JP2019015258A - 触媒劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、内燃機関のエミッション特性及び内燃機関を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を精度よく判定することが可能な触媒劣化判定装置を提供する。【解決手段】触媒劣化判定装置１は、エンジン２の減速運転時における燃料カットを実施した後にエンジン２が定常運転処理へ移行したことを検知したとき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように空燃比制御処理を実行することに伴って、上流側酸素濃度検出器１４ａの出力電圧が、空燃比が理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点から、下流側酸素濃度検出器１４ｂの出力電圧が、空燃比がリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点までの時間長さである遅延時間と、所定の劣化判定閾値と、を比較することにより触媒３の能力を判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、触媒劣化判定装置に関し、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、内燃機関の排気管に三元触媒等の触媒を有する触媒コンバータが装着されると共に、その触媒の劣化を判定する触媒劣化判定装置が搭載されている。

かかる状況下で、特許文献１は、触媒の劣化判定装置に関し、内燃機関の排気系に配した触媒の上流側及び下流側に各々Ｏ_２センサを設け、内燃機関がフィードバック制御領域にあるときに下流側Ｏ_２センサの出力のみに基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御し、その際に内燃機関の空燃比を増加させた状態で下流側Ｏ_２センサの出力の反転を検出するまでの時間が所定値よりも短くなったときに、触媒の劣化を判定する構成を開示する。

また、特許文献２は、触媒劣化検出装置に関し、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの下流側に酸素濃度センサを設け、減速状態で燃料供給が停止された後に内燃機関への燃料供給が再開されたと判定されたときから酸素濃度センサにより検出された酸素濃度が所定濃度以下となったと判定されるまでに経過した時間が、所定時間経過しているときには触媒が劣化していると判定する構成を開示する。

特開平５−１０６４９４号公報 特開平２−１３６５３８号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成においては、触媒機能中の酸化触媒機能の劣化、つまり酸素吸蔵能力（ＯＳＣ）の劣化に着目して触媒の劣化を判定するものであるが、下流側Ｏ_２センサの出力のみに基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御すると、触媒が劣化していないときには、内燃機関の空燃比がリッチ側やリーン側に大きく変化する傾向にあるため、内燃機関の空燃比がリッチ側に大きく変化すると排気ガス中の有害物質の濃度が高まってエミッション特性が悪化してしまうと共に、内燃機関の空燃比がリーン側に大きく変化すると内燃機関を搭載した車両のドライバビリティの悪化等に繋がってしまい、改良の余地がある。

また、本発明者の検討によれば、特許文献２の構成においては、触媒劣化の判定時間として、内燃機関への燃料供給が再開されたと判定されたときから酸素濃度センサにより検出された酸素濃度が所定濃度以下となったと判定されるまでに経過した時間を用いるものであるため、触媒の酸素吸蔵能力の劣化に起因する吸蔵酸素の放出期間の減少度合の検出を精度よく行い難いものであり、改良の余地がある。

本発明は、以上の検討経てなされたものであり、簡便な構成で、内燃機関のエミッション特性及び内燃機関を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を精度よく判定することが可能な触媒劣化判定装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、車両に搭載された内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器から出力される電気信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する空燃比制御部と、前記空燃比制御部が前記空燃比制御処理を実行しているときにおける前記酸素濃度検出器の電気信号に基づいて、前記内燃機関の排気系に設けられて前記内燃機関の排気ガスの浄化をする触媒の能力を判定する劣化判定処理を実行する劣化判定部と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置において、前記酸素濃度検出器は、前記触媒の上流側及び下流側に対応して配置される上流側酸素濃度検出器及び下流側酸素濃度検出器を有し、前記空燃比制御部は、前記内燃機関の減速運転時における燃料カットを実施した後に前記内燃機関が定常運転状態へ移行したことを検知したとき、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように前記空燃比制御処理を実行し、前記劣化判定部は、前記空燃比制御部が前記空燃比が前記リッチ側になるように前記空燃比制御処理を実行することに伴って、前記上流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、前記空燃比が前記理論空燃比よりもリーン側から前記リッチ側に反転したことを示す時点から、前記下流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、前記空燃比が前記リーン側から前記リッチ側に反転したことを示す時点までの時間長さである遅延時間を計測し、前記遅延時間と所定の劣化判定閾値とを比較することにより前記触媒の前記能力を判定することを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記定常運転状態は、前記車両が停止した際の前記内燃機関のアイドル運転状態であることを第２の局面とする。

