JP3369722B2 - 触媒の活性判定方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気系に
設けられて排気ガスを浄化する触媒の活性を判定するよ
うな触媒の活性判定方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例の触媒の活性判定装置とし
ては、例えば特開平４−３０８３１１号公報に記載の装
置がある。すなわち、エンジンの排気系に介設された触
媒コンバータ内の触媒が活性状態に達したか否かを、エ
ンジン水温が所定値（例えば６０℃）以上に達し、かつ
エンジン始動開始からの経過時間が所定時間（例えば１
００秒）に達したことで間接的に予測判定する触媒の活
性判定装置である。

【０００３】しかし、実際にエンジンの排気系に設けら
れる触媒の活性状態は触媒個々においてもバラツキがあ
るうえ、外気温の高抵等に起因して触媒が活性状態に達
するまでの時間が異なるため、斯る点を考慮して上述の
エンジン水温の所定値、エンジン始動開始からの経過時
間の所定時間を、ある程度余裕をもたせた値に設定した
場合、触媒が既に活性しているにもかかわらず、空燃比
のフィードバック制御が開始されないため、排気浄化性
能が悪化する問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、所定条件下（例えば空燃比フィードバック
制御の停止時、エンジン始動直後）において、触媒の未
活性状態が判定されている間、排気中の酸素濃度を周期
的に変動させるように排気系に２次エアを断続的に供給
して、触媒の上流側および下流側の空燃比センサ出力を
比較することにより触媒個々のバラツキや外気温等の環
境条件の変化に何等影響されることなく、触媒が活性し
た時点を精度よく検出することができる触媒の活性判定
装置の提供を目的とする。

【０００５】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、上流側空燃比センサ
の上流側における排気系に排気中の酸素濃度を周期的に
変動させるように２次エアを断続的に供給した時、上流
側空燃比センサの出力は断続供給される２次エアに対応
し、触媒が未活性の時には下流側空燃比センサの出力は
上流側空燃比センサの出力と略同等になり、触媒が活性
した時には該触媒に酸素が吸蔵されて、下流側空燃比セ
ンサの出力は出力変化の僅少な状態となることに着目
し、上流側空燃比センサの出力変化率に対して下流側空
燃比センサの出力変化率が僅少になった時に触媒が活性
したことを判定することで、積算電圧比較などの複雑な
手段を用いることなく、触媒の活性化を簡単に実行する
ことができる触媒の活性判定装置の提供を目的とする。

【０００６】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、空燃比フィードバッ
ク制御の停止時に排気系に排気中の酸素濃度を周期的に
変動させるように２次エアを断続的に供給して、本来な
らば空燃比センサの出力が振れない領域において、上述
の触媒の活性判定を実行することができる触媒の活性判
定装置の提供を目的とする。

【０００７】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、触媒の活性が判定さ
れた後に空燃比フィードバック制御を開始することで、
この空燃比フィードバック制御の開始を早期に行なうこ
とができて、排気ガス浄化性能の向上および燃費の向上
を図ることができる触媒の活性判定装置の提供を目的と
する。

【０００８】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、触媒の活性が判定さ
れた後に排気系への２次エアの供給を停止することで、
適切な空燃比フィードバック制御を行なうことができる
触媒の活性判定装置の提供を目的とする。

【０００９】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、触媒の活性が判定さ
れた後に空燃比フィードバック制御を開始し、かつ排気
系への２次エアの供給を停止することで、適切な空燃比
フィードバック制御を早期に開始して、排気ガス浄化性
能の向上および燃費の向上を図ることができる触媒の活
性判定装置の提供を目的とする。

【００１０】この発明の請求項７記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、触媒の上下流側に配
設された既存の空燃比センサを有効利用して、触媒の活
性を判定することができる触媒の活性判定装置の提供を
目的とする。

