JP2806271B2 - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排出ガスの
浄化を行う触媒の劣化状態を診断する装置の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を清浄化する装置とし
て、酸素センサ等の空燃比センサの出力に基づいて空燃
比を理論空燃比にフィードバック制御するとともに、排
気通路にＨＣ、ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元とを同時に
行う三元触媒を備えたものが広く実用化されている。

【０００３】三元触媒は性能が劣化すると、転換効率が
次第に低下して排気浄化に支障を来す。性能が劣化した
触媒は交換するなどの処置を取ることが望ましく、そこ
で、このような触媒の劣化状態を判定するために、従来
から特開平３−５７８６２号公報に提案されるような装
置が知られている。

【０００４】これは、内燃機関の排気通路に介装した触
媒の上流側及び下流側にそれぞれ酸素センサを配設し、
上流側酸素センサの出力信号を主にして空燃比フィード
バック制御を実行するとともに、両センサの出力信号の
比較から触媒の劣化を診断するものである。

【０００５】すなわち、空燃比フィードバック制御の実
行中には、主に上流側酸素センサの出力信号に基づいて
例えば疑似的な比例積分制御により燃料供給量が制御さ
れ、実際の空燃比は理論空燃比を境にして僅かにリッ
チ、リーンに反転し、上流側酸素センサの出力信号は図
２１（ａ）に示すように、周期的にリッチ、リーンを繰
り返し、三元触媒の酸化、還元機能も最大に維持され
る。

【０００６】一方、触媒を通過した排気の空燃比は、触
媒の働きによって酸素がストレージされるため、排気中
の残存酸素濃度の変動は非常に穏やかなものとなって、
図２１（ｂ）に示すように、下流側酸素センサの出力信
号は上流側酸素センサの出力信号に比して反転回数が小
さく、かつ周期が長くなる。

【０００７】触媒の劣化によって酸素ストレージ能力が
低下してくると、触媒の上流側と下流側の排気中の酸素
濃度がそれほど変わらなくなり、下流側酸素センサの出
力信号は図２１（ｄ）に示すように、上流側酸素センサ
の出力信号に近似した周期で反転を繰り返すとともに、
反転回数も大きくなる。

【０００８】したがって、上流側酸素センサのリッチ、
リーンの反転回数と、下流側酸素センサのリッチ、リー
ンの反転回数との比を求め、この反転回数比が所定値以
上となったときに触媒が劣化したものと判定する。

【０００９】この種の触媒の劣化診断装置としては、特
開昭６０−２３１１５５号公報にも提案されるように、
下流側酸素センサの出力信号の振幅が所定値を越えると
触媒の劣化を判定するものや、また、特開平３−２８６
１６０号公報に開示されるように、触媒の上流側及び下
流側に配設した酸素センサの出力の比較によって触媒の
劣化を診断する装置において、上流側酸素センサの出力
を監視することにより該酸素センサの応答性が低下した
場合には触媒の劣化診断を中断することで誤診断を防止
するものなどが知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空燃比フィ
ードバック制御の実行中には予め設定された振幅で空燃
比が変動するのに加え、この振幅の中央値となるベース
空燃比も内燃機関の運転条件に応じて変動するため、上
流側酸素センサの出力信号は図２１の（ａ）に示したよ
うに理論空燃比を境にして所定の周期でリッチ、リーン
と反転し、この空燃比フィードバックによる制御周波数
を含む信号は１〜２Ｈｚの高周波（ここでは１Ｈｚ以上
を高周波、１Ｈｚ未満を低周波とする。以下同様）とな
り、内燃機関の運転条件に応じてベース空燃比をリッチ
またはリーン側にシフトした理論空燃比からのずれに伴
う周波数は例えば０．１Ｈｚ程度の低周波数として出現
する。触媒が正常な間は触媒の酸素ストレージ機能によ
って制御周波数が吸収されて図２１の（ｂ）に示すよう
に下流側酸素センサの出力信号には理論空燃比からのず
れに伴う周波数のみが検出され、触媒の劣化の度合が大
きくなるに伴って、図２１の（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に制御周波数が下流側酸素センサの出力信号に加わって
振幅が増大する。

【００１１】しかしながら、上記従来の装置において
は、下流側酸素センサの出力信号にベース空燃比のシフ
トに起因する理論空燃比からのずれに伴う周波数を含ん
だ状態で触媒の劣化を判定するため、空燃比フィードバ
ックの制御周波数に加えてベース空燃比のシフトに伴う
周波数が加わるため、触媒が正常な状態であっても下流
側空燃比センサの出力信号が理論空燃比をよぎるような
ベース空燃比においては、反転周期あるいは反転回数が
演算されて触媒が劣化したと誤診断する場合があった。

【００１２】そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてな
されたもので、下流側酸素センサに含まれるベース空燃
比のシフトによる周波数の影響を抑制して精度良く触媒
の劣化を診断可能な内燃機関の触媒劣化診断装置を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１に示
すように、排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に
配設された上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配
設された下流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を
判定する手段５２と、前記機関運転条件の判定結果に応
じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段５３
と、上流側空燃比センサ５０の信号に基づいてフィード
バック補正係数αを算出する補正係数算出手段５４と、
このフィードバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴
射量を補正する燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる
内燃機関において、前記機関運転条件の判定結果が所定
の触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比セン
サ５０及び下流側空燃比センサ５１からの信号の周波数
をそれぞれ演算する周波数演算手段５６と、前記下流側
空燃比センサ５１の信号を前記上流側空燃比センサ５０
の信号周波数に基づいてフィルタ処理する手段５７と、
このフィルタ処理された下流側空燃比センサ５１の信号
と上流側空燃比センサ５０の信号の振幅の比を演算する
振幅比演算手段５８と、前記機関運転条件判定手段５２
の判定結果に応じて前記振幅比のしきい値を演算する手
段５９と、前記振幅比としきい値の比較結果に基づいて
前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段６０とを備え
る。

【００１４】また、第２の発明は、図２に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記機関運転条件の判定結果に応じて基本燃
料噴射量を設定する基本噴射量設定手段５３と、上流側
空燃比センサ５０の信号に基づいてフィードバック補正
係数αを算出する補正係数算出手段５４と、このフィー
ドバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴射量を補正
する燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内燃機関に
おいて、前記機関運転条件判定手段５２の判定結果が所
定の触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比セ
ンサ５０及び下流側空燃比センサ５１からの信号の周波
数をそれぞれ演算する周波数演算手段５６と、前記下流
側空燃比センサ５１の信号を前記上流側空燃比センサ５
０の信号周波数に基づいてフィルタ処理する手段５７
と、このフィルタ処理された下流側空燃比センサ５１の
信号と上流側空燃比センサ５０の信号とをそれぞれ所定
のしきい値と比較して反転回数を演算する手段６１と、
これら上流側空燃比センサ５０の信号と前記フィルタ処
理された下流側空燃比センサ５１の信号との反転回数の
比を演算する反転回数比演算手段６２と、前記機関運転
条件の判定結果に応じて前記反転回数比のしきい値を演
算する手段５９と、前記反転回数比としきい値の比較結
果に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段６
０とを備える。