また、本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記空燃比制御部は、前記触媒の前記能力を判定した後に前記空燃比が前記理論空燃比を呈するように前記空燃比制御処理を実行することを第３の局面とする。

また、本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記酸素濃度検出器は、前記リッチ側及び前記リーン側に対応して出力電圧の高低が反転するＯ_２センサであることを第４の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる触媒劣化判定装置によれば、空燃比制御部が、内燃機関の減速運転時における燃料カットを実施した後に内燃機関が定常運転状態へ移行したことを検知したとき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように空燃比制御処理を実行し、劣化判定部が、空燃比制御部が空燃比がリッチ側になるように空燃比制御処理を実行することに伴って、上流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、空燃比が理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点から、下流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、空燃比がリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点までの時間長さである遅延時間を計測し、遅延時間と所定の劣化判定閾値とを比較することにより触媒の能力を判定するものであるため、簡便な構成で、内燃機関のエミッション特性及び内燃機関を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を精度よく判定することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる触媒劣化判定装置によれば、定常運転状態が、車両が停止した際の内燃機関のアイドル運転状態であるため、触媒の劣化判定時にエミッション特性及びドライバビリティへの影響を最小限に抑えることができる。

また、本発明の第３の局面にかかる触媒劣化判定装置によれば、空燃比制御部が、触媒の能力を判定した後に空燃比が理論空燃比を呈するように空燃比制御処理を実行するものであるため、触媒の劣化判定後の空燃比制御処理を通常状態に迅速に復帰させることができ、環境負荷を減らし、かつ所要のドライバビリティを確保することができる。

また、本発明の第４の局面にかかる触媒劣化判定装置によれば、酸素濃度検出器が、リッチ側及びリーン側に対応して出力電圧の高低が反転するＯ_２センサであるため、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を安価な構成で精度よく判定することができる。

図１は、本発明の実施形態における触媒劣化判定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態における触媒劣化判定装置が実行する触媒劣化検知制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図３（ａ）は、本実施形態における触媒劣化判定装置が実行する触媒劣化検知制御処理の流れを触媒が劣化していない場合を例に挙げて説明するためのタイミングチャートであり、図３（ｂ）は、本実施形態における触媒劣化判定装置が実行する触媒劣化検知制御処理の流れを触媒が劣化している場合を例に挙げて説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における触媒劣化判定装置につき、詳細に説明する。

〔構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における触媒劣化判定装置の構成について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における触媒劣化判定装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態における触媒劣化判定装置１は、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車に搭載され、エンジン２から排出される排気ガスの浄化を行う触媒３の劣化を判定するものである。エンジン２は、図示を省略する車両に搭載されたガソリンエンジン等の内燃機関である。インジェクタ２ａは、エンジン２の上流側（吸気管５の吸気ポート等）に備えられ、後述するＥＣＵ１５により開弁時間を制御することで適切な量の燃料を噴射してエンジン２に供給する。また、触媒３は、エンジン２と連通してエンジン２で生じた排気ガスを外部に排気する排気管４に連通してその排気管４の途中に設けられており、典型的には三元触媒である。

具体的には、触媒劣化判定装置１は、スロットル開度センサ１１、吸気圧力センサ１２、クランクセンサ１３、上流側酸素濃度検出器１４ａ、下流側酸素濃度検出器１４ｂ、及び故障表示装置１６に電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１５を備えている。

スロットル開度センサ１１は、吸気管５からエンジン２に流入する外気の量を調整するスロットルバルブ６の開度を検出し、このように検出したスロットルバルブ６の開度を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。

吸気圧力センサ１２は、吸気管５からエンジン２に流入する外気の圧力を吸気圧力として検出し、このように検出した吸気圧力を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。

クランクセンサ１３は、エンジン２のクランクの回転角度を検出し、このように検出したクランクの回転角度を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。

