JP2009216067A

JP2009216067A - 触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法

Info

Publication number: JP2009216067A
Application number: JP2008063396A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kusumoto; 潤一楠本
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-24

Abstract

【課題】ＣＰＵの処理負荷を軽減しながらも、適切に触媒の劣化を検知できる触媒劣化判定装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気系３に設置された排ガス浄化触媒１７の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサ１８からの入力信号Ａ１及び前記排ガス浄化触媒１７の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサ１９からの入力信号Ｂ１の夫々を矩形波Ａ２、Ｂ２に変換する波形整形回路４６０ａ、４６０ｂと、前記波形整形回路４６０ａ、４６０ｂで波形整形された両信号の信号レベルの一致不一致を比較する比較回路４６３と、前記比較回路４６３の出力信号Ａ５に基づいて信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号を、前記排ガス浄化触媒１７の劣化度を判定可能な判定信号Ａ６として生成する判定信号生成回路４６４を触媒劣化判定装置４６に備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設置された排ガス浄化触媒の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサからの入力信号及び前記排ガス浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサからの入力信号に基づいて、排ガス浄化触媒の劣化状態を判定する触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法に関する。

内燃機関に供給される燃料と空気の混合比を設定空燃比に制御しながら、排ガス系に配設された触媒の劣化判断を行なうことを目的とした触媒の劣化診断装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、排気ガス浄化用触媒を備えた内燃機関の制御装置における触媒の劣化診断装置であって、その出力信号に応じて機関への燃料の供給量を調整すべく触媒の上流側に設けた酸素濃度センサと、触媒の下流側に設けた酸素濃度センサと、両センサの出力信号を比較してこの触媒の転換効率を求める触媒転換効率判定装置と、転換効率から触媒の劣化度を求める触媒劣化度判定装置とを有する触媒の劣化診断装置が提案されている。

また、特許文献２には、空燃比センサの性能バラツキを考慮して、触媒劣化を安定して精度よく検出できる検出方法として、少なくとも、排気ガスを浄化するために設けられた触媒コンバータと、該触媒コンバータの上流側及び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特定成分濃度を検出する空燃比センサと、該空燃比センサの出力を該出力波形の軌跡比に基づいて処理して信号を出力する制御装置と、該制御装置からの前記信号を受けて作動する触媒劣化警報手段からなり、しかも前記上流側空燃比センサの応答性よりも、前記下流側空燃比センサの応答性の方が、２０以上１００％以下の範囲で応答性の遅い空燃比センサとすることで触媒の劣化を検知する触媒劣化検知法が提案されている。
特開平０５−１４１２２７号公報特開平０８−１８９３４３号公報

しかし、近年、車両の内燃機関を制御する電子制御装置（以下、本明細書では単に、「ＥＣＵ」と記す。）では、複雑化する内燃機関に対応して様々な機能が付加されるようになり、ＥＣＵに組み込まれたＣＰＵが処理すべきタスクも増加の一方を辿っているため、設定された処理時間内に必要なタスクが処理できない事態に到る虞が生じつつある。

そのようなタスクの一つに上述した触媒劣化検知処理が含まれ、ＣＰＵの処理負荷を軽減するべく、一層の改良が要請されている。

本発明は、上述の問題に鑑み、ＣＰＵの処理負荷を軽減しながらも、適切に触媒の劣化を検知できる触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明による触媒劣化判定装置の特徴構成は、内燃機関の排気系に設置された排ガス浄化触媒の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサからの入力信号及び前記排ガス浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサからの入力信号の夫々を矩形波に変換する波形整形回路と、前記波形整形回路で波形整形された両信号の信号レベルの一致不一致を比較する比較回路と、前記比較回路の出力信号に基づいて信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号を、前記排ガス浄化触媒の劣化度を判定可能な判定信号として生成する判定信号生成回路を備えて構成される点にある。