【００１５】また、第３の発明は、図３に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記下流側空燃比センサ５１の信号を上流側
空燃比センサ５０の信号に基づいてフィルタ処理する手
段５７と、このフィルタ処理された下流側空燃比センサ
５１の信号の振幅と上流側空燃比センサ５０の信号の振
幅との比を演算する振幅比演算手段５８と、前記機関運
転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるとき
に、前記振幅比と所定の基準値の比較結果に基づいて前
記触媒の劣化を判定する劣化判定手段６０とを備える。

【００１６】また、第４の発明は、図４に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記下流側空燃比センサ５１の信号を上流側
空燃比センサ５０の信号に基づいてフィルタ処理する手
段５７と、このフィルタ処理された下流側空燃比センサ
５１の信号と上流側空燃比センサ５０の信号とをそれぞ
れ所定のしきい値と比較して反転回数を演算する手段６
１と、これら上流側空燃比センサ５１の信号と前記フィ
ルタ処理された下流側空燃比センサ５１の信号の反転回
数の比を演算する手段６２と、前記機関運転条件の判定
結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに、前記反転
回数比と所定の基準値との比較結果に基づいて前記触媒
の劣化を判定する劣化判定手段６０とを備える。

【００１７】また、第５の発明は、前記第１ないし第４
の発明のうちのいずれかひとつにおいて、前記フィルタ
処理手段５７が前記下流側空燃比センサ５１の信号のう
ち上流側空燃比センサ５０の信号周波数以上の信号を通
過させる。

【００１８】また、第６の発明は、図５に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基本
燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段５３と、上流
側空燃比センサ５０の信号に基づいてフィードバック補
正係数を算出する補正係数算出手段５４と、このフィー
ドバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正す
る燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内燃機関にお
いて、前記フィードバック補正係数の振幅を演算する手
段６３と、前記下流側空燃比センサ５１の信号を前記フ
ィードバック補正係数の振幅に基づいてフィルタ処理す
る手段５７と、このフィルタ処理された下流側空燃比セ
ンサ５１の信号の振幅と上流側空燃比センサ５０の信号
の振幅もしくは前記フィードバック補正係数の振幅との
比を演算する振幅比演算手段５８と、前記機関運転条件
が所定の触媒劣化診断領域であるときに、前記振幅比と
所定の基準値の比較結果に基づいて前記触媒の劣化を判
定する劣化判定手段６０とを備える。

【００１９】また、第７の発明は、図６に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基本
燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段５３と、上流
側空燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係
数を算出する補正係数算出手段５４と、このフィードバ
ック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃
料噴射量補正手段５５とを備えてなる内燃機関におい
て、前記フィードバック補正係数の反転回数を演算する
手段６１と、前記下流側空燃比センサ５１の信号を前記
フィードバック補正係数の反転回数に基づいてフィルタ
処理する手段５７と、このフィルタ処理された下流側空
燃比センサ５１の信号の反転回数と上流側空燃比センサ
５０の信号の反転回数もしくは前記フィードバック補正
係数の反転回数との比を演算する反転回数比演算手段６
２と、前記機関運転条件が所定の触媒劣化診断領域であ
るときに、前記反転回数比と所定の基準値の比較結果に
基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段６０と
を備える。

【００２０】また、第８の発明は、図７に示すように、
排気通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された
上流側空燃比センサ５０と、触媒の下流に配設された下
流側空燃比センサ５１と、機関の運転条件を判定する手
段５２と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基本
燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段５３と、上流
側空燃比センサ５０の信号に基づいてフィードバック補
正係数を算出する補正係数算出手段５４と、このフィー
ドバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正す
る燃料噴射量補正手段５５とを備えてなる内燃機関にお
いて、前記機関運転条件に基づいて通常空燃比フィード
バック制御周波数ｆ₀を演算する制御周波数演算手段６
４と、前記下流側空燃比センサ５１の信号を高速フーリ
エ変換によってフィルタ処理するＦＦＴ処理手段６５
と、このＦＦＴ処理された下流側空燃比センサ５０の信
号の前記通常空燃比フィードバック制御周波数ｆ₀にお
ける空燃比フィードバック制御周波数成分の強度Ｄを演
算する強度演算手段６６と、前記機関運転条件が所定の
触媒劣化診断領域であるときに、前記強度Ｄと予め設定
した強度スライスレベルとを比較して触媒の劣化を判定
する劣化判定手段６０とを備える。

【００２１】

【作用】第１の発明は、運転条件の判定結果が所定の触
媒劣化診断領域において、上流側空燃比センサの出力と
下流側空燃比センサの出力の周波数をそれぞれ演算し、
下流側空燃比センサの出力を上流側空燃比センサの周波
数に基づいてフィルタ処理を行い、下流側空燃比センサ
の出力に含まれる空燃比フィードバックの制御周波数を
抽出する。フィルタ処理によって理論空燃比からのずれ
に伴う周波数を除去して制御周波数のみを抽出された下
流側空燃比センサの出力の振幅と、上流側空燃比センサ
の出力に含まれる制御周波数の振幅の比を、運転条件に
応じて演算されたしきい値と比較した結果に基づいて触
媒の劣化を判定するため、触媒の劣化を精度よく診断す
ることができる。

【００２２】また、第２の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、上流側空燃比セン
サの出力と下流側空燃比センサの出力の周波数をそれぞ
れ演算し、下流側空燃比センサの出力を上流側空燃比セ
ンサの周波数に基づいてフィルタ処理を行い、下流側空
燃比センサの出力に含まれる空燃比フィードバックの制
御周波数を抽出する。フィルタ処理によって理論空燃比
からのずれに伴う周波数を除去して制御周波数のみを抽
出された下流側空燃比センサの出力の反転回数と、上流
側空燃比センサの出力に含まれる制御周波数の反転回数
の比を、運転条件に応じて演算されたしきい値と比較し
た結果に基づいて触媒の劣化を判定するため、触媒の劣
化を精度よく診断することができる。

【００２３】また、第３の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、下流側空燃比セン
サの出力を上流側空燃比センサの出力に基づいてフィル
タ処理を行い、下流側空燃比センサの出力に含まれる空
燃比フィードバックの制御周波数を抽出する。フィルタ
処理によって理論空燃比からのずれに伴う周波数を除去
して制御周波数のみを抽出された下流側空燃比センサの
出力の振幅と、上流側空燃比センサの出力に含まれる制
御周波数の振幅の比を、予め運転条件に応じて設定され
た基準値と比較した結果に基づいて触媒の劣化を判定す
るため、触媒の劣化を精度よく診断することができる。

【００２４】また、第４の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、下流側空燃比セン
サの出力を上流側空燃比センサの出力に基づいてフィル
タ処理を行い、下流側空燃比センサの出力に含まれる空
燃比フィードバックの制御周波数を抽出する。フィルタ
処理によって理論空燃比からのずれに伴う周波数を除去
して制御周波数のみを抽出された下流側空燃比センサの
出力の反転回数と、上流側空燃比センサの出力に含まれ
る制御周波数の反転回数の比を、運転条件に応じて予め
設定された基準値と比較した結果に基づいて触媒の劣化
を判定するため、触媒の劣化を精度よく診断することが
できる。