上流側酸素濃度検出器１４ａは、触媒３の上流側における排気管４に連通すると共に触媒３の上流側に近接して配置され、触媒３の上流側における排気ガス中の酸素濃度を検出し、このように検出した酸素濃度を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。ここで、上流側酸素濃度検出器１４ａとしては、構造が簡素化されて安価なＯ_２センサを用いることが好ましい。上流側酸素濃度検出器１４ａとしてＯ_２センサを用いた場合、かかる上流側Ｏ_２センサ１４ａは、触媒３の上流側における排気ガス中の酸素濃度の高低を検出し、このように検出した酸素濃度の高低を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。また、上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する排気ガス中の酸素濃度の高低は、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度の低高に対応しており、上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する排気ガス中の酸素濃度が低いということは、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度が高く（燃料が過多で酸素濃度が低いことを意味し、リッチと表現することがある）、上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する酸素濃度が高いということは、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度が低い（燃料が希薄で酸素濃度が高いことを意味し、リーンと表現することがある）ことを意味している。また、上流側Ｏ_２センサ１４ａは、排気ガス中の酸素濃度が所定濃度（所定閾値濃度）以下の低い状態であるときにはハイレベルの電圧（例えば数百ｍＶの電圧値）の電気信号を出力し、排気ガス中の酸素濃度が所定濃度（所定閾値濃度）を超える高い状態であるときにはローレベルの電圧（例えば実質０Ｖの電圧値）の電気信号を出力するものであり、かかる所定閾値濃度が、上流側Ｏ_２センサ１４ａが出力する電気信号の電圧を反転させる所定の反転閾値（所定の反転電圧値）に相当することになる。また、かかる上流側Ｏ_２センサ１４ａの所定閾値濃度は、一般的には、エンジン２に供給される混合気の理論空燃比に相当するように設定すればよい。なお、上流側酸素濃度検出器１４ａとしては、このような高低の２値的な出力電圧を呈する電気信号を出力するＯ_２センサに代えて、これと同様の所定の反転閾値を設定して、排気ガス中の酸素濃度に応じた連続的な出力電圧を呈する電気信号を出力するＡＦ（Ａｉｒ−Ｆｕｅｌ：空燃比）センサや、排気ガス中の酸素濃度に応じた連続的な線形の出力電圧を呈する電気信号を出力するＬＡＦ（Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ−Ｆｕｅｌ）センサを用いて、排気ガス中の酸素濃度の検出精度を向上してもよい。

下流側酸素濃度検出器１４ｂは、触媒３の下流側における排気管４に連通すると共に触媒３の下流側に近接して配置され、触媒３の下流側における排気ガス中の酸素濃度を検出し、このように検出した酸素濃度を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。なお、下流側酸素濃度検出器１４ｂの構成としては、上流側酸素濃度検出器１４ａの構成と同一のものを用いるため、便宜上、下流側酸素濃度検出器１４ｂのその他の詳細な説明は省略する。

ＥＣＵ１５は、マイクロコンピュータ等を含む演算処理装置であり、車両に搭載されて図示を省略するバッテリから電力を供給されて動作する。ＥＣＵ１５は、図示を省略するメモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して、制御プログラムを実行することによって、触媒劣化判定装置１全体の動作を制御すると共に、空燃比制御処理及び劣化判定処理を含む触媒劣化検知制御処理を実行する。

また、ＥＣＵ１５は、空燃比制御部１５ａ及び劣化判定部１５ｂを機能ブロックとして備えている。空燃比制御部１５ａは、上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂの一方から出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御処理を実行し、エンジン２へ供給する燃料噴射量を算出して、算出した燃料噴射量に応じてインジェクタ２ａを制御する。劣化判定部１５ｂは、空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときに上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂから出力された電気信号に基づいて触媒３の劣化を判定する劣化判定処理を実行する。