上述の構成によれば、ＥＣＵに組み込まれたＣＰＵは、第一または第二の酸素濃度センサからの入力信号を演算処理することなく、判定信号生成回路により生成される判定信号に基づき、小さな処理負荷で触媒劣化を検知することができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、ＣＰＵの処理負荷を軽減しながらも、適切に触媒の劣化を検知できる触媒劣化判定装置を提供することができるようになった。

以下、本発明による触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法について説明する。

本発明による触媒劣化判定装置を有する車両には、内燃機関の一例であるガソリンエンジンが搭載されている。前記エンジンの主要部は、図１に示すように、シリンダやピストンを備えた内燃部１と、内燃部１に連通した吸気部２及び排気部３により構成され、エンジン制御部であるＥＣＵ４により制御される。

内燃部１は、吸気部２からシリンダ内に吸入した燃料と空気の混合気体を点火プラグ１２の火花により着火して燃焼させることにより得られるエネルギーを動力に変換する。

吸気部２では吸入口から吸入されてエアフィルタにより浄化された空気とインジェクタ１５から噴射された燃料が吸気管１０内で混合され、混合気体として吸気部２から内燃部１に供給される。

排気部３は、内燃部１で混合気体が燃焼されて発生したガス（以下、「排ガス」と記載する。）を外部へ排出するように構成され、排ガスの通路となる排気菅１６と、排ガスに含まれる有害成分であるハイドロカーボンＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘを酸化または還元除去する三元触媒でなる排ガス浄化触媒１７と、排ガス浄化触媒１７の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサ１８と、排ガス浄化触媒１７の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサ１９を備えて構成される。

排ガス浄化触媒１７は、ある程度の酸素を吸蔵することができ、排ガス中に含まれるＮＯｘを活性化して還元させると共に、その還元の過程で放出された酸素を吸蔵し、排ガス中に含まれるＨＣやＣＯなどの未燃成分を活性化させて吸蔵している酸素を放出して酸化させることで、排ガスを浄化するように構成される。

第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９は、排気管１６の内部に向けて突設され、図２に示すように、断面がコ字形状で、その周壁にカバー内外を連通する多数の小孔１８０、１９０が形成されたカバー１８１、１９１と、空燃比がリーン領域またはリッチ領域における酸素濃度に対応する限界電流を発生するセンサ本体１８２、１９２と、ヒータ１８３、１９３から構成され、センサ本体１８２、１９２は、有低筒状の固体電解質層１８２ａ、１９２ａの、外表面に排気ガス側電極層１８２ｂ、１９２ｂが固着され、内表面に大気側電極層１８２ｃ、１９２ｃが固着され、排気ガス側電極層１８２ｂ、１９２ｂの外側に拡散抵抗層１８２ｄ、１９２ｄがプラズマ溶射されている。

ヒータ１８３、１９３は大気側電極層１８２ｃ、１９２ｃの内側に収容されており、その発熱によりセンサ本体１８２、１９２が４００℃程度に加熱される活性化され、第一及び第二の酸素センサ１８、１９による排ガス中の酸素濃度の検出が可能となる。活性化された第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９の出力電圧は、酸素濃度と正の相関を有し、排ガス中の酸素濃度が高いときに高く、酸素濃度が低いときに低く出力される。また、排ガスが排ガス浄化触媒１７を通過することに起因して、第二の酸素濃度センサ１９から出力される信号Ｂ１は、第一の酸素濃度センサ１８から出力される信号Ａ１に対して相対的な位相遅れを有する。ここで、ヒータ１８３、１９３への通電は同時に開始されるように構成されるため、第一及び第二の酸素センサ１８、１９は略同時期に活性化される。

ＥＣＵ４は、図３に示すように、マイクロコンピュータ４０と、本発明における触媒劣化判定装置としての触媒劣化判定用回路４６などの周辺回路を備えて構成され、マイクロコンピュータ４０及び前記周辺回路により、車両の走行状態に応じてエンジンを駆動制御する。マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１の動作プログラムが格納されたＲＯＭ４２と、ＣＰＵ４１の作業領域となるＲＡＭ４３と、入出力Ｉ／Ｆ回路４４と、Ａ／Ｄコンバータ４５などを備えて構成される。

