JP2861623B2

JP2861623B2 - 内燃機関の触媒劣化診断装置

Info

Publication number: JP2861623B2
Application number: JP4119348A
Authority: JP
Inventors: 文雄勇川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH05312025A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、触媒コンバータの上
流側と下流側とに配設された空燃比センサを利用して、
触媒の劣化状態を診断するようにした内燃機関の触媒劣
化診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の触媒コンバータの上流側およ
び下流側にそれぞれ空燃比センサ例えばＯ₂センサを配
設し、上流側Ｏ₂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ようにした装置
が、例えば特開昭６３−９７８５２号公報や特開昭６３
−２０５４４１号公報に開示されている。

【０００３】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Ｏ₂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
れるので、上流側Ｏ₂センサの出力信号は図１０の
（ａ）に示すように、周期的にリッチ，リーンの反転を
繰り返す。これに対し、触媒コンバータの下流側では、
触媒のＯ₂ストレージ能力により残存酸素濃度の変動が
非常に緩やかなものとなるので、下流側Ｏ₂センサの出
力信号としては、図１０の（ｂ）に示すように、上流側
Ｏ₂センサに比べて変動幅が小さく、かつ周期が長くな
る。

【０００４】しかし、触媒コンバータにおける触媒が劣
化してくると、Ｏ₂ストレージ能力の低下により、触媒
コンバータ上流側と下流側とで酸素濃度がそれ程変わら
なくなり、その結果、下流側Ｏ₂センサの出力信号は、
図１０の（ｃ）に示すように、上流側Ｏ₂センサの出力
に近似した周期で反転を繰り返すようになり、かつその
変動幅も大きくなってくる。

【０００５】従って、上記公報に記載の装置では、上流
側Ｏ₂センサのリッチ，リーンの反転周期Ｔ１と下流側
Ｏ₂センサのリッチ，リーンの反転周期Ｔ２との比（Ｔ
１／Ｔ２）を求め、この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ようにしている。

【０００６】尚、下流側Ｏ₂センサの出力信号は、上述
した触媒劣化診断のほかに、上流側Ｏ₂センサの出力信
号に基づく空燃比フィードバック制御の全体的な空燃比
の片寄りの学習補正等にも用いられるのが一般的であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のように単に下流側空燃比センサの反転周期によって触
媒劣化を診断する方法では、劣化度合の定量的な判定は
行えず、良否の判定基準を任意に設定することができな
い。つまり、触媒がある程度劣化すると、下流側空燃比
センサのリッチ，リーンの反転は上流側空燃比センサの
リッチ，リーンの反転と略同調してしまい、それ以上き
め細かな劣化度合の診断を行うことができない。従っ
て、転化性能が残存していても劣化と判定される場合が
生じるとともに、判定精度が低い、という不具合があっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
空燃比を強制的に徐々にシフトさせ、フィードバック制
御に伴う空燃比のリッチ，リーンの反転に対する下流側
空燃比センサの応答の変化から触媒の劣化度合を判定す
るようにした。＿すなわち、第１の発明に係る内燃機関
の触媒劣化診断装置は、図１に示すように、排気通路に
介装された触媒コンバータの上流側に配設された上流側
空燃比センサ１と、触媒コンバータの下流側に配設され
た下流側空燃比センサ２と、少なくとも上流側空燃比セ
ンサ１における検出空燃比のリッチ，リーンの反転に基
づいてフィードバック補正係数を演算する補正係数演算
手段３と、このフィードバック補正係数を用いて燃料供
給量を補正する補正手段４と、所定の診断時に、平均空
燃比がリッチ側あるいはリーン側へ徐々にシフトするよ
うに上記フィードバック補正係数を強制的に変化させる
診断用空燃比シフト手段５と、この強制的な平均空燃比
のシフト中に、上記下流側空燃比センサ２及び上流側空
燃比センサ１の反転回数比と所定の判定基準値とを比較
して、実質的に上記下流側空燃比センサ２の出力の状態
が所定の状態に変化したことを検出する下流側変化検出
手段６と、この下流側空燃比センサ２の出力の状態が所
定の状態に変化したときの平均空燃比のシフト量から触
媒劣化を判定する判定手段７とを備えたことを特徴とし
ている。