具体的には、空燃比制御部１５ａは、エンジン２に対して車両の減速時の燃料カット（燃料の供給の停止）を実施した後にエンジン２が定常運転状態へ移行したことを検知したとき、混合気の空燃比が所定時間以上で理論空燃比よりもリッチ側になるように空燃比制御処理を実行し、劣化判定部１５ｂは、空燃比制御部１５ａがこのように空燃比が所定時間以上でリッチ側になるように空燃比制御処理を実行することに伴って、上流側酸素濃度検出器１４ａが出力する電気信号の電圧が、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になったことを示す時点から、下流側酸素濃度検出器１４ｂが出力する電気信号の電圧が、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になったことを示す時点までの時間長さである遅延時間を計測し、かかる遅延時間と所定の劣化判定閾値とを比較することにより触媒の劣化を判定するものである。

詳しくは、触媒３が劣化していない場合には、触媒３の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）が高いために、触媒３はエンジン２の燃料カット時に多量の酸素を吸蔵することができる。この結果、エンジン２の定常運転状態（典型的にはアイドル運転状態）に移行した後に混合気の空燃比を燃料過多の状態とするリッチ化した際には、上流側酸素濃度検出器１４ａが、それが検出する排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になるのを検出してから下流側酸素濃度検出器１４ｂが、それが検出する排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になるのを検出するまでの時間（遅延時間）が相対的に長くなる。これに対して、触媒３が劣化している場合には、触媒３はエンジン２の燃料カット時に多量の酸素を吸蔵することができない。この結果、エンジン２の定常運転状態に移行した後に混合気の空燃比を燃料過多の状態とするリッチ化した際には、上流側酸素濃度検出器１４ａが、それが検出する排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になるのを検出してから、下流側酸素濃度検出器１４ｂが、それが検出する排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて、混合気の空燃比がリーン側からリッチ側になるのを検出するまでの時間（遅延時間）が相対的に短くなる。

従って、このように上流側酸素濃度検出器１４ａがリッチ側になるのを検出してから下流側酸素濃度検出器１４ｂがリッチ側になるのを検出するまでの遅延時間と、所定の劣化判定閾値と、を比較することにより触媒３の劣化を判定することができることになる。また、エンジン２の燃料カットに伴って触媒３の劣化判定を行うため、通常の運転状態中のエンジン２に対して混合気の空燃比をリーン化する必要がなく、また混合気の空燃比を強制振動させる必要もないので、ドライバビリティの悪化を招くことが抑制される。更に、エンジン２の燃料カット後の定常運転中には、混合気の空燃比をリッチ側に設定するものであるため、ドライバビリティの悪化の懸念は少ない。特に、二輪自動車は四輪自動車に比べて車重が軽く、アクセル操作に対する車両の応答性が高いため、ドライバビリティの悪化を抑制できることは商品性を高めることになる。また、車両の減速運転時にアクセル操作のブリッピングが行われた場合であっても、減速運転時間が十分にあるときであれば、上流側酸素濃度検出器１４ａがリッチ側になるのを検出してから下流側酸素濃度検出器１４ｂがリッチ側になるのを検出するまでのかかる遅延時間が生じるので、触媒３の劣化判定を行うことが可能となる。

故障表示装置１６は、液晶ディスプレイ装置等の表示装置によって構成され、ＥＣＵ１５からの制御信号に従って触媒３の劣化等の故障情報を表示する。

このような構成を有する触媒劣化判定装置１は、以下に示す触媒劣化検知制御処理を実行することにより、簡便な構成で、エンジン２のエミッション特性及びエンジン２を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、触媒３の劣化を精度よく判定する。以下、図２及び図３をも参照して、触媒劣化検知制御処理を実行する際の触媒劣化判定装置１の動作について説明する。

〔触媒劣化検知制御処理〕
図２は、本実施形態における触媒劣化判定装置１が実行する触媒劣化検知制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。また、図３（ａ）は、本実施形態における触媒劣化判定装置１が実行する触媒劣化検知制御処理の流れを触媒が劣化していない場合を例に挙げて説明するためのタイミングチャートであり、図３（ｂ）は、本実施形態における触媒劣化判定装置１が実行する触媒劣化検知制御処理の流れを触媒が劣化している場合を例に挙げて説明するためのタイミングチャートである。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）中では、上から下に向けて順に、スロットル開度（スロットルバルブ６の開度）、エンジン回転数（エンジン２の回転数）、上流側検出器出力（上流側酸素濃度検出器１４ａから出力された電気信号の電圧レベルで縦軸の上側が高電圧を示す）、下流側検出器出力（下流側酸素濃度検出器１４ｂから出力された電気信号の電圧レベルで縦軸の上側が高電圧を示す）、Ｏ_２Ｆ／Ｂ（エンジン２に供給される混合気の空燃比のフィードバック制御の実施の有無）、及び燃料カット（エンジン２への燃料供給の停止の有無）の時間変化を各々示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）中では、上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂとしてＬＡＦセンサを用いた例を示している。