入出力Ｉ／Ｆ回路４４は、第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９などの各種センサからの信号をＣＰＵ４１に入力し、インジェクタ１５や点火プラグ１２に対するイグナイタ１２ａなどのアクチュエータへの制御信号を出力するように構成され、Ａ／Ｄコンバータ４５は、ＣＰＵ４１からの指示に基づいて動作し、センサなどから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ４１に入力するように構成される。

ＥＣＵ４は、排ガス浄化触媒１７に吸蔵可能な酸素容量の関係から排ガスの浄化率が低下することのないよう、第一の酸素濃度センサ１８の出力信号Ａ１と第二の酸素濃度センサ１９の出力信号Ｂ１に基づき、排ガス中の酸素濃度が高いときには、吸気部２から吸入される混合気体の空燃比が理想空燃比より高いリッチ状態となるように、排ガス中の酸素濃度が低いときには、前記空燃比が前記理想空燃比より低いリーン状態となるように制御するように構成される。ＥＣＵ４により、前記空燃比は第一の酸素濃度センサ１８からの出力信号Ａ１に基づいてフィードバック制御され、第二の酸素濃度センサ１９からの出力信号Ｂ１に基づいて前記フィードバック制御量が補正される。

ＥＣＵ４により制御された空燃比の混合気体が内燃部１で燃焼されて排出された排ガス中の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサ１８から出力される信号Ａ１が、図４（ａ）に示すように、ハイレベルとローレベルを繰り返すとき、排ガス中に含まれ、またはＮＯｘの還元により発生した酸素は排ガス浄化触媒１７に吸蔵され、また、排ガス中に含まれ、または排ガス浄化触媒１７に吸蔵された酸素はＨＣまたはＣＯを酸化するため、排ガス浄化触媒１７を通過した排ガス中の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサ１９から出力される信号Ｂ１は、図４（ｂ）に示すように、第二の酸素濃度センサ１９及び排ガス浄化触媒１７が共に正常に動作している状態（ケース３）であれば、第一の酸素濃度センサ１８から出力される信号Ａ１より長い周期でハイレベルとローレベルを繰り返す。

しかし、吸蔵可能な酸素容量が低下するなど排ガス浄化触媒１７が劣化している（ケース１、２）場合には、信号Ｂ１は、信号Ａ１と略同等の周期でハイレベルとローレベルを繰り返す。また、第二の酸素濃度センサ１９が劣化している（ケース２、４）ときには、出力信号Ｂ１の信号レベルは小さくなる。

ＥＣＵ４は、触媒劣化判定用回路４６から出力される判定信号Ａ６に基づき、排ガス浄化触媒１７の劣化度を判定するように構成される。

触媒劣化判定用回路４６は、図５に示すように、前記内燃機関であるガソリンエンジンの排気系である排気部３に設置された排ガス浄化触媒１７の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサ１８からの入力信号Ａ１を矩形波に変換する波形整形回路４６０ａ及び排ガス浄化触媒１７の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサ１９からの入力信号Ｂ１を矩形波に変換する波形整形回路４６０ｂと、波形整形回路４６０ａ、４６０ｂで波形整形された両信号の信号レベルの一致不一致を比較する比較回路４６３と、比較回路４６３の出力信号Ａ５に基づいて信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号を、排ガス浄化触媒１７の劣化度を判定可能な判定信号Ａ６として生成する判定信号生成回路４６４を備えて構成される。