【００２５】また、第５の発明は、フィルタ処理手段が
下流側空燃比センサの出力のうち上流側空燃比センサの
周波数以上の成分を通過させ、下流側空燃比センサの出
力に含まれる理論空燃比からのずれに伴う低周波数は上
流側空燃比センサの出力の空燃比フィードバックの制御
周波数未満であるために除去されて、触媒の劣化診断を
空燃比フィードバックの制御周波数に基づいて正確に診
断することができる。

【００２６】また、第６の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、下流側空燃比セン
サの出力をフィードバック補正係数の振幅に基づいてフ
ィルタ処理を行い、下流側空燃比センサの出力に含まれ
る空燃比フィードバックの制御周波数を抽出する。フィ
ルタ処理によって理論空燃比からのずれに伴う周波数を
除去して制御周波数のみを抽出された下流側空燃比セン
サの出力の振幅と、上流側空燃比センサの出力に含まれ
る制御周波数もしくはフィードバック補正係数の振幅の
比を、運転条件に応じて予め設定された基準値と比較し
た結果に基づいて触媒の劣化を判定するため、触媒の劣
化を精度よく診断することができる。

【００２７】また、第７の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、下流側空燃比セン
サの出力をフィードバック補正係数の反転回数に基づい
てフィルタ処理を行い、下流側空燃比センサの出力に含
まれる空燃比フィードバックの制御周波数を抽出する。
フィルタ処理によって理論空燃比からのずれに伴う周波
数を除去して制御周波数のみを抽出された下流側空燃比
センサの出力の反転回数と、上流側空燃比センサの出力
に含まれる制御周波数もしくはフィードバック補正係数
の反転回数の比を、運転条件に応じて演算されたしきい
値と比較した結果に基づいて触媒の劣化を判定するた
め、触媒の劣化を精度よく診断することができる。

【００２８】また、第８の発明は、運転条件の判定結果
が所定の触媒劣化診断領域において、下流側空燃比セン
サの出力から高速フーリエ変換によるフィルタ処理（以
下、ＦＦＴ処理）によって空燃比フィードバックの制御
周波数を抽出する一方、機関運転条件から通常空燃比フ
ィードバックの制御周波数ｆ₀を演算し、通常空燃比フ
ィードバック制御周波数ｆ₀におけるＦＦＴ処理後の空
燃比フィードバック制御周波数の強度を演算すること
で、理論空燃比からのずれに伴う低周波成分と空燃比フ
ィードバック制御周波数とを確実に分離し、演算した空
燃比フィードバック制御周波数成分の強度と予め設定さ
れた強度スライスレベルとを比較することにより誤診断
を抑制して触媒の劣化を精度良く診断することができ
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００３０】図８に示すように、エンジン１の排気通路
２には三元触媒で構成された触媒コンバータ１３が介装
され、この触媒コンバータ１３の上流には空燃比センサ
としての上流側酸素センサ１４が、同じく下流には下流
側酸素センサ１５がそれぞれ配設される。

【００３１】これら上流側酸素センサ１４、下流側酸素
センサ１５は共に排気ガス中の残存酸素濃度に応じた起
電力を発生するもので、特に理論空燃比を境にして起電
力が急変し、理論空燃比より過濃（以下、リッチ）側で
高レベル（約１Ｖ程度）になる一方、希薄（リーン）側
で低レベル（約１００ｍｍＶ程度）となるものである。

【００３２】一方、エンジン１の吸気通路３には各吸気
ポートへ向けて燃料を供給する燃料噴射弁１７が各気筒
毎に配設され、吸入空気量Ｑを検出するエアフローメー
タ１８を通過した空気はスロットル弁１９で絞られてか
ら各吸気ポートへ流入する。

【００３３】４はコントロールユニットで、例えばマイ
クロプロッセッサ等により構成されて、エンジン１の吸
気通路３に燃料噴射弁１７を介して供給する燃料供給量
を、基本的には理論空燃比となるようフィードバック制
御する。

【００３４】このため、コントロールユニット４には、
機関回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ１９、冷却
水の水温を検出する水温センサ１６、エアフローメータ
１８、車速センサ２０からの信号がそれぞれ入力される
とともに、上流側酸素センサ１４及び下流側酸素センサ
１５からの信号が入力されて、吸入空気量Ｑに対して所
定の比率となるよう設定した燃料供給量を上流側酸素セ
ンサ１４の出力に基づいてフィードバック制御するとと
もに、さらに下流側酸素センサ１５の出力に基づいて補
正して、正しく理論空燃比となるように燃料の噴射量を
補正する。

【００３５】この空燃比フィードバック制御についての
概要を説明すると、まず、エアフローメータ１８が検出
した吸入空気量Ｑとクランク角センサ１９が検出した機
関回転数Ｎｅに基づいて燃料噴射弁１７からの基本噴射
量を決定する基本パルス幅ＴｐをＴｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅに
より算出する。この基本パルス幅Ｔｐは燃料噴射弁１７
の開弁時間を制御するもので、以下この基本パルス幅Ｔ
ｐを燃料の基本噴射量Ｔｐとする。

【００３６】この基本噴射量Ｔｐに増量補正やフィード
バック補正等の補正を加えて燃料噴射弁１７の駆動パル
ス幅Ｔｉを決定するのであり、この駆動パルス幅Ｔｉは
次式により求められる。

【００３７】 Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ （１） ここで、ＣＯＥＦは各種増量補正係数を示し、例えば冷
却水温度に応じた水温増量補正、高速高負荷時の空燃比
補正などからなる。また、Ｔｓは燃料噴射弁１７の無効
時間を補正するためにバッテリ電圧に応じて付加される
電圧補正係数である。

【００３８】そして、αは主に上流側酸素センサ１４の
検出信号に基づいて演算されたフィードバック補正係数
であり、上流側酸素センサ１４の出力信号を理論空燃比
に対応する所定のスライスレベルと比較し、この出力信
号がリッチ側あるいはリーン側への反転に基づいて疑似
比例積分により求められた値であり、このαが１以上で
あればリッチ側へ、１未満であればリーン側へ空燃比が
補正される。

【００３９】例えば、上流側酸素センサ１４から図２２
（ａ）に示すような出力信号が検出された場合、これに
対応するフィードバック補正係数αは図２２（ｂ）のよ
うに変化する。フィードバック補正係数αは上述したよ
うに、疑似的な比例積分により求められるもので、上流
側酸素センサ１４の所定のスライスレベル（Ｓ／Ｌ）を
横切ってリッチ側からリーン側へ反転すると、フィード
バック補正係数αには所定の比例分Ｐ_Lが加算され、さ
らに所定の積分定数Ｉ_Lの傾きで積分分が徐々に加算さ
れる。このフィードバック補正係数αは上述のように基
本噴射量Ｔｐに乗じられ、実際の空燃比は徐々に濃度を
増大させる。

【００４０】そして、上流側酸素センサ１４の出力信号
がリーン側からリッチ側へ反転すると、フィードバック
補正係数αから所定の比例分Ｐ_Rが減算されるととも
に、所定の積分定数Ｉ_Rの傾きで積分分が徐々に減算さ
れる。このような制御の繰り返しによって、実際の空燃
比は１〜２Ｈｚ程度の高周波数で変化しながらほぼ理論
空燃比近傍に保持される。