図２に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられて触媒劣化判定装置１が稼働したタイミングで開始となり、触媒劣化検知制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、かかる触媒劣化検知制御処理は、触媒劣化判定装置１が稼働している間、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１の処理では、ＥＣＵ１５が、触媒３の温度が活性温度を十分に超えている等の触媒劣化検知制御処理の実施条件が満足されているか否かを判別する。判別の結果、実施条件が満足されている場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ２の処理に進める。一方、実施条件が満足されていない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。

ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ１５が、クランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいて、エンジン２の回転数が減少しているか否か、つまりエンジン２が減速運転をしているか否かを判別する。判別の結果、エンジン２が減速運転をしている場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、エンジン２が減速運転をしていない場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。

ステップＳ３の処理では、ＥＣＵ１５が、スロットル開度センサ１１から出力された電気信号に基づいて、スロットルバルブ６の開度が閉じられているか否か、つまりエンジン２に対する燃料カットが実施されているか否かを判別する。判別の結果、燃料カットが実施されている場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ４の処理に進める。一方、燃料カットが実施されていない場合には（ステップ３：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。

ステップＳ４の処理では、ＥＣＵ１５が、スロットル開度センサ１１から出力された電気信号に基づいて、スロットルバルブ６の開度が閉じられた状態が所定時間以上継続しているか否か、つまりエンジン２に対する燃料カットが所定時間以上実施されているか否かを判別する。判別の結果、燃料カットが所定時間以上実施されている場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ５の処理に進める。一方、燃料カットが所定時間以上実施されていない場合には（ステップ４：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。

ここで、図３（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１から時刻ｔ＝ｔ２までの期間、及び図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１１から時刻ｔ＝ｔ１２までの期間で、エンジン２が減速運転をし、かつエンジン２に対する燃料カットが実施されており、エンジン２に対する燃料カットが所定時間以上実施されたと判別される時点は、図３（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ２、及び図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１２で示されている。

ステップＳ５の処理では、空燃比制御部１５ａが、エンジン２に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側になるように制御する。具体的には、空燃比制御部１５ａは、上流側酸素濃度検出器１４ａから出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側になるようにフィードバック制御する。また、このように、上流側酸素濃度検出器１４ａから出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側になるようにフィードバック制御するには、上流側酸素濃度検出器１４ａの出力電圧が反転する所定の反転閾値をリッチ側に設定してもよいし、リーン側からリッチ側に補正する際の燃料補正係数を、リッチ側からリーン側に補正する際の燃料補正係数よりも大きく設定してもよい。なお、このような空燃比のフィードバック制御は、上流側酸素濃度検出器１４ａの代わり下流側酸素濃度検出器１４ｂを用いて行うことも可能である。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、触媒劣化検知制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、ＥＣＵ１５が、クランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいて、エンジン２がアイドル運転をしているか否かを判別する。判別の結果、エンジン２がアイドル運転をしている場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ７の処理に進める。一方、エンジン２がアイドル運転をしていない場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。なお、この際に、ＥＣＵ１５が、図示を省略する車速センサからの出力信号に基づいて、車両が停止していることを検知することが好ましい。

ここで、エンジン２に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるようにフィードバック制御が開始されることを、上流側酸素濃度検出器１４ａから出力される電気信号が示す時点、及びエンジン２がアイドル運転を開始する時点は、図３（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ２、及び図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１２で示されている。

ステップＳ７の処理では、ＥＣＵ１５が、クランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいて、エンジン２が所定時間以上継続してアイドル運転をしているか否かを判別する。判別の結果、エンジン２が所定時間以上継続してアイドル運転をしている場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、触媒劣化検知制御処理をステップＳ８の処理に進める。一方、エンジン２が所定時間以上継続してアイドル運転をしていない場合には（ステップＳ７：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、今回の一連の触媒劣化検知制御処理を終了する。