波形整形回路４６０ａはコンパレータＣＭＰ４６０ａにより、波形整形回路４６０ｂはコンパレータＣＭＰ４６０ｂにより構成され、コンパレータＣＭＰ４６０ａの反転入力端子には基準電圧Ｖ４６０ａが、非反転入力端子には第一の酸素濃度センサ１８の出力信号Ａ１が入力され、コンパレータＣＭＰ４６０ａからは、信号Ａ１が基準電圧Ｖ４６０ａより高いとき、プルアップ抵抗Ｒ４６０ａによりプルアップされたハイレベルの信号が出力され、信号Ａ１が基準電圧Ｖ４６０ａより低いとき、ローレベルの信号が出力される。コンパレータＣＭＰ４６０ｂの反転入力端子には基準電圧Ｖ４６０ｂが、非反転入力端子には第二の酸素濃度センサ１９の出力信号Ｂ１が入力され、コンパレータＣＭＰ４６０ｂからは、信号Ｂ１が基準電圧Ｖ４６０ｂより高いとき、プルアップ抵抗Ｒ４６０ｂによりプルアップされたハイレベルの信号が出力され、信号Ｂ１が基準電圧Ｖ４６０ｂより低いとき、ローレベルの信号が出力される。

ところで、第二の酸素濃度センサ１９からの出力信号Ｂ１は、第一の酸素濃度センサ１８からの出力信号Ａ１に対して相対的な位相遅れを有しているため、コンパレータ４６０ｂから出力される信号Ｂ２も、コンパレータ４６０ａから出力される信号Ａ２に対して、排ガスを浄化する排ガス浄化触媒１７に起因する相対的な位相遅れ、即ち、時間のずれを有する。

そこで、触媒劣化判定用回路４６は、比較回路４６３の前段に、第一の酸素濃度センサ１８からの入力信号Ａ１と第二の酸素濃度センサ１９からの入力信号Ｂ１の相対的な位相遅れを補償する位相補償回路４６１を備え、位相補償回路４６１により信号Ａ２を所定時間遅延させて前記位相遅れを補償するように構成される。

位相補償回路４６１は、固定の抵抗値を有する抵抗Ｒ４６１と固定の静電容量を有するコンデンサＣ４６１から構成され、抵抗Ｒ４６１の抵抗値とコンデンサＣ４６１の静電容量から定まる時定数でなる所定時間、入力信号を遅延させる遅延回路でなり、波形整形回路４６０ａから出力される信号Ａ２を前記所定時間遅延させて、排ガスが排ガス浄化触媒１７を通過することで信号Ａ２に対して生じる信号Ｂ２の相対的な位相遅れを補償するように構成される。

抵抗Ｒ４６１の抵抗値及びコンデンサＣ４６１の静電容量は、例えば、前記所定時間が、エンジン回転数が３０００回転の通常運転時における前記位相遅れを補償する時間となるような固定の値に設定されている。位相補償回路４６１の出力信号は、位相補償回路４６１により変動した信号レベルがコンパレータＣＭＰ４６０ｂの出力信号Ｂ２の信号レベルと一致するようにバッファＢ４６２により調整されて信号Ａ３として出力される。

位相補償回路４６１により信号Ｂ２に生じた信号Ａ２に対する相対的な位相遅れは補償されるため、信号Ａ２の周期と信号Ｂ２の周期が略同等となる排ガス浄化触媒１７の異常時には信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致する時間は不一致である時間に較べて長い。しかし、信号Ａ２の周期より信号Ｂ２の周期が長い排ガス浄化触媒１７の正常時には信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致する時間は不一致である時間と略同等となる。

比較回路４６３はＸＯＲ回路Ｇ４６３及びインバータＩＶ４６３から構成され、ＸＯＲ回路Ｇ４６３はバッファＢ４６２から出力された信号Ａ３とコンパレータＣＭＰ４６０ｂから出力された信号Ｂ２の排他論理和の論理レベル、即ち、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致するときにはローレベルで、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが不一致であるときにはハイレベルで信号Ａ４を出力するように構成され、ＸＯＲ回路Ｇ４６３の出力信号Ａ４はインバータＩＶ４６３により論理レベルが反転された信号Ａ５として出力される。