【００１１】この発明の請求項８記載の発明は、所定条
件下（例えば空燃比フィードバック制御の停止時、エン
ジンの始動直後）において、触媒の未活性状態が判定さ
れている間、排気中の酸素濃度を周期的に変動させるよ
うに排気系に２次エアを断続的に供給して、触媒の上流
側および下流側の空燃比センサ出力を比較することによ
り、触媒個々のバラツキや外気温等の環境条件の変化に
何等影響されることなく、触媒が活性した時点を精度よ
く検出することができる触媒の活性判定方法の提供を目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、エンジンの排気系に設けられ排気ガスを浄化
する触媒と、上記触媒の上流に配設されて排気ガス中に
含まれる残存酸素濃度を検出する上流側空燃比センサ
と、上記触媒の下流に配設されて排気ガス中に含まれる
残存酸素濃度を検出する下流側空燃比センサと、上記上
流側空燃比センサの上流側における排気系に２次エアを
供給する２次エア供給手段と、所定条件下で上記触媒の
未活性状態が判定されている間、排気中の酸素濃度を周
期的に変動させるように上記２次エア供給手段による２
次エアの供給を断続的に制御する２次エア断続制御手段
と、上記２次エアの断続供給時に上流側および下流側の
各空燃比センサの出力を監視する空燃比センサ出力監視
手段と、上記空燃比センサ出力監視手段により監視され
た上記両空燃比センサの出力関係が所定の関係になった
時、上記触媒が活性したことを判定する触媒活性判定手
段とを備えた触媒の活性判定装置であることを特徴とす
る。

【００１３】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記所定の関係は、
上流側空燃比センサの出力変化率に対して下流側空燃比
センサの出力変化率が僅少となる関係に設定した触媒の
活性判定装置であることを特徴とする。

【００１４】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記上流空燃比セン
サで検出された実空燃比が目標空燃比になるようにフィ
ードバック制御信号を出力する空燃比フィードバック制
御手段を備え、上記所定条件は、上記空燃比フィードバ
ック制御手段による空燃比フィードバック制御の停止時
に設定した触媒の活性判定装置であることを特徴とす
る。

【００１５】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記上流側空燃比セ
ンサで検出された実空燃比が目標空燃比になるようにフ
ィードバック制御信号を出力する空燃比フィードバック
制御手段を備え、上記触媒活性判定手段で触媒の活性が
判定された後に、上記空燃比フィールドバック制御手段
による空燃比フィードバック制御を開始する空燃比フィ
ードバック制御開始手段を設けた触媒の活性判定装置で
あることを特徴とする。

【００１６】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記触媒活性判定手
段で触媒の活性が判定された後に、上記２次エア供給手
段による２次エアの供給を停止する２次エア停止手段を
備えた触媒の活性判定装置であることを特徴とする。

【００１７】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記上流側空燃比セ
ンサで検出された実空燃比が目標空燃比になるようにフ
ィードバック制御信号を出力する空燃比フィードバック
制御手段を備え、上記触媒活性判定手段で触媒の活性が
判定された後に、上記空燃比フィードバック制御手段に
よる空燃比フィードバック制御を開始する空燃比フィー
ドバック制御開始手段と、上記２次エア供給手段による
２次エアの供給を停止する２次エア停止手段とを備えた
触媒の活性判定装置であることを特徴とする。

【００１８】この発明の請求項７記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記下流側空燃比セ
ンサの出力に基づいて触媒の劣化または上流側空燃比セ
ンサの劣化を監視する劣化監視手段を備えた触媒の活性
判定装置であることを特徴とする。

【００１９】この発明の請求項８記載の発明は、エンジ
ンの排気系に設けられ排気ガスを浄化する触媒と、上記
触媒の上流に配設されて排気ガス中に含まれる残存酸素
濃度を検出する上流側空燃比センサと、上記触媒の下流
に配設されて排気ガス中に含まれる残存酸素濃度を検出
する下流側空燃比センサと、上記上流側空燃比センサの
上流側における排気系に２次エアを供給する２次エア供
給手段と、所定条件下で上記触媒の未活性状態が判定さ
れている間、排気中の酸素濃度を周期的に変動させるよ
うに上記２次エア供給手段による２次エアの供給を断続
的に制御する２次エア断続制御手段とを備え、上記２次
エアの断続供給時に、上流側および下流側の各空燃比セ
ンサの出力を監視して、監視された上記両空燃比センサ
の出力関係が所定の関係になった時、触媒が活性したこ
とを判定する触媒の活性判定方法であることを特徴とす
る。