ステップＳ８の処理では、劣化判定部１５ｂが、空燃比制御部１５ａがエンジン２の混合気の空燃比がリッチ側になるように空燃比制御を実行することに伴って、上流側酸素濃度検出器１４ａにより空燃比がリッチ側になったことを示す電気信号が送出されたことを検知した時点から、下流側酸素濃度検出器１４ｂにより空燃比がリッチ側になったことを示す電気信号が送出されたことを検知した時点までの時間長さである遅延時間を算出する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、触媒劣化検知制御処理はステップＳ９の処理に進む。

ここで、エンジン２のアイドル運転が所定時間継続された時点、及び上流側酸素濃度検出器１４ａから空燃比がリッチ側になったことを示す電気信号が送出されたことが検知された時点は、図３（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ３、及び図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１３で示されている。また、下流側酸素濃度検出器１４ｂから空燃比がリッチ側になったことを示す電気信号が送出されたことが検知された時点は、図３（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ４、及び図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１４で示されている。

ステップＳ９の処理では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ８の処理において算出された遅延時間が所定の劣化判定閾値より短いか否かを判別する。判別の結果、遅延時間が所定の劣化判定閾値より短い場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、劣化判定部１５ｂは、触媒劣化検知制御処理をステップＳ１０の処理に進める。一方、遅延時間が所定の劣化判定閾値以上である場合には（ステップＳ９：Ｎｏ）、劣化判定部１５ｂは、触媒劣化検知制御処理をステップＳ１１の処理に進める。

ステップＳ１０の処理では、劣化判定部１５ｂが、触媒３が劣化していると判定し、触媒が劣化している旨を示す情報を故障表示装置１６に出力する。また、空燃比制御部１５ａは、上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂから出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給する混合気の空燃比が理論空燃比を呈するように空燃比制御を実行する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、今回の一連の触媒劣化検知制御処理は終了する。

ステップＳ１１の処理では、劣化判定部１５ｂが、触媒３は劣化していないと判定する。また、空燃比制御部１５ａは、上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂから出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給する混合気の空燃比が理論空燃比を呈するように空燃比制御を実行する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、今回の一連の触媒劣化検知制御処理は終了する。

ここで、遅延時間が所定の劣化判定閾値より短く、触媒３が劣化していると判定される時点は、図３（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ１４で示され、遅延時間が所定の劣化判定閾値より長く、触媒３が劣化していないと判定される時点は、図３（ａ）の時刻ｔ＝ｔ４で示されている。

なお、本実施形態では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ８の処理において算出された遅延時間が所定の劣化判定閾値より短いか否かを判別し、遅延時間が所定の劣化判定閾値より短い場合には触媒劣化有りと判定し、遅延時間が所定の劣化判定閾値より長い場合には触媒劣化無しと判定しているが、これに限らず、本実施形態の変形例として、遅延時間が所定の劣化判定閾値より長い場合に触媒劣化無しとのみ判定し、遅延時間が所定の劣化判定閾値より短い場合には触媒劣化有りの判定や触媒が劣化している旨を示す情報を故障表示装置１６に出力することを省略することもできる。かかる場合には、別の触媒検知手法によって触媒劣化有りを判定した上で触媒が劣化している旨を示す情報を故障表示装置１６に出力してもよいことはもちろんである。また、必要に応じて、触媒劣化無しの判定を省略して、触媒劣化有りの判定のみを行ってもよい。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における触媒劣化判定装置１では、空燃比制御部１５ａが、エンジン２の減速運転時における燃料カットを実施した後にエンジン２が定常運転処理へ移行したことを検知したとき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように空燃比制御処理を実行し、劣化判定部１５ｂが、空燃比制御部１５ａが空燃比がリッチ側になるように空燃比制御処理を実行することに伴って、上流側酸素濃度検出器１４ａが出力する電気信号の電圧が、空燃比が理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点から、下流側酸素濃度検出器１４ｂが出力する電気信号の電圧が、空燃比がリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点までの時間長さである遅延時間を計測し、遅延時間と所定の劣化判定閾値とを比較することにより触媒３の能力を判定するので、簡便な構成で、エンジン２のエミッション特性及びエンジン２を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、触媒３の劣化を精度よく判定することができる。