【０００９】また、第２の発明に係る内燃機関の触媒劣
化診断装置は、図１に示すように、排気通路に介装され
た触媒コンバータの上流側に配設された上流側空燃比セ
ンサ１と、触媒コンバータの下流側に配設された下流側
空燃比センサ２と、少なくとも上流側空燃比センサ１に
おける検出空燃比のリッチ，リーンの反転に基づいてフ
ィードバック補正係数を演算する補正係数演算手段３
と、このフィードバック補正係数を用いて燃料供給量を
補正する補正手段４と、所定の診断時に、平均空燃比が
リッチ側あるいはリーン側へ徐々にシフトするように上
記フィードバック補正係数を強制的に変化させる診断用
空燃比シフト手段５と、この強制的な平均空燃比のシフ
トに伴い下流側空燃比センサ２の出力の状態が所定の状
態に変化したことを検出する下流側変化検出手段６と、
この下流側空燃比センサ２の出力の状態が所定の状態に
変化したときの平均空燃比のシフト量から触媒劣化を判
定する判定手段７とを備え、上記下流側変化検出手段６
は、下流側空燃比センサ２の出力の反転周期が所定値以
上となったことを検出するものであることを特徴として
いる。

【００１０】また、上記診断用空燃比シフト手段５がリ
ッチ側へのシフトとリーン側へのシフトの双方を実行す
るようにし、上記判定手段７が、リッチ側へのシフト量
とリーン側へのシフト量との和に基づいて判定を行うよ
うにしてもよい。

【００１１】

【作用】上記補正係数演算手段３および補正手段４によ
って空燃比フィードバック系が構成され、機関空燃比は
理論空燃比近傍に維持される。尚、このフィードバック
制御に伴い、上流側空燃比センサ１での検出空燃比はリ
ッチ，リーンに周期的に反転し、その平均空燃比が理論
空燃比となる。このような理論空燃比の下では、実空燃
比が一定周期で反転すると仮定した場合の下流側空燃比
センサ２のリッチ，リーンの反転周波数と触媒劣化度と
の関係が、図２の実線に示すような特性となる。つま
り、劣化がある程度進行した段階で下流側の反転周波数
が急増して上流側の反転周波数に急激に接近する。その
ため、多少のばらつきを考慮すると、劣化の良否判定基
準Ｌに対し正確な判定を行うことが難しい。これに対
し、診断用空燃比シフト手段５によって平均空燃比をリ
ッチ側あるいはリーン側へ徐々にシフトさせると、図２
に破線で例示するように下流側反転周波数と触媒劣化度
との関係が平行移動する形で徐々に変化する。従って、
例えば良否判定基準Ｌに対応するある基準反転周波数と
なるまでシフトさせたとすれば、そのときのシフト量が
触媒劣化度を示すパラメータとなり得る。特に、第１の
発明では、下流側空燃比センサの出力状態の変化を検出
するにあたって、下流側空燃比センサ及び上流側空燃比
センサの反転回数比を用いているため、上流側空燃比セ
ンサの出力状態の変化を相殺する形で、下流側空燃比セ
ンサの出力状態の変化を精度良く検出することができ
る。

【００１２】上記の強制的な空燃比シフトによる劣化診
断は、リッチ側へのシフトあるいはリーン側へのシフト
のいずれか一方で可能であるが、仮に診断開始時点の空
燃比が理論空燃比からずれていると、それが誤差要因と
なる。これに対し、リッチ側へのシフトとリーン側への
シフトの双方を行い、それぞれのシフト量の和に基づい
て判定を行えば、診断開始時点の空燃比のずれは相殺さ
れる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１４】図３はこの発明の一実施例の機械的構成を
示す構成説明図であって、１１は内燃機関、１２はその
吸気通路、１３は排気通路を示している。上記吸気通路
１２には、各吸気ポートへ向けて燃料を供給する燃料噴
射弁１４が気筒毎に配設されているとともに、スロット
ル弁１５が介装されており、その上流側に、吸入空気量
を検出する例えば熱線式のエアフロメータ１６が配設さ
れている。