【００４１】このフィードバックによる空燃比制御中に
なんらかの燃料の増減を行う場合、例えば低水温時や高
速高負荷時、あるいは減速中の燃料カット時等には、上
記フィードバック補正係数αが１に固定されるととも
に、実質的にオープンループ制御となるのである。

【００４２】このような空燃比フィードバック制御中に
おいて、コントロールユニット４は上流側酸素センサ１
４及び下流側酸素センサ１５の出力の振幅の比に基づい
て触媒コンバータ１３が正常に機能しているかどうかを
判定する触媒劣化診断を行う。すなわち、上流側酸素セ
ンサ１４の出力の振幅とフィルタ処理を施した下流側酸
素センサ１５の出力の振幅の比に基づいて触媒の劣化を
判断し、コントロールユニット４に接続された警告灯３
０を判定結果に応じて点灯するのである。

【００４３】このフィルタ処理による触媒の劣化診断制
御動作について図９、図１０のフローチャートに基づい
て説明する。なお、この測定制御動作は、例えば空燃比
フィードバック制御中の所定時間毎に行われるもので、
具体的にはマイクロプロセッサのタイマ割り込み処理な
どによって実行される。

【００４４】まず、ステップＳ１で上流側酸素センサ１
４と下流側酸素センサ１５の出力をそれぞれ読み込んで
から、ステップＳ２で上流側酸素センサ１４の出力に含
まれる空燃比フィードバック制御に伴う制御周波数を演
算する。

【００４５】次に、ステップＳ３ではこの制御周波数で
下流側酸素センサ１５の出力にフィルタ処理を行って、
下流側酸素センサ１５の出力に含まれたベース空燃比の
シフトに伴う低周波成分を除去する。

【００４６】低周波成分を除去するには、フィルタ処理
後の信号をＺ［Ｋ］、下流側酸素センサ１５の信号をＸ
［Ｋ］、フィルタ処理で除去される低周波成分をＹ
［Ｋ］とし、次式に基づいて処理を行う。

【００４７】Ｚ［Ｋ］＝ Ｘ［Ｋ］−Ｙ［Ｋ］ ＝ Ｘ［Ｋ］−（Ｘ［Ｋ］＋Ｘ［Ｋ−１］＋Ｘ［Ｋ−
２］）／３ ＝ Ｘ［Ｋ］−Ｘ［Ｋ］×Ｋ−Ｙ［Ｋ−１］×（１−
Ｋ） で表される微分処理を行えばよい。ここにおいて、移動
平均データ数や加重平均係数Ｋは除去する低周波成分の
周波数に応じて適宜設定する。

【００４８】上流側酸素センサ１４の出力の振幅Ｖ₁と
低周波成分を除去された下流側酸素センサ１５の出力の
振幅Ｖ₂をそれぞれ演算した後、これら振幅の比Ｖ₂／Ｖ
₁を演算する（ステップＳ４、Ｓ５）。

【００４９】下流側酸素センサ１５の出力信号のうち上
流側酸素センサ１４の信号を構成する制御周波数以上の
周波数のみを通過させる帯域フィルタを下流側酸素セン
サ１５とコントロールユニット４との間に介装してもよ
く、このようにソフトウェアあるいはハードウェアによ
ってフィルタ処理された結果、触媒コンバータ１３が正
常な状態であれば、図２１の（ｂ）に示したような下流
側酸素センサ１５の出力に含まれる０．１Ｈｚ程度の低
周波は、１〜２Ｈｚの高周波を含む空燃比フィードバッ
クの制御周波数でフィルタ処理することによって図１１
（ｂ）に示すように低周波成分をカットされたものとな
り、触媒コンバータ１３の劣化が進んだ場合には図１１
の（ｃ）、（ｄ）に示すように、フィルタ処理後の下流
側酸素センサ１５の出力は劣化の度合に応じて高周波成
分の振幅Ｖ₂、Ｖ₂′のみが増大し、これに伴って振幅比
Ｖ₂／Ｖ₁が増大する。

【００５０】こうして、空燃比フィードバック制御中に
演算された振幅比Ｖ₂／Ｖ₁に基づいて図１０に示すステ
ップＳ６以降の劣化診断処理が行われる。

【００５１】この劣化診断処理はクランク角センサ１
９、車速センサ２０等のセンサ出力を読み込んで、内燃
機関の運転条件が所定の触媒劣化診断領域にある場合に
行われ、例えば、 １．車速Ｖ_SPが所定範囲以内 ２．機関回転数Ｎｅが所定範囲以内 ３．機関負荷が所定値以下 等の予め設定された条件により判定を行う（ステップＳ
６、Ｓ７）。なお、機関負荷はコントロールユニット４
で演算された基本噴射量Ｔｐで代用することができる。

【００５２】上記条件が成立した場合には、ステップＳ
８で上記ステップＳ５で求めた振幅比Ｖ₂／Ｖ₁と比較す
るためのスライスレベルＳ／Ｌを予め設定したマップか
ら検索する。

【００５３】このスライスレベルＳ／Ｌは図１２に示す
ように、吸入空気量に応じて予め設定されたものであ
り、図１２は演算を簡易にするために予め設定した吸入
空気量の区分に応じてスライスレベルＳ／Ｌを段階的に
設定したもので、エアフローメータ１８あるいはクラン
ク角センサ１９の出力などから演算された吸入空気量に
応じたスライスレベルＳ／Ｌが読み込まれる。

【００５４】こうして、読み込んだスライスレベルＳ／
Ｌと振幅比Ｖ₂／Ｖ₁との比較を行って（ステップＳ
９）、振幅比Ｖ₂／Ｖ₁がスライスレベルＳ／Ｌ未満であ
ればステップＳ１０の処理へ進んで触媒コンバータ１３
が正常であると判定する一方、振幅比Ｖ₂／Ｖ₁がスライ
スレベルＳ／Ｌ以上の場合にはステップＳ１１へ進んで
触媒コンバータ１３が許容範囲を越えて劣化したと判定
し、警告灯３０を点灯させて運転者に触媒コンバータ１
３の劣化を表示するのである。

【００５５】以上のように構成され、次に全体の作用を
説明すると、空燃比フィードバック制御中に読み込んだ
下流側酸素センサ１５の出力を上流側酸素センサ１４の
出力周波数でフィルタ処理することによって、下流側酸
素センサ１５の出力信号からベース空燃比の変動に伴う
低周波成分が除去されるため、ステップＳ５で演算され
た振幅比Ｖ₂／Ｖ₁は下流側酸素センサ１５の出力信号に
含まれる空燃比フィードバックの制御周波数の大きさを
正確に示すことができ、この振幅比Ｖ₂／Ｖ₁の増大から
触媒コンバータ１３の酸素ストレージ能力の低下の度合
を容易に検出することが可能となる。

【００５６】そして、エンジン１の吸入空気量、すなわ
ち、エンジン１の運転条件に応じて予め設定されたスラ
イスレベルＳ／Ｌと振幅比Ｖ₂／Ｖ₁の比較によって触媒
コンバータ１３の劣化の度合を判定するようにしたた
め、エンジン１の運転条件の幅広い範囲で触媒コンバー
タ１３の劣化診断を行うことが可能となり、前記したよ
うなベース空燃比の変動に起因する触媒劣化の誤診断を
抑制し、診断精度を向上させることができるのである。