また、本実施形態における触媒劣化判定装置１では、定常運転状態が、車両が停止した際のエンジン２のアイドル運転状態であるので、触媒３の劣化判定時にエミッション特性及びドライバビリティへの影響を最小限に抑えることができる。なお、本実施形態では、エンジン２がアイドル運転をしている場合に、エンジン２が定常運転状態にあると判断することとしたが、アイドル運転状態以外の場合であっても、燃料カットが所定時間実施された後に、エンジン２の回転数が実質一定の低中回転状態にある状態が所定時間継続された場合でも触媒３の劣化判定が可能である。

また、本実施形態における触媒劣化判定装置１では、空燃比制御部１５ａが、触媒３の能力を判定した後に空燃比が理論空燃比を呈するように空燃比制御処理を実行するので、触媒３の劣化判定後の空燃比制御処理を通常状態に迅速に復帰させることができ、環境負荷を減らし、かつ所要のドライバビリティを確保することができる。

また、本実施形態における触媒劣化判定装置１では、上流側酸素濃度検出器１４ａ及び下流側酸素濃度検出器１４ｂが、リッチ側及びリーン側に対応して出力電圧の高低が反転するＯ_２センサであるため、エンジン２の排気系に設けられた触媒３の劣化を安価な構成で精度よく判定することができる。

なお、本発明は、構成要素の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、かかる構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、簡便な構成で、内燃機関のエミッション特性及び内燃機関を搭載した車両のドライバビリティに対する不要な影響を抑制した態様で、内燃機関の排気系に設けられた触媒の劣化を精度よく判定することが可能な触媒劣化判定装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から自動車や二輪自動車等の車両の触媒劣化判定装置に広範に適用され得るものと期待される。

１…触媒劣化判定装置
２…エンジン
２ａ…インジェクタ
３…触媒
４…排気管
５…吸気管
６…スロットルバルブ
１１…スロットル開度センサ
１２…吸気圧力センサ
１３…クランクセンサ
１４ａ…上流側酸素濃度検出器
１４ｂ…下流側酸素濃度検出器
１５…ＥＣＵ
１５ａ…空燃比制御部
１５ｂ…劣化判定部
１６…故障表示装置

Claims (4)

1. 車両に搭載された内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器から出力される電気信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する空燃比制御部と、前記空燃比制御部が前記空燃比制御処理を実行しているときにおける前記酸素濃度検出器の電気信号に基づいて、前記内燃機関の排気系に設けられて前記内燃機関の排気ガスの浄化をする触媒の能力を判定する劣化判定処理を実行する劣化判定部と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置において、
   前記酸素濃度検出器は、前記触媒の上流側及び下流側に対応して配置される上流側酸素濃度検出器及び下流側酸素濃度検出器を有し、
   前記空燃比制御部は、前記内燃機関の減速運転時における燃料カットを実施した後に前記内燃機関が定常運転状態へ移行したことを検知したとき、前記空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように前記空燃比制御処理を実行し、
   前記劣化判定部は、前記空燃比制御部が前記空燃比が前記リッチ側になるように前記空燃比制御処理を実行することに伴って、前記上流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、前記空燃比が前記理論空燃比よりもリーン側から前記リッチ側に反転したことを示す時点から、前記下流側酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧が、前記空燃比が前記リーン側から前記リッチ側に反転したことを示す時点までの時間長さである遅延時間を計測し、前記遅延時間と所定の劣化判定閾値とを比較することにより前記触媒の前記能力を判定することを特徴とする触媒劣化判定装置。
2. 前記定常運転状態は、前記車両が停止した際の前記内燃機関のアイドル運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
3. 前記空燃比制御部は、前記触媒の前記能力を判定した後に前記空燃比が前記理論空燃比を呈するように前記空燃比制御処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化判定装置。
4. 前記酸素濃度検出器は、前記リッチ側及び前記リーン側に対応して出力電圧の高低が反転するＯ_２センサであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の触媒劣化判定装置。

Images