【００１５】上記排気通路１３には、例えば三元触媒を
用いた触媒コンバータ１７が介装されているとともに、
該触媒コンバータ１７よりも上流位置に上流側Ｏ₂セン
サ１８が、下流位置に下流側Ｏ₂センサ１９がそれぞれ
配設されている。この空燃比センサとしてのＯ₂センサ
１８，１９は、排気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、理論空燃比を境に起電力がステ
ップ状に急変する特性を有している。

【００１６】また、２０は内燃機関の冷却水温を検出す
る水温センサ、２１は機関回転数を検出するために設け
られた所定クランク角毎にパルス信号を発するクランク
角センサを示している。

【００１７】上述した各種センサの検出信号が入力され
るコントロールユニット２２は、所謂マイクロコンピュ
ータシステムを用いたもので、Ｏ₂センサ１８，１９に
基づく燃料噴射弁１４の噴射量制御つまりフィードバッ
ク制御方式による空燃比制御を実行するとともに、後述
するような触媒の劣化診断を行い、所定レベル以上の劣
化と判定した場合には警告灯２３を点灯させるようにな
っている。

【００１８】次に上記実施例における作用について説明
する。

【００１９】先ず、空燃比制御の概略を説明する。この
空燃比制御は、エアフロメータ１６が検出した吸入空気
量Ｑとクランク角センサ２１が検出した機関回転数Ｎと
から基本パルス幅Ｔｐ（基本噴射量）を、Ｔｐ＝（Ｑ／Ｎ）×ｋ（但し、ｋは定数）として、演算し、かつこれに種々の増量補正やフィード
バック補正を加えて燃料噴射弁１４の駆動パルス幅Ｔｉ
（噴射量）を決定するのであり、具体的には次式によっ
てパルス幅Ｔｉが求められる。

【００２０】Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋ＴｓここでＣＯＥＦは各種増量補正係数であり、例えば水温
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。Ｔｓは、燃料噴射弁１４の無効時間を補償す
るよう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。

【００２１】また、αは主に上流側Ｏ₂センサ１８の検
出信号に基づいて演算されるフィードバック補正係数で
ある。すなわち、上流側Ｏ₂センサ１８の出力信号を所
定のスライスレベル（理論空燃比に対応する）と比較
し、かつそのリーン側およびリッチ側への反転に基づく
疑似的な比例積分制御によって求められる値で、１以上
であればリッチ側へ、１以下であればリーン側へ空燃比
が制御される。図４の（ａ）は、上流側Ｏ₂センサ１
８の出力信号の一例を示し、（ｂ）はこれに対応するフ
ィードバック補正係数αの変化を示している。上記フィ
ードバック補正係数αは、上述したように疑似的な比例
積分制御により求められるもので、上流側Ｏ₂センサ１
８の出力が所定のスライスレベルを横切ってリッチ側か
らリーン側へ反転すると、補正係数αには一定の比例分
ＰＬが加算され、かつ所定の積分定数ＩＬによる傾きで
積分分が徐々に加算されて行く。このフィードバック補
正係数αは、前述したように基本燃料噴射量Ｔｐに乗じ
られるので、実際の空燃比は徐々に濃化する。そして、
次に上流側Ｏ₂センサ１８の出力がリーン側からリッチ
側へ反転すると、補正係数αから一定の比例分ＰＲが減
算され、かつ所定の積分定数ＩＲによる傾きで積分分が
徐々に減算されて行く。このような作用の繰り返しによ
って、実際の空燃比は、１〜２Ｈｚ程度の周期で変化し
つつ略理論空燃比近傍に維持される。

【００２２】尚、何らかの燃料増量を行う必要がある低
水温時や高速高負荷時、あるいは減速中のフューエルカ
ット時等には上記フィードバック補正係数αが１にクラ
ンプされ、実質的にオープンループ制御となる。

【００２３】一方、下流側Ｏ₂センサ１９の出力信号
は、後述する触媒の劣化診断のほかに、上流側Ｏ₂セン
サ１８によるフィードバック制御の全体的な片寄りの補
正のために用いられる。