【００５７】図１３、図１４は第２の実施例を示し、前
記第１の実施例における触媒コンバータ１３の劣化の度
合の検出を上流側酸素センサ１４及び下流側酸素センサ
１５の出力の反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁から行うようにしたも
ので、その他の構成は前記第１の実施例と同様である。
以下、前記第１の実施例と異なる部分について詳述す
る。

【００５８】図１３において、ステップＡ１〜Ａ３は前
記図９に示したステップＳ１〜Ｓ３と同様に下流側酸素
センサ１５の出力を上流側酸素センサ１４の出力周波数
でフィルタ処理するもので、下流側酸素センサ１５の出
力からベース空燃比の変動に伴う低周波成分が除去され
る。

【００５９】ステップＡ４では上流側酸素センサ１４の
出力とフィルタ処理された下流側酸素センサ１５の出力
の反転回数をそれぞれ演算する。この反転回数の演算
は、図１１に示すように、ヒステリシスを設けたスライ
スレベルＳ／Ｌ−Ｈ、Ｓ／Ｌ−Ｌを通過した回数をカウ
ントすることで演算精度を向上させている。

【００６０】こうして演算された上流側酸素センサ１４
の出力の反転回数Ｔ₁と下流側酸素センサ１５の出力の
反転回数Ｔ₂とから反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁を演算する（ス
テップＡ５）。

【００６１】触媒コンバータ１３の劣化診断処理は上記
ステップＳ６，Ｓ７と同様にエンジン１の運転条件が所
定の診断領域に入ると行われ、上記ステップＳ８と同様
にして反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁と比較するためのスライスレ
ベルＳ／Ｌを予め設定したマップから検索する。

【００６２】このスライスレベルＳ／Ｌは前記第１の実
施例に示した図１２と同様に、予め設定した吸入空気量
の区分に応じてスライスレベルＳ／Ｌを段階的に設定し
たもので、運転条件に応じて演算された吸入空気量に対
応する反転回数比のスライスレベルＳ／Ｌが読み込まれ
る。

【００６３】こうして、読み込んだスライスレベルＳ／
Ｌと反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁との比較をステップＡ９で行
い、反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁がスライスレベルＳ／Ｌ未満で
あればステップＡ１０の処理へ進んで触媒コンバータ１
３が正常であると判定する一方、反転回数比Ｔ₂／Ｔ₁が
スライスレベルＳ／Ｌ以上の場合にはステップＳ１１へ
進んで触媒コンバータ１３が許容範囲を越えて劣化した
と判定し、警告灯３０を点灯させて運転者に注意を促す
のである。

【００６４】このように、フィルタ処理を行った下流側
酸素センサ１５の出力に基づいて演算した反転回数比Ｔ
₂／Ｔ₁によっても、前記第１の実施例と同様にベース空
燃比の変動による低周波成分の影響を抑制して触媒コン
バータ１３の劣化診断を高精度かつ幅広い運転条件で行
うことが可能となって、劣化診断の信頼性を向上させる
ことができる。

【００６５】図１５、図１６は第３の実施例を示し、前
記第１の実施例における触媒コンバータ１３の劣化の検
出を下流側酸素センサ１５の出力に含まれる空燃比フィ
ードバック制御周波数成分の強度に基づいて行うように
したもので、その他の構成は前記第１の実施例と同様で
ある。以下、前記第１の実施例と異なる部分について詳
述する。

【００６６】図１５、図１６に示すフローチャートは、
前記図９、図１０に示したフローチャートと同様に空燃
比フィードバック制御中の所定時間毎に実行されるもの
である。

【００６７】まず、ステップＢ１ではクランク角センサ
１９からの機関回転数Ｎｅまたはエアフローメータ１８
からの吸入空気量Ｑよりエンジン１の運転条件を読み込
んで、ステップＢ２では読み込んだ現在の運転条件から
通常の空燃比フィードバック制御の周波数ｆ₀を所定の
範囲を備えた周波数帯ｆ₀として演算する。

【００６８】通常空燃比フィードバック制御周波数帯ｆ
₀はエンジン１の吸入空気量Ｑに関係するものであるた
め、図１７に示すように、吸入空気量Ｑの範囲に応じて
予め設定した通常空燃比フィードバック制御周波数帯ｆ
₀のマップに基づいて演算される。

【００６９】次に、ステップＢ３では下流側酸素センサ
１５の出力を読み込んで、ステップＢ４でこの出力を高
速フーリエ変換によるフィルタ処理（以下、ＦＦＴ処
理）を行って、ベース空燃比の変動に伴う低周波成分か
ら空燃比フィードバック制御による高周波成分を分離す
る。

【００７０】このＦＦＴ処理によって図２１（ｂ）〜
（ｄ）に示したようなベース空燃比の変動による低周波
成分と高周波数の空燃比フィードバック制御周波数は分
離され、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示したように空燃比フ
ィードバック制御周波数成分のみが抽出される。

【００７１】そして、ステップＢ５はＦＦＴ処理によっ
て抽出された下流側酸素センサ１５の空燃比フィードバ
ック制御周波数成分のうち上記ステップＢ２で求めた通
常空燃比フィードバック制御周波数帯ｆ₀における強度
を空燃比フィードバック制御周波数成分強度Ｄとして演
算する。

【００７２】こうして、ステップＢ１〜Ｂ５において、
空燃比フィードバック制御中に演算された空燃比フィー
ドバック制御周波数成分の強度Ｄに基づいて、図１６に
示すステップＢ６以降の触媒劣化診断処理が次ぎのよう
に行われる。

【００７３】触媒コンバータ１３の劣化診断処理はステ
ップＢ６、Ｂ７において前記第１実施例のステップＳ
６、Ｓ７と同様にエンジン１の運転条件が所定の診断領
域に入ると行われ、ステップＢ７で診断領域であればス
テップＢ８で触媒コンバータ１３の劣化判定を行うため
の強度スライスレベルＳ／Ｌを演算する。

【００７４】この強度スライスレベルＳ／Ｌの演算は、
図１８に示すように転換効率等に基づいて予め設定した
触媒コンバータ１３の性能と前記強度Ｄとの関係から検
索されるもので、触媒コンバータ１３の性能が劣化（図
中ＮＧ）したと判定される空燃比フィードバック制御周
波数成分の強度を強度スライスレベルＳ／Ｌとする。

【００７５】ステップＢ９では上記ステップＢ８で演算
された強度スライスレベルＳ／Ｌと同じくステップＢ５
で演算された強度Ｄとの比較を行って、空燃比フィード
バック制御周波数成分の強度Ｄが強度スライスレベル未
満であればステップＢ１０の処理へ進んで触媒コンバー
タ１３が正常であると判定する一方、強度Ｄがスライス
レベルＳ／Ｌ以上の場合にはステップＢ１１へ進んで触
媒コンバータ１３が許容範囲を越えて劣化したと判定
し、警告灯３０を点灯させて運転者に注意を促すのであ
る。