即ち、比較回路４６３は、ＸＯＲ回路Ｇ４６３及びインバータＩＶ４６３でなるＸＮＯＲ回路により構成され、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致するときにはハイレベルで、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが不一致であるときにはローレベルで信号Ａ５を出力するように構成される。よって、排ガス浄化触媒１７が異常であるときには比較回路４６３からの信号Ａ５は略ハイレベルで出力され、排ガス浄化触媒１７が正常であるときには比較回路４６３からの信号Ａ５は、ハイレベルとローレベルが略同等に出力される。

判定信号生成回路４６４は、抵抗Ｒ４６４とコンデンサＣ４６４から構成され、比較回路４６３の出力信号Ａ５を積分する積分回路でなり、比較回路４６３の出力信号Ａ５のハイレベルとローレベルの相対時間比で出力が変動するように構成される。信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致して比較回路４６３から出力される信号Ａ５がハイレベルのときには、コンデンサＣ４６４が充電されて判定信号Ａ６の信号レベルは上昇し、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが不一致であり比較回路４６３から出力される信号Ａ５がローレベルのときには、コンデンサＣ４６４が放電されて判定信号Ａ６の信号レベルは下降する。

よって、比較回路４６３からの信号Ａ５が長い時間ハイレベルで出力され、相対的に短い時間ローレベルで出力される排ガス浄化触媒１７の異常時には、コンデンサＣ４６４の充電時間は放電時間よりも長く、判定信号生成回路４６４の出力信号レベルは徐々に増加し、比較回路４６３からの信号Ａ５のハイレベルとローレベルが略同等の時間で出力される排ガス浄化触媒１７の正常時には、コンデンサＣ４６４の充電時間と放電時間は略等しく、判定信号生成回路４６４の出力信号レベルは一定の範囲内で上昇下降を繰り返す。

マイクロコンピュータ４０は、Ａ／Ｄコンバータ４５を介して判定信号Ａ６の信号レベルを監視し、前記信号レベルが予め設定された触媒劣化判定閾値を超えたときに、排ガス浄化触媒１７が劣化状態にあると判定するように構成される。ここで、前記触媒劣化判定閾値は前記一定の範囲より高い値に設定される。

ところで、センサ本体１８２、１９２が十分に加熱されておらず不活性状態にあるとき、第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９は酸素濃度の検出を行うことができず、夫々からはローレベルの信号Ａ１、Ｂ１が出力されるため、比較回路４６３からはハイレベルの出力信号Ａ５が出力され、判定信号生成回路４６４のコンデンサＣ４６４は放電されることなく充電される。従って、判定信号Ａ６の信号レベルは増加を続けて前記触媒劣化判定閾値を超え、実際の排ガス浄化触媒１７の劣化度に関わらず、マイクロコンピュータ４０により排ガス浄化触媒１７は劣化状態にあると判定されてしまう。

そこで、触媒劣化判定用回路４６には、第一の酸素濃度センサ１８が不活性状態であるときに、判定信号生成回路４６４の出力をリセットするスイッチ回路４６５が備えられる。スイッチ回路４６５はスイッチングトランジスタＱ４６５で構成される。

マイクロコンピュータ４０は、バッファ４６３から出力された信号Ａ３の信号レベルに基づいて第一の酸素濃度センサ１８の活性、不活性を判定するように構成され、第一の酸素濃度センサ１８が不活性状態であると判定するとスイッチングトランジスタＱ４６５のベースにハイレベルの信号を出力するように構成され、スイッチングトランジスタＱ４６５を介して、コンデンサＣ４６４の電荷が放電されて判定信号生成回路４６４がリセットされ、リセットされた判定信号生成回路４６４からはローレベルの判定信号Ａ６が出力される。

よって、判定信号Ａ６の信号レベルが前記触媒劣化判定閾値を超えることはなく、第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９が不活性状態にあるときにおける、判定信号生成回路４６４からの誤った判定信号Ａ６に基づくマイクロコンピュータ４０による排ガス浄化触媒１７の劣化度に対する誤判定が防止される。ここで、マイクロコンピュータ４０は、信号Ａ３の信号レベルがローレベルに維持された状態にあるときには第一の酸素濃度センサ１８は不活性状態にあると判定し、信号Ａ３の信号レベルが変動し始めると活性状態にあると判定するように構成される。