【００２４】すなわち、下流側Ｏ₂センサ１９の出力信
号についても、そのリッチ，リーンの反転に基づいて同
様に疑似的な比例積分制御がなされ、第２補正係数αｉ
が求められる。そして、この第２補正係数αｉを用い
て、前述したフィードバック補正係数αの演算における
比例分ＰＬおよびＰＲを、それぞれ、ＰＬ＝ＰＬ＋αｉＰＲ＝ＲＲ−αｉとして補正するのである。尚、この結果、下流側Ｏ₂セ
ンサ１９の出力信号は比較的長い周期でもってリッチ，
リーンの反転を繰り返すようになる。

【００２５】次に、図５〜図８のフローチャートに基づ
いて触媒の劣化診断について説明する。尚、この実施例
では、上流側Ｏ₂センサ１８と下流側Ｏ₂センサ１９の反
転周期の比に基づいて予備的な診断を行い、ここである
程度劣化していると判断した場合にのみ本発明の診断を
実行するようにしている。

【００２６】図５は、診断全体の流れを示すメインフロ
ーチャートであって、先ずステップ１（図ではＳ１等と
略記する）では、診断を行うべき所定の運転状態か判別
する。ここで所定の運転状態に該当しなければ、フラグ
ＦＬＡＧや各種カウンタＣＦ１等をリセットし、診断は
行わない（ステップ２〜６）。

【００２７】診断を行うべき所定運転状態であれば、フ
ラグＦＬＡＧが０であるか否かを判定する。このフラグ
ＦＬＡＧは、予備的な診断で劣化と判定するまでは
「０」、予備的な診断で劣化の疑いがある場合には
「１」、後述する空燃比のリーン側へのシフトのみが完
了した状態では「２」となる。従って、予備的な診断を
行っている間は、ステップ８以降へ進む。

【００２８】ステップ８で実質的にタイマとなるカウン
タＣＦ１をインクリメントした後にステップ９へ進み、
上流側Ｏ₂センサ１８がリーンからリッチもしくはリッ
チからリーンへ反転したかどうかを判定する。ここで反
転が検出されれば、その回数をカウンタＯ２Ｆによって
カウンタする（ステップ１０）。同様に、ステップ１
１，１２で下流側Ｏ₂センサ１９の反転回数をカウンタ
Ｏ２Ｒによってカウンタする。そして、所定期間が経過
してカウンタＣＦ１が所定値ＣＦ０に達したら、該カウ
ンタＣＦ１をリセット（ステップ１４）した後に、両者
の反転回数の比Ｏ２Ｒ／Ｏ２Ｆを求め、これを判定基準
値Ｃ０と比較する（ステップ１５）。判定基準値Ｃ０以
下であれば、触媒が十分に非劣化であると考えられるの
で、フラグＦＬＡＧを０とする（ステップ１６）。Ｃ０
より大きい場合は、触媒がある程度劣化している状態で
あり、次段の診断を行うようにフラグＦＬＡＧを１とす
る（ステップ１７）。その後、カウンタＯ２ＲおよびＯ
２Ｆをリセットする（ステップ１８）。また、その時点
の比例分ＰＬおよびＰＲの値（前述したように第２補正
係数αｉでもって修正された値）を、シフト基準点ＰＬ
０，ＰＲ０として記憶する（ステップ１９）。

【００２９】一方、ステップ７でフラグＦＬＡＧが１も
しくは２であった場合には、ステップ２０へ進み、下流
側Ｏ₂センサ１９による補正を停止する。つまり上流側
Ｏ₂センサ１８単独での空燃比制御とする。そして、ス
テップ２１の後述するＳＵＢＰＩＣＯＮＴのルーチンを
実行する。このＳＵＢＰＩＣＯＮＴのルーチンでは、平
均空燃比のシフトをリーン側，リッチ側の双方へ行い、
下流側Ｏ₂センサ１９の出力が殆ど反転しなくなったと
きのシフト量Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ求めている。