【００２０】

【発明の作用および効果】この発明の請求項１記載の発
明によれば、触媒Ｐ１の上下流側にそれぞれ配設された
上流側空燃比センサＰ２および下流側空燃比センサＰ３
は排気ガス中に含まれる残存酸素濃度をそれぞれ検出
し、２次エア供給手段Ｐ４は上述の上流空燃比センサＰ
２の上流側における排気系に２次エアを供給するが、所
定条件下（例えば空燃比フィードバック制御の停止時、
エンジン始動直後）において、上記触媒の未活性状態が
判定されている間、２次エア断続制御手段Ｐ５は上述の
２次エア供給手段Ｐ４による２次エアの供給を断続制御
し、排気系の酸素濃度を触媒活性判定を目的として周期
的に変動させ、空燃比センサ出力監視手段Ｐ６は上述の
２次エアの断続供給時に上流側および下流側の各空燃比
センサＰ２，Ｐ３の出力を監視し、この空燃比センサ出
力監視手段Ｐ６により監視された上述の各空燃比センサ
Ｐ２，Ｐ３の出力関係が所定の関係になった時、触媒活
性判定手段Ｐ７は触媒Ｐ１が活性したことを判定する。

【００２１】このように所定条件下において、上記触媒
の未活性状態が判定されている間、排気系に２次エアを
断続的に供給して、触媒Ｐ１の上流側および下流側の空
燃比センサＰ２，Ｐ３の出力を比較することにより、触
媒個々のバラツキや外気温等の環境条件の変化に影響さ
れることなく、上述の触媒活性判定手段Ｐ７により触媒
が活性した時点を精度よく検出することができる効果が
ある。

【００２２】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上記所定の関
係を、上流側空燃比センサの出力変化率に対して下流側
空燃比センサの出力変化率が僅少となる関係に設定した
ので次の如き効果がある。

【００２３】すなわち、上流側空燃比センサの上流側に
おける排気系に、上記触媒の未活性状態が判定されてい
る間、２次エアを断続的に供給した時、上流側空燃比セ
ンサの出力は断続供給される２次エアに対応して変化
し、触媒が未活性の時には該触媒に２次エアが吸蔵され
ないので下流側空燃比センサの出力は若干のタイムラグ
はあるものの上流側空燃比センサの出力と略同等にな
り、触媒が活性した時には該触媒に２次エアが吸蔵され
て、下流側空燃比センサの出力は出力変化の僅少な状態
となる。

【００２４】このため上述の触媒活性判定手段で上流側
空燃比センサの出力変化率に対して下流側空燃比センサ
の出力変化率が僅少な関係になった時、触媒が活性した
ことを判定することで、積算電圧比較などの複雑な手段
を用いることなく、触媒の活性判定を簡単に実行するこ
とができる効果がある。

【００２５】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述の所定条
件を空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
ドバック制御の停止時に設定し、この停止時に２次エア
断続供給乃至触媒活性判定を実行するので、次のような
効果がある。

【００２６】すなわち、空燃比フィードバック制御の停
止時には本来ならば空燃比センサの出力がローレベル側
とハイレベル側とに振れないエンジン運転領域である
が、上述の２次エアの断続供給により、排気系の酸素濃
度を周期的に変動させて、以て空燃比センサ出力を振ら
せることができ、この結果、触媒の活性判定を確実に実
行することができる効果がある。

【００２７】この発明の請求項４記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、触媒活性判定
手段で触媒の活性が判定された後に、上述の空燃比フィ
ードバック制御開始手段が空燃比フィードバック制御を
開始する。このため、空燃比フィードバック制御の開始
を早期に行なうことができて、排気ガス浄化性能の向上
および燃費の向上を図ることができる効果がある。

【００２８】この発明の請求項５記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、触媒活性判定
手段で触媒の活性が判定された後に、上述の２次エア停
止手段は２次エア供給手段による２次エアの供給を停止
する。このため、適切な空燃比フィードバック制御を行
なうことができる効果がある。