触媒劣化判定用回路４６による判定信号Ａ６の生成、及び、マイクロコンピュータ４０による排ガス浄化触媒１７の触媒劣化判定方法について、図６に示すフローチャート、及び、図７を用いて説明する。

マイクロコンピュータ４０により、第一の酸素濃度センサ１８が不活性状態にあると判定されると（Ｓ１）、スイッチ回路４６５により判定信号生成回路４６４がリセットされてローレベルの判定信号Ａ６が出力され（Ｓ２）、マイクロコンピュータ４０により排ガス浄化触媒１７の劣化状態にあると判定されることが防止される。

マイクロコンピュータ４０により、第一の酸素濃度センサ１８が活性状態にあると判定されると（Ｓ１）、第一の酸素濃度センサ１８からの入力信号Ａ１、及び第二の酸素濃度センサ１９からの入力信号Ｂ１は夫々、コンパレータＣＭＰ４６０ａ、ＣＭＰ４６０ｂにより基準電圧Ｖ４６０ａ及び基準電圧Ｖ４６０ｂを基準としてハイレベルとローレベルを繰り返す矩形波Ａ２及び矩形波Ｂ２に変換される（Ｓ３）。ここで、入力信号Ａ１、Ｂ１には、排ガスが排ガス浄化触媒１７を通過することに起因する相対的な位相遅れ、即ち、時間のずれΔｔが生じている。また、排ガス浄化触媒１７の正常時には、入力信号Ｂ１は入力信号Ａ１よりも長い周期でハイレベルとローレベルを繰り返す。

矩形波Ａ２は、遅延回路４６１により所定時間遅延され、信号Ａ３として出力される（Ｓ４）。遅延回路４６１により遅延される前記所定時間は、矩形波Ａ２と矩形波Ｂ２の相対的な位相遅れを補償するように設定されるものであるが、固定の値をとるために、走行状況やエンジン負荷などによっては矩形波Ｂ２と信号Ａ３の位相ずれ、即ち、時間のずれΔｔと若干の誤差が生じることがある。

比較回路４６３では、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルの一致不一致を比較するＸＯＲ回路Ｇ４６３により信号Ａ３と信号Ｂ２の排他論理和の論理レベルで信号Ａ４が出力され（Ｓ５）、インバータＩＶ４６３により論理レベルが反転された信号Ａ５が出力される（Ｓ６）。排ガス浄化触媒１７の劣化時には、信号Ａ３と信号Ｂ２は略一致するため、信号Ａ５は基本的にはハイレベルで出力されるが、信号Ａ２と信号Ｂ２に時間のずれΔｔがあるときには当該時間のずれΔｔの期間、ローレベルで出力される。排ガス浄化触媒１７の正常時には、信号Ｂ２の周期は信号Ａ３の周期より長く、信号Ａ５は略等間隔のデューティ比でハイレベルとローレベルを繰り返して出力される。

比較回路４６３からの出力信号Ａ５を積分する判定信号生成回路４６４により、信号Ａ３と信号Ｂ２の信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号が、排ガス浄化触媒１７の劣化度を判定可能な判定信号Ａ６として生成される（Ｓ７）。

排ガス浄化触媒１７の劣化時には、判定信号Ａ６は、基本的にハイレベルで出力されており、また、信号Ａ３と信号Ｂ２に時間のずれΔｔがあるときでもローレベルで出力される時間よりもハイレベルで出力される時間が長いため、判定信号生成回路４６４のコンデンサＣ４６４の充電時間は放電時間よりも長く、判定信号生成回路４６４の出力する信号レベルは徐々に高くなっていく。