【００３０】ステップ２２では、ＳＵＢＰＩＣＯＮＴの
ルーチンの中で反転の検出を行うために、そのときの上
流側Ｏ₂センサ１８の出力電圧ＶＯ２ＦをＶＯ２ＦＰと
して記憶する。このＶＯ２ＦＰは、次回のＳＵＢＰＩＣ
ＯＮＴにおいて用いられる。またステップ２３では、フ
ラグＭの判定を行う。このフラグＭは、後述するよう
に、平均空燃比のシフトによるシフト量Ｐ１，Ｐ２の算
出が完了したときに１となるものであり、ＳＵＢＰＩＣ
ＯＮＴのルーチンを複数回実行した後に、このフラグＭ
が１となったらステップ２４以降へ進み、最終的な診断
を行う。

【００３１】すなわち、リーン側へのシフトで求めたシ
フト量Ｐ１とリッチ側へのシフトで求めたシフト量Ｐ２
との和Ｐを求め（ステップ２４）、これを判定基準値Ｐ
０と比較する。ここでＰ０以上であれば、触媒劣化と判
定し、警告灯２３を点灯する（ステップ２６）。またＰ
０未満ならば、最終的に触媒がまだ使用可能なレベルに
あると判定する（ステップ２７）。そして、いずれの場
合も、判定終了後は、下流側Ｏ₂センサ１９による補正
を復帰させ（ステップ２８）、かつフラグＭをリセット
する（ステップ２９）。尚、このメインフローチャート
に示すルーチンは、例えば一定時間あるいは一定クラン
ク角毎に繰り返し実行される。

【００３２】次に図６〜図８に基づいてＳＵＢＰＩＣＯ
ＮＴのルーチンを説明する。先ず、ステップ３１では、
フラグＦＬＡＧが１であるか２であるかを判定する。当
初はＦＬＡＧ＝１であるので、ステップ３２以降へ進
み、リーン側へのシフトを実行する。ステップ３２で
は、上流側Ｏ₂センサ１８の今回の出力電圧ＶＯ２Ｆを
スライスレベルＳ／Ｌと比較し、かつステップ３３，３
８では、前回の出力電圧ＶＯ２ＦＰをスライスレベルＳ
／Ｌと比較する。つまり、これらの組み合わせにより、
上流側Ｏ₂センサ１８の検出空燃比が反転したか否か、
更にはリッチ→リーンの反転かリーン→リッチの反転か
を判別できる。例えば、今回がリッチ状態であり、かつ
前回がリーン状態であれば、リーン→リッチの反転が生
じたことになる。この場合は、ステップ３４へ進み、前
回の比例分ＰＲに所定量ＤＰを加えて新たな比例分ＰＲ
を求めた上で、そのときのフィードバック補正係数αか
ら上記比例分ＰＲを減算する（ステップ３５）。そし
て、ステップ３６でその反転回数をカウンタＯ２Ｆ１に
よってカウンタする。また、リッチ状態が継続している
場合には、ステップ３７で所定の積分分ＩＲを減算す
る。逆に、リッチ→リーンの反転を検出した場合には、
ステップ３８からステップ４０へ進み、所定の比例分Ｐ
Ｌを加算するとともに、ステップ４１でその反転回数を
上記カウンタＯ２Ｆ１でもってカウントする。またリー
ン状態が継続している場合には、ステップ３９で所定の
積分分ＩＬを加算する。

【００３３】すなわち、このステップ３２〜４１でもっ
てリッチ，リーンの反転に基づく疑似的な比例積分制御
がなされることになるが、リーン→リッチの際の比例分
ＰＲが毎回徐々に大きくなるので、平均空燃比は徐々に
リーン側へシフトしていく。

【００３４】ステップ４２では、このリーン側へのシフ
トを行っている期間をカウンタＣＦ２によってカウント
している。そして、このカウンタＣＦ２の値が所定値Ｃ
Ｆ０２に達したかをステップ４５で判定する。尚、この
期間ＣＦ０２は、周期判定の１単位となるもので、比較
的短く設定されている。また、この期間ＣＦ０２が経過
するまでの間に下流側Ｏ₂センサ１９が反転したか否か
をステップ４３で判定し、かつその反転回数をカウンタ
Ｏ２Ｒ１によってカウントしている（ステップ４４）。