【００２９】この発明の請求項６記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、触媒活性判定
手段で触媒の活性が判定された後に、上述の空燃比フィ
ードバック制御開始手段が空燃比フィードバック制御を
開始すると共に、上述の２次エア停止手段が２次エア供
給手段による２次エアの供給を停止する。このため空燃
比フィードバック制御を早期に開始し、かつ適切な空燃
比フィードバック制御を行なうことができて、排気ガス
浄化性能の向上および燃費の向上を図ることができる効
果がある。

【００３０】因に空燃比フィードバック制御中に上述の
２次エアが導入されると、この２次エアによりフィード
バック制御が乱れるが、この発明では斯る点を防止する
ことができる。

【００３１】この発明の請求項７記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述の下流側
空燃比センサは触媒の劣化または上流側空燃比センサの
劣化を監視する劣化監視手段を兼ねるので、触媒の上下
流側に配設された既存の空燃比センサを有効利用して、
触媒の活性を判定することができる効果がある。

【００３２】この発明の請求項８記載の発明によれば、
所定条件下において、上記触媒の未活性状態が判定され
ている間、排気中の酸素濃度を周期的に変動させるよう
に排気系に２次エアを断続供給した時、触媒の上下流に
それぞれ配設された上流側および下流側の各空燃比セン
サの出力を監視して、監視された上述の両空燃比センサ
の出力関係が所定の関係になった時、触媒が活性したこ
とを判定する方法であるから、触媒個々のバラツキや外
気温等の環境条件の変化に影響されることなく、触媒が
活性した時点を精度よく検出することができる効果があ
る。

【００３３】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は触媒の活性判定方法およびその装置を示
し、図１において、吸入空気を浄化するエアクリーナ１
のエレメント２後位にエアフロセンサ３を接続して、こ
のエアフロセンサ３で吸入空気量Ｑを検出すべく構成し
ている。

【００３４】上述のエアフロセンサ３の後位にはスロッ
トルボディ４を接続し、このスロットルボディ４内のス
ロットルチャンバ５には、吸入空気量を制御するスロッ
トル弁６を配設している。そして、このスロットル弁６
下流の吸気通路には、所定容量を有する拡大室としての
サージタンク７を接続し、このサージタンク７下流に吸
気ポート８と連通する吸気マニホルド９を接続すると共
に、この吸気マニホルド９にはインジェクタ１０を配設
している。

【００３５】一方、エンジン１１の燃焼室１２と適宜連
通する上述の吸気ポート８および排気ポート１３には、
動弁機構（図示せず）により開閉操作される吸気弁１４
と排気弁１５とをそれぞれ取付け、またシリンダヘッド
にはスパークギャップを上述の燃焼室１２に臨ませた点
火プラグ（図示せず）を取付けている。

【００３６】上述の排気ポート１３と連通する排気通路
１６に空燃比センサとしての上流側Ｏ_２センサ１７を配
設すると共に、この排気通路１６の後位には有害ガスを
無害化する触媒コンバータ１８いわゆるキャタリストを
接続し、この触媒コンバータ１８下流の排気通路１９に
も空燃比センサとしての下流側Ｏ_２センサ２０を取付
け、上述の触媒コンバータ１８の内部には排気ガスを浄
化する触媒を設けている。ここで、上述の各Ｏ_２センサ
１７，２０は排気ガス中に含まれる残存酸素濃度を検出
する。

【００３７】また、上述のスロットル弁６をバイパスす
るバイパス通路２１を設け、このバイパス通路２１には
ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）機構としての
ＩＳＣバルブ２２を介設する一方、エアクリーナ１のエ
レメント２下流側には吸気温センサ２３を、スロットル
ボディ４にはスロットルセンサ２４を、ウォータジャケ
ットには水温センサ２５をそれぞれ配設している。

【００３８】さらに、エアクリーナ１のエレメント２下
流側と上流側Ｏ_２センサ１７の上流側における排気通路
１６との間を結ぶ２次エア供給通路２６を設け、この２
次エア供給通路２６には電動タイプの２次エアポンプ２
７を介設して、必要時に上流側Ｏ_２センサ１７の上流側
に２次エアを供給すべく構成している。