【００７６】ここで、上記図１１の（ａ）〜（ｄ）に示
したように触媒コンバータ１３が劣化して、空燃比フィ
ードバック制御の高周波成分が大きくなった場合、ＦＦ
Ｔ処理によって演算した空燃比フィードバック制御周波
数成分の強度Ｄはそれぞれ図１９（ａ）〜（ｄ）に示す
ようになる。

【００７７】図１９（ａ）は図１１（ａ）に示した上流
側酸素センサ１４の出力に対応した強度Ｄであり、この
ときの強度は最も大きくなる一方、図１１（ｂ）に示し
た触媒コンバータ１３が正常な場合では、下流側酸素セ
ンサ１５に空燃比フィードバック制御周波数成分が現れ
ないため図１９（ｂ）に示すように強度Ｄはほぼ０とな
る。すなわち、このときの強度Ｄは図１８に示した強度
スライスレベルＳ／Ｌ未満となるのである。

【００７８】一方、触媒コンバータ１３が劣化して図１
１（ｃ）、（ｄ）に示したように下流側酸素センサ１５
の出力中の空燃比フィードバック制御周波数成分が増大
すると、図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、通常空燃
比フィードバック制御周波数帯ｆ₀における強度Ｄも増
大する。したがって、この強度Ｄを強度スライスレベル
Ｓ／Ｌと比較することによってベース空燃比の変動によ
る低周波成分から空燃比フィードバック制御周波数成分
を分離して触媒コンバータ１３の劣化を正確に判定する
ことができるのである。

【００７９】一般に上流側酸素センサ１４の劣化やエン
ジン１の吸気系統に燃料が付着する壁流現象による燃料
輸送遅れなどによって空燃比フィードバック制御周波数
は低下する傾向にあり、この場合、触媒コンバータ１３
自体の劣化は進行していないが、下流側酸素センサ１５
の出力は図２０（ａ′）〜（ｄ′）に示すように触媒コ
ンバータ１３の劣化とは無関係に空燃比フィードバック
制御周波数に追随する。

【００８０】これら図２０（ａ′）〜（ｄ′）に対応し
た下流側酸素センサ１５の出力に含まれる空燃比フィー
ドバック制御周波数の強度Ｄは図１９の（ａ′）〜
（ｄ′）に示すように通常空燃比フィードバック制御周
波数帯ｆ₀より低い領域で強度はほぼ等しくなる。

【００８１】ここで、上記ステップＢ１、Ｂ２でエンジ
ン１の運転条件から通常空燃比フィードバック制御周波
数帯ｆ₀を求めているため、下流側酸素センサ１５の出
力に基づいてＦＦＴ処理された信号の空燃比フィードバ
ック制御周波数成分の通常空燃比フィードバック制御周
波数帯ｆ₀における強度Ｄは上記図１８に示した強度ス
ライスレベルＳ／Ｌより小さくなるため、触媒コンバー
タ１３の劣化を判定することがなく、誤診断を防いで診
断精度を向上することが可能となるのである。

【００８２】このように、ＦＦＴ処理によって下流側酸
素センサ１５の出力から抽出した空燃比フィードバック
制御周波数をエンジン１の運転条件から演算した通常空
燃比フィードバック制御周波数帯ｆ₀における強度Ｄと
して把握することで上記実施例と同様にベース空燃比の
変動による低周波成分の影響を抑制して触媒コンバータ
１３の劣化診断を高精度かつ幅広い運転条件で行うこと
が可能となり、さらに、上流側酸素センサ１４の故障や
吸気系の壁流現象等の外乱による誤診断を防ぐことも可
能となって劣化診断の信頼性を向上させることができる
のである。

【００８３】なお、上記実施例においてステップＳ４ま
たはＡ４におけるフィルタ処理を上流側酸素センサ１５
の出力周波数に基づく帯域フィルタ処理としたが、ハイ
パスフィルタとしてもよい。

【００８４】また、上記実施例において、下流側空燃比
センサ１５の出力のフィルタ処理をフィードバック補正
係数αの理論空燃比をしきい値とした反転回数または振
幅に基づいて行ってもよく、フィードバック補正係数α
あるいは上流側空燃比センサ１４の出力とフィルタ処理
された下流側空燃比センサ１５の出力の反転回数または
振幅との比に基づいて触媒コンバータ１３の劣化を診断
することができ、上記と同様にベース空燃比の変動に起
因する触媒劣化の誤診断を抑制して、診断精度を向上さ
せることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、排気
通路に介装された触媒と、触媒の上流に配設された上流
側空燃比センサと、触媒の下流に配設された下流側空燃
比センサと、機関の運転条件を判定する手段と、前記機
関運転条件の判定結果に応じて基本燃料噴射量を設定す
る基本噴射量設定手段と、上流側空燃比センサの信号に
基づいてフィードバック補正係数を算出する補正係数算
出手段と、このフィードバック補正係数に応じて前記基
本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備えて
なる内燃機関において、前記機関運転条件の判定結果が
所定の触媒劣化診断領域であるときに前記上流側空燃比
センサ及び下流側空燃比センサからの信号の周波数をそ
れぞれ演算する周波数演算手段と、前記下流側空燃比セ
ンサの信号を前記上流側空燃比センサの信号周波数に基
づいてフィルタ処理する手段と、このフィルタ処理され
た下流側空燃比センサの信号と上流側空燃比センサの信
号の振幅の比を演算する振幅比演算手段と、前記機関運
転条件の判定結果に応じて前記振幅比のしきい値を演算
する手段と、前記振幅比としきい値の比較結果に基づい
て前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、上
流側空燃比センサの出力に含まれる空燃比フィードバッ
クの制御周波数を下流側空燃比センサの出力から抽出す
ることができ、制御周波数に基づいて触媒の劣化の度合
を正確に検出することが可能となって、誤診断を抑制し
て診断精度を向上させることができ、上流側空燃比セン
サの出力と抽出された下流側空燃比センサの出力の比を
運転条件に応じたしきい値と比較することで、幅広い運
転条件においても正確に触媒の劣化を診断することがで
きる。

【００８６】また、第２の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記機関運転条件の判
定結果に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設
定手段と、上流側空燃比センサの信号に基づいてフィー
ドバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、この
フィードバック補正係数αに応じて前記基本燃料噴射量
を補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関
において、前記機関運転条件の判定結果が所定の触媒劣
化診断領域であるときに前記上流側空燃比センサ及び下
流側空燃比センサからの信号の周波数をそれぞれ演算す
る周波数演算手段と、前記下流側空燃比センサの信号を
前記上流側空燃比センサの信号周波数に基づいてフィル
タ処理する手段と、このフィルタ処理された下流側空燃
比センサの信号と上流側空燃比センサの信号とをそれぞ
れ所定のしきい値と比較して反転回数を演算する手段
と、これら上流側空燃比センサの信号と前記フィルタ処
理された下流側空燃比センサの信号との反転回数の比を
演算する反転回数比演算手段と、前記機関運転条件の判
定結果に応じて前記反転回数比のしきい値を演算する手
段と、前記反転回数比としきい値の比較結果に基づいて
前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、上流
側空燃比センサの出力に含まれる空燃比フィードバック
の制御周波数を下流側空燃比センサの出力から抽出する
ことができ、制御周波数に基づいて触媒の劣化を正確に
判定することが可能となって、誤診断を抑制して診断精
度を向上させることができ、上流側空燃比センサの出力
と抽出された下流側空燃比センサの出力の反転回数の比
を運転条件に応じたしきい値と比較することで幅広い運
転条件においても正確に触媒の劣化を診断することがで
きる。