排ガス浄化触媒１７の正常時には、判定信号Ａ６は、ローレベルで出力される時間とハイレベルとして出力される時間が略同等であるため、判定信号生成回路４６４のコンデンサＣ４６４は、ハイレベルの時間充電されても、ローレベルの時間で十分に放電され、コンデンサＣ４６４の電荷が増加し続けることはなく、判定信号生成回路４６４の出力する信号レベルは触媒劣化判定閾値以下の一定の範囲内で増加し、下降する。

マイクロコンピュータ４０に入力された判定信号Ａ６は、Ａ／Ｄコンバータ４５を介してデジタル化されてＣＰＵ４１に入力され、ＣＰＵ４１により前記触媒劣化判定閾値と比較され、当該閾値を超えると排ガス浄化触媒１７は劣化状態にあると判定される。

以下、別の実施形態について説明する。

上述の実施形態では、位相補償回路４６１は、遅延時間が固定の値に設定された遅延回路からなるものとしたが、例えば、抵抗Ｒ４６１の抵抗値またはコンデンサＣ４６１の静電容量を変更可能に構成し、エンジン回転数に基づき、複数の遅延時間に切替え可能に構成されるものであってもよい。この場合、第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９の出力信号Ａ１、Ｂ１の相対的な位相遅れをより正確に補償することができ、排ガス浄化触媒１７の劣化状態を正確に判定することができる。

上述の実施形態では、位相補償回路４６１は、遅延時間が固定の値に設定された遅延回路からなるものとしたが、第一及び第二の酸素濃度センサ１８、１９の出力信号Ａ１、Ｂ１の相対的な位相遅れが小さくなるように構成されているときには、位相補償回路４６１を備える必要はなく、前記回路の設置にかかるコストを削減することができる。

上述の実施形態では、判定信号生成回路４６４は積分回路により構成されるものとして説明したが、図８（ａ）に示すように、カウンタ回路４６４により構成されるものであってもよい。カウンタ回路４６４は、図８（ｂ）に示すように、信号Ａ５の信号レベルがハイレベルであるときにはカウント値をアップし、ローレベルであるときにはカウント値をダウンするように構成されたアップダウンカウンタでなり、クロック生成部から所定間隔で入力されるクロック信号の立上りエッジをカウントするように構成され、カウント値が予め設定された触媒劣化判定閾値を超えると、予め設定されたレベルで、例えば、図８（ｂ）に示すハイレベルで判定信号Ａ６を出力するように構成される。

また、カウンタ回路４６４は、リセット端子を有し、前記リセット信号が入力されるとカウント値をクリアするように構成される。即ち、前記リセット端子から入力されるリセット信号に基づいてカウンタをリセットする回路部により、第一の酸素濃度センサが不活性状態であるときに、前記判定信号生成回路４６４の出力をリセットするスイッチ回路が構成される。

マイクロコンピュータ４０は、カウンタ回路４６４から出力される判定信号Ａ６が前記予め設定されたレベルであるときに排ガス浄化触媒１７が劣化状態にあると判定するように構成され、これにより、Ａ／Ｄコンバータ４５による判定信号Ａ６のＡ／Ｄ変換が不要となり、Ａ／Ｄコンバータ４５の処理負荷を軽減することができる。また、マイクロコンピュータ４０は、バッファＢ４６２から出力される信号Ａ３に基づき、第一の酸素濃度センサ１８が不活性状態にあると判定すると、カウンタ回路４６４のリセット端子にリセット信号を出力するように構成される。

ここで、上述のカウンタ回路４６４が、カウント値が触媒劣化判定閾値を超えるときに予め設定されたレベルで判定信号Ａ６を出力するように構成されるものを説明したが、図９に示すように、カウンタ回路４６４がカウント値をそのまま出力するように構成され、カウンタ回路４６４の後段に、カウンタ回路４６４から出力されるカウンタ値と触媒劣化判定閾値を比較して、カウンタ値が触媒劣化判定閾値を超えるときに予め設定されたレベルで信号を出力するように構成された比較回路４６７が備えられ、比較回路４６７の出力する信号に基づいてマイクロコンピュータ４０により排ガス浄化触媒１７の劣化度が判定されるものであってもよい。このとき、カウンタ回路４６４を判定信号生成回路とするとカウント値が判定信号Ａ６であり、比較回路４６７を判定信号生成回路とすると比較回路４６７の出力信号が判定信号Ａ６である。