【００３９】上述の２次エア供給通路２６には２次エア
コントロールバルブ２９を介設し、この２次エアコント
ロールバルブ２９をＯＮ、ＯＦＦ（開閉）制御すること
で排気系に供給される２次エアを断続制御すべく構成し
ている。

【００４０】ここで、上述の２次エアは、エンジンの排
気系に供給されるエアのことで、この２次エアは本来、
触媒未活性時に排気浄化を図るため並びに触媒の活性を
早めるために供給されるものであるが、この実施例では
触媒の活性判定を行なう目的で、２次エアの断続的な供
給により、排気系の酸素濃度を周期的に変動させるよう
に構成している。

【００４１】図２は触媒の活性判定装置の制御回路を示
し、ＣＰＵ３０は、エアフロセンサ３からの吸入空気量
Ｑ、ディストリビュータ３１からのエンジン回転数Ｎ
ｅ、スロットルセンサ２４からのスロットル開度ＴＶ
Ｏ、水温センサ２５からのエンジン冷却水の水温ｔｗ、
上流側Ｏ_２センサ１７からのセンサ出力（具体的には空
燃比に相当する出力電圧）、下流側Ｏ_２センサ２０から
のセンサ出力などの必要な各種信号に基づいて、ＲＯＭ
３３に格納されたプログラムに従って、インジェクタ１
０、２次エアポンプ２７、２次エアコントロールバルブ
２９、カウンタ３２を駆動制御し、またＲＡＭ３４は必
要なマップやデータ等を記憶する。

【００４２】ここで、上述のＣＰＵ３０は２次エアポン
プ２７を駆動することで、上流側Ｏ_２センサ１７の上流
側における排気系に２次エアを供給する２次エア供給手
段（図３に示すフローチャートの第３ステップＳ３参
照）と、所定条件下で２次エアコントロールバルブ２９
を周期的にＯＮ、ＯＦＦ制御することで、上述の２次エ
ア供給手段による２次エアの供給を周期的に断続制御す
る２次エア断続制御手段（図３に示すフローチャートの
第４ステップＳ４参照）と、上記２次エアの断続供給時
に上流側および下流側の各Ｏ_２センサ１７，２０の出力
を監視（monitor 、モニタと同意）する空燃比センサ出
力監視手段（図３に示すフローチャートの各ステップＳ
５，Ｓ６からなる第１ルーチンＲ１参照）と、上記空燃
比センサ出力監視手段により監視された上述の両Ｏ_２セ
ンサ１７，２０の出力関係が所定の関係になった時、触
媒コンバータ１８内の触媒が活性したことを判定する触
媒活性判定手段（図３に示すフローチャートの各ステッ
プＳ９，Ｓ１０からなる第２ルーチンＲ２参照）と、上
述の上流側Ｏ_２センサ１７で検出された実空燃比が目標
空燃比になるようにフィードバック制御信号を出力する
空燃比フィードバック制御手段（図３に示すフローチャ
ートの第１１ステップＳ１１参照）と、上述の触媒活性
判定手段で触媒の活性が判定された後に、上記空燃比フ
ィードバック制御手段による空燃比フィードバック制御
を開始する空燃比フィードバック制御開始手段（図３に
示すフローチャートの第１１ステップＳ１１参照、この
実施例では該ステップＳ１１が空燃比フィードバック制
御手段と、空燃比フィードバック制御開始手段との両手
段を兼ねる）と、上述の触媒活性判定手段で触媒の活性
が判定された後に、上述の２次エア供給手段による２次
エアの供給を停止する２次エア停止手段（図３に示すフ
ローチャートの第１２ステップＳ１２参照）とを兼ね
る。

【００４３】また、この実施例では上記所定条件を空燃
比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック
制御の停止時に設定し、上述の所定の関係を、上流側Ｏ
_２センサ１７の出力変化率に対して下流側Ｏ_２センサ２
０の出力変化率が僅少または零となる関係に設定し、か
つ上述の下流側Ｏ_２センサ２０は触媒の劣化または上流
側Ｏ_２センサ１７の劣化を監視する劣化監視手段を兼ね
ることで、既存の２つのＯ_２センサ１７，２０を有効利
用して、触媒の活性を判定すべく構成している。このよ
うに構成した触媒の活性判定方法およびその装置の作用
を、図３に示すフローチャートおよび図４、図５に示す
タイムチャートを参照して、以下に詳述する。