【００３５】ステップ４５でカウンタＣＦ２の値が所定
期間ＣＦ０２に達したら、該カウンタＣＦ２をリセット
するとともに、リーンシフトの開始からの総期間を示す
カウンタＣＣをインクリメントし（ステップ４６）、か
つステップ４７へ進んで、下流側Ｏ₂センサ１９と上流
側Ｏ₂センサ１８の反転回数比Ｏ２Ｒ１／Ｏ２Ｆ１を求
め、これを所定の判定基準値Ｃ１と比較する。判定基準
値Ｃ１以下であれば、下流側Ｏ₂センサ１９が殆ど反転
しなくなったことを意味し、この段階でリーン側へのシ
フトを終了する。具体的には、ステップ４８でフラグＦ
ＬＡＧを２とする。また、この段階でのリーン側へのシ
フト量Ｐ１を、Ｐ１＝ＰＲ−ＰＲ０として求め（ステッ
プ５２）、かつその後に、比例分ＰＲを初期値ＰＲ０に
戻す（ステップ５３）。尚、この初期値ＰＲ０は、ステ
ップ１９で示したように、シフト開始直前の比例分ＰＲ
の値である。

【００３６】またステップ４７で反転回数比Ｏ２Ｒ１／
Ｏ２Ｆ１が判定基準値Ｃ１より大きければ、双方の反転
回数カウンタＯ２Ｆ１，Ｏ２Ｒ１を一旦リセットし（ス
テップ４９）、更にリーンシフトを継続する。そして、
所定期間ＣＦ０２の度にステップ４７の判定を繰り返
し、下流側Ｏ₂センサ１９の出力が殆ど反転しなくなる
状態までリーンシフトを継続する。但し、リーンシフト
の開始からの総期間を示すカウンタＣＣの値が所定値Ｃ
Ｃ１以上となったら、それ以上シフトしても下流側Ｏ₂
センサ１９の出力の反転が停止しないものと考えられる
ため、その時点でリーン側へのシフトを終了し（ステッ
プ５１）、かつ前述したようにシフト量Ｐ１の算出等を
行う（ステップ５２，５３）。

【００３７】以上のリーン側へのシフトが終了すると、
フラグＦＬＡＧが２となるため、ステップ３１からステ
ップ５４側へ進み、リッチ側へのシフトが実行される。
このリッチ側へのシフトの流れは、前述したリーン側へ
のシフトと略同様であり、ステップ５４〜ステップ５８
においてフィードバック補正係数αの比例積分制御を行
う中で、比例分ＰＬを所定量ＤＰづつ徐々に増加させて
いる（ステップ５６）。

【００３８】そして、所定期間ＣＦ０３内における下流
側Ｏ₂センサ１９の反転回数Ｏ２Ｒ２（ステップ６５，
６６）と上流側Ｏ₂センサ１８の反転回数Ｏ２Ｆ２（ス
テップ５８，６３）の比Ｏ２Ｒ２／Ｏ２Ｆ２を所定値Ｃ
２と比較し（ステップ６９）、これが所定値Ｃ２以下と
なるまでリッチ側へのシフトを継続するとともに、同様
の判定を繰り返す。そして、反転回数比Ｏ２Ｒ２／Ｏ２
Ｆ２が所定値Ｃ２以下となったら、フラグＦＬＡＧをリ
セット（ステップ７０）するとともに、シフト量Ｐ２を
Ｐ２＝ＰＬ−ＰＬ０として求め、かつ比例分ＰＬの値を
シフト開始直前の値ＰＬ０に戻す（ステップ７４，７
５）。更に、ステップ７６でフラグＭをＭ＝１とする。
このフラグＭ＝１に基づき、前述したように、メインフ
ローチャートのステップ２４〜２８において最終的な劣
化診断がなされる。尚、リッチ側へのシフト開始からの
総期間を示すカウンタＣＣＣ（ステップ６８）の値が所
定値ＣＣＣ１以上となったら、やはりその時点でリッチ
側へのシフトを終了し、シフト量Ｐ２の算出等を行う
（ステップ７２，７３，７４〜７６）。