上述の実施形態では、比較回路４６３は、ＸＯＲ回路Ｇ４６３及びインバータＩＶ４６３からなるＸＮＯＲ回路により構成されるものとしたが、図８（ａ）に示すように、ＸＮＯＲ回路Ｇ４６６により構成されるものであってもよい。

上述した実施形態では、触媒劣化判定装置は、内燃機関の一例であるガソリンエンジンを搭載する車両に設置されたものとして説明したが、前記触媒劣化判定装置は、排ガス浄化触媒と、前記排ガス浄化触媒の上流側と下流側に排ガス中の酸素濃度を検出する第一及び第二の酸素濃度センサを備え、内燃機関を有するものであれば、車両以外のものであっても設置することができる。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

エンジンの主要な構成の説明図第一及び第二の酸素濃度センサの説明図ＥＣＵの説明図（ａ）は第一の酸素濃度センサの出力信号の説明図、（ｂ）は第二の酸素濃度センサの出力信号の説明図触媒劣化判定用回路の説明図判定信号生成回路による判定信号の生成を説明するフローチャートマイクロコンピュータによる排ガス浄化触媒の劣化判定の説明図（ａ）は別実施形態における触媒劣化判定用回路の説明図、（ｂ）は別実施形態におけるマイクロコンピュータによる排ガス浄化触媒の劣化判定の説明図別実施形態における触媒劣化判定用回路の説明図

符号の説明

４：ＥＣＵ（エンジン制御部）
１８：第一の酸素濃度センサ
１９：第二の酸素濃度センサ
４０：マイクロコンピュータ
４５：Ａ／Ｄコンバータ
４６：触媒劣化判定装置（触媒劣化判定用回路）
４６０ａ、４６０ｂ：波形整形回路
４６１：位相補償回路
４６３：比較回路（ＸＮＯＲ回路）
４６４：判定信号生成回路（積分回路）
４６５：スイッチ回路

Claims

内燃機関の排気系に設置された排ガス浄化触媒の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサからの入力信号及び前記排ガス浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサからの入力信号の夫々を矩形波に変換する波形整形回路と、前記波形整形回路で波形整形された両信号の信号レベルの一致不一致を比較する比較回路と、前記比較回路の出力信号に基づいて信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号を、前記排ガス浄化触媒の劣化度を判定可能な判定信号として生成する判定信号生成回路を備えて構成される触媒劣化判定装置。
前記比較回路がＸＮＯＲ回路で構成され、前記判定信号生成回路が前記比較回路の出力信号を積分する積分回路で構成されている請求項１記載の触媒劣化判定装置。
前記第一の酸素濃度センサが不活性状態であるときに、前記判定信号生成回路の出力をリセットするスイッチ回路を備えている請求項１または２記載の触媒劣化判定装置。
前記比較回路の前段に、第一の酸素濃度センサからの入力信号と第二の酸素濃度センサからの入力信号の相対的な位相遅れを補償する位相補償回路を備えている請求項１から３の何れかに記載の触媒劣化判定装置。
内燃機関の排気系に設置された排ガス浄化触媒の上流側の酸素濃度を検出する第一の酸素濃度センサからの入力信号及び前記排ガス浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出する第二の酸素濃度センサからの入力信号の夫々を矩形波に変換する波形整形ステップと、前記波形整形ステップで波形整形された両信号の信号レベルの一致不一致を比較して、信号レベルが一致する時間と相違する時間の比率に対応した判定信号を、前記排ガス浄化触媒の劣化度を判定可能な判定信号として生成する判定信号生成ステップを備えて構成される触媒劣化判定方法。