【００８７】また、第３の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記下流側空燃比セン
サの信号を上流側空燃比センサの信号に基づいてフィル
タ処理する手段と、このフィルタ処理された下流側空燃
比センサの信号の振幅と上流側空燃比センサの信号の振
幅との比を演算する振幅比演算手段と、前記機関運転条
件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるときに、
前記振幅比と所定の基準値の比較結果に基づいて前記触
媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、上流側空燃
比センサの出力に含まれる空燃比フィードバックの制御
周波数を下流側空燃比センサの出力から抽出することが
でき、振幅比に基づいて触媒の劣化を正確に判定するこ
とが可能となって、誤診断を抑制して診断精度を向上さ
せることができる。

【００８８】また、第４の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記下流側空燃比セン
サの信号を上流側空燃比センサの信号に基づいてフィル
タ処理する手段と、このフィルタ処理された下流側空燃
比センサの信号と上流側空燃比センサの信号とをそれぞ
れ所定のしきい値と比較して反転回数を演算する手段
と、これら上流側空燃比センサの信号と前記フィルタ処
理された下流側空燃比センサの信号の反転回数の比を演
算する手段と、前記機関運転条件の判定結果が所定の触
媒劣化診断領域であるときに、前記反転回数比と所定の
基準値との比較結果に基づいて前記触媒の劣化を判定す
る劣化判定手段とを備え、上流側空燃比センサの出力に
含まれる空燃比フィードバックの制御周波数を下流側空
燃比センサの出力から抽出することができ、反転回数比
に基づいて触媒の劣化を正確に判定することが可能とな
って、誤診断を抑制して診断精度を向上させることがで
きる。

【００８９】また、第５の発明は、前記第１ないし第４
の発明のうちのいずれかひとつにおいて、前記フィルタ
処理手段が前記下流側空燃比センサの信号のうち上流側
空燃比センサの信号周波数以上の信号を通過させ、下流
側空燃比センサの出力に含まれるベース空燃比のシフト
に伴う低周波成分が除去されるため、誤診断を抑制して
精度よく触媒の劣化診断を行うことが可能となる。

【００９０】また、第６の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記機関運転条件の判
定結果に基づいて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量
設定手段と、上流側空燃比センサの信号に基づいてフィ
ードバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、こ
のフィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量
を補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関
において、前記フィードバック補正係数の振幅を演算す
る手段と、前記下流側空燃比センサの信号を前記フィー
ドバック補正係数の振幅に基づいてフィルタ処理する手
段と、このフィルタ処理された下流側空燃比センサの信
号の振幅と上流側空燃比センサの信号の振幅もしくは前
記フィードバック補正係数の振幅との比を演算する振幅
比演算手段と、前記機関運転条件が所定の触媒劣化診断
領域であるときに、前記振幅比と所定の基準値の比較結
果に基づいて前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と
を備え、フィードバック補正係数の振幅に基づくフィル
タ処理によって下流側空燃比センサの出力に含まれた空
燃比フィードバックの制御周波数を抽出し、抽出した制
御周波数の振幅比に基づいて触媒の劣化を正確に判定す
ることが可能となって、誤診断を抑制して診断精度を向
上させることができる。

【００９１】また、第７の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記機関運転条件の判
定結果に基づいて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量
設定手段と、上流側空燃比センサの信号に基づいてフィ
ードバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、こ
のフィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量
を補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関
において、前記フィードバック補正係数の反転回数を演
算する手段と、前記下流側空燃比センサの信号を前記フ
ィードバック補正係数の反転回数に基づいてフィルタ処
理する手段と、このフィルタ処理された下流側空燃比セ
ンサの信号の反転回数と上流側空燃比センサの信号の反
転回数もしくは前記フィードバック補正係数の反転回数
との比を演算する反転回数比演算手段と、前記機関運転
条件が所定の触媒劣化診断領域であるときに、前記反転
回数比と所定の基準値の比較結果に基づいて前記触媒の
劣化を判定する劣化判定手段とを備え、フィードバック
補正係数の反転回数に基づくフィルタ処理によって下流
側空燃比センサの出力に含まれた空燃比フィードバック
の制御周波数を抽出し、抽出した制御周波数の振幅比に
基づいて触媒の劣化を正確に判定することが可能となっ
て、誤診断を抑制して診断精度を向上させることができ
る。

【００９２】また、第８の発明は、排気通路に介装され
た触媒と、触媒の上流に配設された上流側空燃比センサ
と、触媒の下流に配設された下流側空燃比センサと、機
関の運転条件を判定する手段と、前記機関運転条件の判
定結果に基づいて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量
設定手段と、上流側空燃比センサの信号に基づいてフィ
ードバック補正係数を算出する補正係数算出手段と、こ
のフィードバック補正係数に応じて前記基本燃料噴射量
を補正する燃料噴射量補正手段とを備えてなる内燃機関
において、前記機関運転条件に基づいて通常空燃比フィ
ードバック制御周波数を演算する制御周波数演算手段
と、前記下流側空燃比センサの信号を高速フーリエ変換
によってフィルタ処理するＦＦＴ処理手段と、このＦＦ
Ｔ処理された下流側空燃比センサの信号の前記通常空燃
比フィードバック制御周波数における空燃比フィードバ
ック制御周波数成分の強度を演算する強度演算手段と、
前記機関運転条件が所定の触媒劣化診断領域であるとき
に、前記強度と予め設定した強度スライスレベルとを比
較して触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、下
流側空燃比センサの出力から高速フーリエ変換によって
空燃比フィードバック制御周波数成分を抽出し、この抽
出した周波数成分の機関運転条件から演算した通常空燃
比フィードバック制御周波数ｆ₀における強度を演算
し、この強度を所定の強度スライスレベルと比較して触
媒の劣化を判定するようにしたため、理論空燃比からの
ずれに伴う低周波成分から空燃比フィードバック制御周
波数成分を確実に分離して触媒の劣化を精度よく行うこ
とが可能となり、さらに、上流側空燃比センサの故障や
壁流の影響等の外乱による誤診断を防ぐことが可能とな
って、触媒劣化の診断精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に対応するクレーム対応図である。

【図２】第２の発明に対応するクレーム対応図である。

【図３】第３の発明に対応するクレーム対応図である。

【図４】第４の発明に対応するクレーム対応図である。

【図５】第６の発明に対応するクレーム対応図である。

【図６】第７の発明に対応するクレーム対応図である。

【図７】第８の発明に対応するクレーム対応図である。

【図８】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図９】触媒劣化診断の制御の一例を示すフローチャー
トである。

【図１０】同じく触媒劣化診断の制御の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図１１】上流側酸素センサの出力とフィルタ処理後の
下流側酸素センサの出力を示すグラフである。