【００３９】このように上記実施例では、下流側Ｏ₂セ
ンサ１９の出力が殆ど反転しない状態までリーン側への
シフトおよびリッチ側へのシフトを行い、それぞれのシ
フト量Ｐ１，Ｐ２に基づいて最終的な劣化度合を診断し
ている。図９は、一例として比例分ＰＬのＤＰづつの増
加によりリッチ側へシフトさせた場合の各信号波形を示
しているが、比例分ＰＬの増加により同図（ａ）に示す
ようにフィードバック補正係数αが１以上の領域に片寄
るようになり、平均空燃比が徐々にリッチ化する。尚、
比例分ＰＬの増加によりリーン側へ反転するまでの期間
が長くなるので、制御周期は僅かづつ長くなる。また同
図（ｂ）は上流側Ｏ₂センサ１８の出力信号を、（ｃ）
は下流側Ｏ₂センサ１９の出力信号を示している。ここ
で、（ｃ）の波形は、一例として触媒がある程度劣化し
た状態にある場合を示しており、そのため、平均空燃比
が理論空燃比近傍にある間は、実空燃比のリッチ，リー
ンの変化に追従して上流側Ｏ₂センサ１８の出力と同様
に反転する。しかし、触媒のＯ₂ストレージ能力がある
程度残存していれば、平均空燃比を徐々にリッチ側へシ
フトさせると、実空燃比のリーン時の下流側Ｏ₂センサ
１９への影響が徐々に弱まり、やがて下流側Ｏ₂センサ
１９の出力はリーン側へ反転しなくなる。どの程度空燃
比をシフトさせればこのようにリーン側へ反転しなくな
るかは、触媒のＯ₂ストレージ能力、換言すれば触媒の
劣化度合に依存し、劣化が少ないほど空燃比シフト量が
小さな段階で反転が生じなくなる。このことは、リーン
側へのシフトについても全く同様であり、平均空燃比を
リーン側へ徐々にシフトさせてやれば、下流側Ｏ₂セン
サ１９の出力のリッチ側への反転がある段階で生じなく
なる。

【００４０】上記実施例では、下流側Ｏ₂センサ１９の
出力の反転周期に基づいて、具体的には図９に付記した
ような適宜な判定単位期間ＣＦ０３（あるいはＣＦ０
２）毎に上流側Ｏ₂センサ１８と下流側Ｏ₂センサ１９の
反転回数を比較することで、実質的に下流側Ｏ₂センサ
１９の出力が反転しなくなった段階を検出するようにし
ている。そして、その時点での空燃比シフト量を示すＰ
１，Ｐ２の値に基づいて劣化度合が判定される。従っ
て、理論空燃比の下では識別が困難なある程度劣化が進
行した後のきめ細かな劣化診断を高精度に行うことがで
きる。しかも、劣化度合がシフト量Ｐ１，Ｐ２でもって
定量的に示されるので、良否の判定基準を任意の点に設
定することが可能となる。また上記実施例では、リーン
側へのシフト量Ｐ１と、リッチ側へのシフト量Ｐ２との
和を基準値Ｐ０と比較することで良否の判定を行ってい
るため、シフト開始時点の平均空燃比が理論空燃比から
多少ずれていたとしても、その影響がＰ１，Ｐ２の双方
に生じて互いに相殺される形となり、判定精度の低下を
回避できる。

【００４１】尚、診断を短期間で終了させるために、リ
ーン側へのシフトあるいはリッチ側へのシフトの一方の
みで診断を行うことも可能である。この場合には、ＳＵ
ＢＰＩＣＯＮＴのルーチンによるシフトを開始する前
に、前述した下流側Ｏ₂センサ１９の出力に基づく第２
補正係数αｉの平均値αｉ_AVを予め求めておき、シフト
終了時点での比例分ＰＬもしくはＰＲからこのαｉ_AVを
差し引いてシフト量Ｐ１もしくはＰ２を求めるようにす
れば、シフト開始時点での平均空燃比の影響を排除でき
る。