【００４４】第１ステップＳ１で、ＣＰＵ３０はＲＡＭ
３４の所定エリアに記憶されるフラグＦ（触媒が活性し
たことを示すフラグで、以下単にフラグと略記する）が
Ｆ＝１か否かを判定し、Ｆ＝０の触媒未活性時には次の
第２ステップＳ２に移行する一方、Ｆ＝１の触媒活性時
には別の第１１ステップＳ１１に移行する。例えばエン
ジン始動直後においては触媒は未活性状態であるから上
述の第１ステップＳ１で、Ｆ＝０であると判定され、次
の第２ステップＳ２に移行処理される。

【００４５】上述の第２ステップＳ２で、ＣＰＵ３０は
空燃比フィードバック制御を停止し、次の第３ステップ
Ｓ３で、ＣＰＵ３０は２次エアポンプ２７を駆動して、
２次エア供給通路２６を介して上流側Ｏ_２センサ１７の
上流側における排気系に２次エアを導入し、次の第４ス
テップＳ４で、ＣＰＵ３０は２次エアコントロールバル
ブ２９を図４にタイムチャートで示すような所定周期に
てＯＮ、ＯＦＦ制御することにより、排気系に供給され
る２次エアを周期的に断続制御して、排気系の酸素濃度
を空燃比フィードバック制御が停止されている間におい
て周期的に変動させる。

【００４６】次に第５ステップＳ５で、ＣＰＵ３０は上
流側Ｏ_２センサ１７の出力がリッチに相当するハイレベ
ルか否かを判定し、ＮＯ判定時には処理を終了する一
方、ＹＥＳ判定時には次の第６ステップＳ６に移行す
る。

【００４７】この第６ステップＳ６で、ＣＰＵ３０は所
定のタイムラグΔｔ（図４、図５参照）経過後における
下流側Ｏ_２センサ２０の出力がリッチに相当するハイレ
ベルか否かを判定し、ＹＥＳ判定時には次の第７ステッ
プＳ７に移行する一方、ＮＯ判定時には別の第８ステッ
プＳ８に移行する。

【００４８】上述の第７ステップＳ７で、ＣＰＵ３０は
カウンタ３２のカウント値をリセットする。すなわち、
触媒の未活性時においては、２次エアが触媒を通過する
ことで、上流側Ｏ_２センサ１７の出力変化と下流側Ｏ_２
センサ２０の出力変化とがタイムラグΔｔを存して略同
一となるため、以降の処理によりカウント値の大小で触
媒の活性、未活性を判定するため、第５ステップＳ５お
よび第６ステップＳ６で共にＹＥＳ判定された場合に
は、触媒の未活性に対応してカウント値をリセットする
（図４参照）。

【００４９】一方、上述の第８ステップＳ８で、ＣＰＵ
３０はカウンタ３２のカウント値を加算する。すなわ
ち、触媒が活性状態になると、２次エアが触媒の排気ガ
ス浄化作用に寄与することで、上流側Ｏ_２センサ１７の
出力変化は２次エアの変化に対応するが、下流側Ｏ_２セ
ンサ２０の出力変化は図５に示すように零もしくは僅少
となるため、以降の処理によりカウント値の大小で触媒
の活性、未活性を判定するため、第５ステップＳ５でＹ
ＥＳ判定され、かつ次の第６ステッブＳ６でＮＯ判定さ
れた場合には、触媒の活性に対応させるべくカウント値
を加算する（図５参照）。

【００５０】次に第９ステップＳ９で、ＣＰＵ３０はカ
ウント値が予め設定された触媒活性判定用の所定値（図
４、図５参照）に対して大か否かを判定し、図５のタイ
ムチャートに相当するＹＥＳ判定時にのみ次の第１０ス
テップＳ１０に移行する。