【図１２】吸入空気量と振幅比または反転回数比のスラ
イスレベルとの関係を示すグラフである。

【図１３】第２の実施例を示す触媒劣化診断の制御の一
例を示すフローチャートである。

【図１４】同じくフローチャートである。

【図１５】第３の実施例を示す触媒劣化診断の制御の一
例を示すフローチャートである。

【図１６】同じくフローチャートである。

【図１７】空燃比フィードバック制御周波数帯ｆ₀と吸
入空気量との関係を示すグラフである。

【図１８】同じく強度Ｄと触媒の劣化度合の関係を示す
グラフである。

【図１９】強度Ｄと周波数の関係を示すグラフである。

【図２０】応答遅れが大きくなった場合の上流側酸素セ
ンサの出力と下流側酸素センサの出力を示すグラフであ
る。

【図２１】上流側酸素センサの出力と下流側酸素センサ
の出力を示すグラフである。

【図２２】上流側酸素センサの出力と補正係数αの関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

４ コントロールユニット １３ 触媒コンバータ １４ 上流側酸素センサ １５ 下流側酸素センサ ５０ 上流側空燃比センサ ５１ 下流側空燃比センサ ５２ 運転条件判定手段 ５３ 基本噴射量設定手段 ５４ 補正係数演算手段 ５５ 燃料補正量演算手段 ５６ 周波数演算手段 ５７ フィルタ処理手段 ５８ 振幅比演算手段 ５９ しきい値演算手段 ６０ 劣化判定手段 ６１ 反転回数演算手段 ６２ 反転回数比演算手段 ６３ 振幅演算手段 ６４ 制御周波数演算手段 ６５ ＦＦＴ処理手段 ６６ 強度演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−50204（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−187297（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−280402（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129240（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−292554（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/20 F02D 41/14 310 F02D 45/00 368

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記機関運転条件の判定結果に応じて基本
   燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、上流側空
   燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係数を
   算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
   係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
   補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記機関運
   転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるとき
   に前記上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサから
   の信号の周波数をそれぞれ演算する周波数演算手段と、
   前記下流側空燃比センサの信号を前記上流側空燃比セン
   サの信号周波数に基づいてフィルタ処理する手段と、こ
   のフィルタ処理された下流側空燃比センサの信号とフィ
   ルタ処理以前の上流側空燃比センサの信号の振幅の比を
   演算する振幅比演算手段と、前記機関運転条件の判定結
   果に応じて前記振幅比のしきい値を演算する手段と、前
   記振幅比としきい値の比較結果に基づいて前記触媒の劣
   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
   内燃機関の触媒劣化診断装置。
2. 【請求項２】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記機関運転条件の判定結果に応じて基本
   燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、上流側空
   燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係数を
   算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補正
   係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量
   補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記機関運
   転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域であるとき
   に前記上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサから
   の信号の周波数をそれぞれ演算する周波数演算手段と、
   前記下流側空燃比センサの信号を前記上流側空燃比セン
   サの信号周波数に基づいてフィルタ処理する手段と、こ
   のフィルタ処理された下流側空燃比センサの信号とフィ
   ルタ処理以前の上流側空燃比センサの信号とをそれぞれ
   所定のしきい値と比較して反転回数を演算する手段と、
   これら上流側空燃比センサの信号と前記フィルタ処理さ
   れた下流側空燃比センサの信号との反転回数の比を演算
   する反転回数比演算手段と、前記機関運転条件の判定結
   果に応じて前記反転回数比のしきい値を演算する手段
   と、前記反転回数比としきい値の比較結果に基づいて前
   記触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを
   特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
3. 【請求項３】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記下流側空燃比センサの信号を上流側空
   燃比センサの信号に基づいてフィルタ処理する手段と、
   このフィルタ処理された下流側空燃比センサの信号の振
   幅と上流側空燃比センサの信号の振幅との比を演算する
   振幅比演算手段と、前記機関運転条件の判定結果が所定
   の触媒劣化診断領域であるときに、前記振幅比と所定の
   基準値の比較結果に基づいて前記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内燃機関の触
   媒劣化診断装置。
4. 【請求項４】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記下流側空燃比センサの信号を上流側空
   燃比センサの信号に基づいてフィルタ処理する手段と、
   このフィルタ処理された下流側空燃比センサの信号と上
   流側空燃比センサの信号とをそれぞれ所定のしきい値と
   比較して反転回数を演算する手段と、これら上流側空燃
   比センサの信号と前記フィルタ処理された下流側空燃比
   センサの信号の反転回数の比を演算する手段と、前記機
   関運転条件の判定結果が所定の触媒劣化診断領域である
   ときに、前記反転回数比と所定の基準値との比較結果に
   基づいて前記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内燃機関の触媒劣化診断装置。
5. 【請求項５】 前記フィルタ処理手段が前記下流側空燃
   比センサの信号のうち上流側空燃比センサの信号周波数
   以上の信号を通過させることを特徴とする請求項１ない
   し請求項４のいずれかひとつに記載の内燃機関の触媒劣
   化診断装置。
6. 【請求項６】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基
   本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、上流側
   空燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係数
   を算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補
   正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射
   量補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記フィ
   ードバック補正係数の振幅を演算する手段と、前記下流
   側空燃比センサの信号を前記フィードバック補正係数の
   振幅に基づいてフィルタ処理する手段と、このフィルタ
   処理された下流側空燃比センサの信号の振幅と上流側空
   燃比センサの信号の振幅もしくは前記フィードバック補
   正係数の振幅との比を演算する振幅比演算手段と、前記
   機関運転条件が所定の触媒劣化診断領域であるときに、
   前記振幅比と所定の基準値の比較結果に基づいて前記触
   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
   とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
7. 【請求項７】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基
   本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、上流側
   空燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係数
   を算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補
   正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射
   量補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記フィ
   ードバック補正係数の反転回数を演算する手段と、前記
   下流側空燃比センサの信号を前記フィードバック補正係
   数の反転回数に基づいてフィルタ処理する手段と、この
   フィルタ処理された下流側空燃比センサの信号の反転回
   数と上流側空燃比センサの信号の反転回数もしくは前記
   フィードバック補正係数の反転回数との比を演算する反
   転回数比演算手段と、前記機関運転条件が所定の触媒劣
   化診断領域であるときに、前記反転回数比と所定の基準
   値の比較結果に基づいて前記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内燃機関の触媒劣
   化診断装置。
8. 【請求項８】 排気通路に介装された触媒と、触媒の上
   流に配設された上流側空燃比センサと、触媒の下流に配
   設された下流側空燃比センサと、機関の運転条件を判定
   する手段と、前記機関運転条件の判定結果に基づいて基
   本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、上流側
   空燃比センサの信号に基づいてフィードバック補正係数
   を算出する補正係数算出手段と、このフィードバック補
   正係数に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射
   量補正手段とを備えてなる内燃機関において、前記機関
   運転条件に基づいて通常空燃比フィードバック制御周波
   数を演算する制御周波数演算手段と、前記下流側空燃比
   センサの信号を高速フーリエ変換によってフィルタ処理
   するＦＦＴ処理手段と、このＦＦＴ処理された下流側空
   燃比センサの信号の前記通常空燃比フィードバック制御
   周波数における空燃比フィードバック制御周波数成分の
   強度を演算する強度演算手段と、前記機関運転条件が所
   定の触媒劣化診断領域であるときに、前記強度と予め設
   定した強度スライスレベルとを比較して触媒の劣化を判
   定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機
   関の触媒劣化診断装置。