【００４２】また上記実施例では、図９の（ｃ）に示す
ような下流側Ｏ₂センサ１９の出力がスライスレベルＳ
／Ｌを横切ったか否かに着目しているが、実空燃比変化
に伴いパルス状に生じる出力波形のピーク位置を逐次検
出し、そのピーク位置が所定範囲内となったときのシフ
ト量から診断を行うことも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の触媒劣化診断装置によれば、劣化度合
の定量的な判定が可能であり、良否の判定基準を任意の
点に設定できる。また理論空燃比の下では良否の判別が
不可能なようなある程度劣化した段階の触媒について
も、一層きめ細かな劣化度合の判定を行うことができ
る。

【００４４】また、空燃比のシフトをリーン側とリッチ
側の双方へ行い、それぞれのシフト量の和に基づいて判
定を行うようにすれば、その判定精度が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る触媒劣化診断装置の構成を示す
クレーム対応図。

【図２】触媒劣化度と下流側Ｏ₂センサ出力の反転周波
数との関係を示す特性図。

【図３】この発明の一実施例の機械的構成を示す構成説
明図。

【図４】上流側Ｏ₂センサの出力信号とフィードバック
補正係数とを対比して示す波形図。

【図５】触媒劣化診断の全体の流れを示すメインフロー
チャート。

【図６】その要部であるサブルーチンＳＵＢＰＩＣＯＮ
Ｔの一部を示すフローチャート。

【図７】同じくサブルーチンＳＵＢＰＩＣＯＮＴの一部
を示すフローチャート。

【図８】同じくサブルーチンＳＵＢＰＩＣＯＮＴの一部
を示すフローチャート。

【図９】リッチ側へ徐々にシフトさせた場合のフィード
バック補正係数αと上流側Ｏ₂センサの出力信号と下流
側Ｏ₂センサの出力信号とを対比して示す波形図。

【図１０】従来の劣化診断方法を説明する波形図。

【符号の説明】

１…上流側空燃比センサ２…下流側空燃比センサ３…補正係数演算手段４…補正手段５…診断用空燃比シフト手段６…下流側変化検出手段７…判定手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に介装された触媒コンバータの
上流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバ
ータの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少な
くとも上流側空燃比センサにおける検出空燃比のリッ
チ，リーンの反転に基づいてフィードバック補正係数を
演算する補正係数演算手段と、このフィードバック補正
係数を用いて燃料供給量を補正する補正手段と、所定の
診断時に、平均空燃比がリッチ側あるいはリーン側へ徐
々にシフトするように上記フィードバック補正係数を強
制的に変化させる診断用空燃比シフト手段と、この強制
的な平均空燃比のシフト中に、上記下流側空燃比センサ
及び上流側空燃比センサの反転回数比と所定の判定基準
値とを比較して、実質的に上記下流側空燃比センサの出
力の状態が所定の状態に変化したことを検出する下流側
変化検出手段と、この下流側空燃比センサの出力の状態
が所定の状態に変化したときの平均空燃比のシフト量か
ら触媒劣化を判定する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。
【請求項２】排気通路に介装された触媒コンバータの
上流側に配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバ
ータの下流側に配設された下流側空燃比センサと、少な
くとも上流側空燃比センサにおける検出空燃比のリッ
チ，リーンの反転に基づいてフィードバック補正係数を
演算する補正係数演算手段と、このフィードバック補正
係数を用いて燃料供給量を補正する補正手段と、所定の
診断時に、平均空燃比がリッチ側あるいはリーン側へ徐
々にシフトするように上記フィードバック補正係数を強
制的に変化させる診断用空燃比シフト手段と、この強制
的な平均空燃比のシフトに伴い下流側空燃比センサの出
力の状態が所定の状態に変化したことを検出する下流側
変化検出手段と、この下流側空燃比センサの出力の状態
が所定の状態に変化したときの平均空燃比のシフト量か
ら触媒劣化を判定する判定手段とを備え、上記下流側変化検出手段は、下流側空燃比センサの出力
の反転周期が所定値以上となったことを検出するもので
あることを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】上記診断用空燃比シフト手段がリッチ側
へのシフトとリーン側へのシフトの双方を実行するとと
もに、上記判定手段が、リッチ側へのシフト量とリーン
側へのシフト量との和に基づいて判定を行うことを特徴
とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の触媒劣
化診断装置。