元触媒３９の劣化の誤判定を防止することができ、この触媒３９の劣化を高精度に判定することができる。

三元触媒３９の劣化を判定する劣化判定所定値Ｆ２は、吸入空気量に応じて変わることにより、上流側Ｏ₂センサの劣化による三元触媒３９の劣化の誤判定をさらに防止することができ、触媒３９の劣化をより高精度に判定することができる。

さらに、前記下流側リッチ／リーン判定レベルヒステリシス定数切り替え判定用の上流側反転回数を、前記吸入空気量の増加に伴って大きくすれば、上流側Ｏ₂センサ４０の劣化がより適切に判定されるようになり、上流Ｏ₂センサ４０の劣化による三元触媒３９の劣化の誤判定をより一層防止することができ、触媒３９の劣化をより一層高精度に判定することができる。

本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置を有する内燃機関の概略構成図である。 本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置における触媒劣化の診断手順を示すフローチャートである。 図２におけるＦｒＯ₂反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。 図２におけるＲｒＯ₂反転回数算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。 図２における吸入空気量算出ステップの詳細な手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置が有する上流側Ｏ₂センサにおける吸入空気量とＦｒＯ₂反転回数ＮＦとの関係を示すグラフである。 図２における第２の周波数比判定基準を示すグラフである。 本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化触媒の劣化診断装置のタイムチャートである。 触媒は正常でＦｒＯ₂が劣化した場合のＯ₂周波数比の一例を示すグラフである。

符号の説明

１１ エンジン
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１４ ピストン
１５ クランクシャフト
１６ コネクティングロッド
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
２０ 吸気バルブ
２１ 排気バルブ
２２ インテークマニホールド
２３ 吸気管
２４ エキゾーストマニホールド
２５ 排気管
２６ 燃焼噴射弁
２７ 点火プラグ
２８ 点火コイル
２９ クランク角センサ
３０ 水温センサ
３１ サージタンク
３２ エアクリーナ
３３ エアフローセンサ
３４ 電子制御スロットル
３５ ＩＳＣ
３６ スロットルポジションセンサ
３７ 大気圧センサ
３８ 吸気温度センサ
３９ 三元触媒
４０ 上流側Ｏ₂センサ
４１ 下流側Ｏ₂センサ
４２ 警告灯
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路における排ガス浄化触媒の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流側および下流側空燃比センサの出力信号に基づき前記排ガス浄化触媒の劣化を診断する排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、
   前記上流側空燃比センサの出力信号および上流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する上流側反転回数ＮＦを算出する上流側反転回数演算手段と、
   前記下流側空燃比センサの出力信号を平均してなる下流側リッチ／リーン判定レベル基準値と、下流側のリッチ／リーン判定を行う所定の幅を有する下流側リッチ／リーン判定レベルとを算出する基準値演算手段と、
   前記上流側反転回数ＮＦが所定値を下回った場合に、前記下流側リッチ／リーン判定レベルを大きく設定する下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段と、
   前記下流側空燃比センサの出力信号および前記下流側リッチ／リーン判定レベル調整手段により大きく設定された下流側リッチ／リーン判定レベルに基づきリッチ側またはリーン側からリーン側またはリッチ側に反転する下流側反転回数ＮＲを算出する下流側反転回数演算手段と、
   前記内燃機関への吸入空気量を算出する吸入空気量演算手段と、
   前記吸入空気量が所定下限値以上かつ所定上限値以下の場合に、前記上流側および下流側反転回数から周波数比ＮＲ／ＮＦを算出する周波数比演算手段と、
   前記周波数比ＮＲ／ＮＦが劣化判定所定値より大きい場合、排ガス浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備えた
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒の劣化診断装置。
2. 請求項１に記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、
   前記劣化判定所定値は、前記吸入空気量演算手段により算出された吸入空気量の増加に伴って大きくなる
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒の劣化診断装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、
   前記所定値は、前記吸入空気量演算手段により算出された吸入空気量が少ないほど小さく設定される
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒の劣化診断装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載された排ガス浄化触媒の劣化診断装置であって、
   前記下流側リッチ／リーン判定レベルは、ステップ状に切り替えられる
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒の劣化診断装置。

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