【００５１】この第１０ステップＳ１０で、ＣＰＵ３０
はＲＡＭ３４の所定エリアにフラグＦを立てる（Ｆ＝
１）と共に、触媒の活性を判定（確定）する。一方、ル
ーチンの繰返し処理により上述の第１ステップＳ１で、
触媒の活性に対応してＦ＝１であることが判定される
と、前述の第１１ステップＳ１１に移行し、この第１１
ステップＳ１１で、ＣＰＵ３０は空燃比フィードバック
制御を開始し、次の第１２ステップＳ１２で、ＣＰＵ３
０は２次エアポンプ２７の駆動を停止すると共に、２次
エアコントロールバルブ２９をＯＦＦにして、排気系に
対する２次エアの供給を停止する。

【００５２】以上要するに触媒の上下流側にそれぞれ配
設された上流側Ｏ_２センサ１７および下流側Ｏ_２センサ
２０は排気ガス中に含まれる残存酸素濃度をそれぞれ検
出し、２次エア供給手段（第３ステップＳ３参照）は上
述の上流Ｏ_２センサ１７の上流側における排気系に２次
エアを供給するが、所定条件下（例えば空燃比フィード
バック制御の停止時、エンジン始動直後）において、上
記触媒の未活性状態が判定されている間、２次エア断続
制御手段（第４ステップＳ４参照）は上述の２次エア供
給手段による２次エアの供給を断続制御し、空燃比セン
サ出力監視手段（第１ルーチンＲ１参照）は上述の２次
エアの断続供給時に上流側および下流側の各Ｏ_２センサ
１７，２０の出力を監視し、この空燃比センサ出力監視
手段により監視された上述の各Ｏ_２センサ１７，２０の
出力関係が所定の関係になった時、触媒活性判定手段
（第２ルーチンＲ２参照）は触媒が活性したことを判定
する。

【００５３】このように所定条件下において、上記触媒
の未活性状態が判定されている間、排気系に２次エアを
断続的に供給して、排気系の酸素濃度を周期的に変動さ
せ、かつ触媒の上流側および下流側のＯ_２センサ１７，
２０の出力を比較することにより、触媒個々のバラツキ
や外気温等の環境条件の変化に影響されることなく、上
述の触媒活性判定手段により触媒が活性した時点を精度
よく検出することができる効果がある。

【００５４】また、上記所定の関係を、上流側Ｏ_２セン
サ１７の出力変化率に対して下流側Ｏ_２センサ２０の出
力変化率が僅少となる関係に設定したので次の如き効果
がある。

【００５５】すなわち、上流側Ｏ_２センサ１７の上流側
における排気系に、上記触媒の未活性状態が判定されて
いる間、２次エアを断続的に供給した時、上流側Ｏ_２セ
ンサ１７の出力は断続供給される２次エアに対応して変
化し、触媒が未活性の時には該触媒に２次エアが吸蔵さ
れないので下流側Ｏ_２センサ２０の出力は若干のタイム
ラグΔｔはあるものの上流側Ｏ_２センサ１７の出力と略
同等になり、触媒が活性した時には該触媒に２次エアが
吸蔵されて、下流側Ｏ_２センサ２０の出力は出力変化の
僅少な状態となる。

【００５６】このため上述の触媒活性判定手段（第２ル
ーチンＲ２参照）で上流側Ｏ_２センサ１７の出力変化率
に対して下流側Ｏ_２センサ２０の出力変化率が僅少な関
係になった時、触媒が活性したことを判定することで、
積算電圧比較などの複雑な手段を用いることなく、触媒
の活性判定を簡単に実行することができる効果かある。

【００５７】さらに、上述の所定条件を空燃比フィード
バック制御手段（第１１ステップＳ１１参照）による空
燃比フィードバック制御の停止時に設定し、この停止時
に２次エア断続供給乃至触媒活性判定を実行するので、
次のような効果がある。

【００５８】すなわち、空燃比フィードバック制御の停
止時には本来ならばＯ_２センサ１７の出力がローレベル
側とハイレベル側とに周期的に振れないエンジン運転領
域であるが、上述の２次エアの断続供給により、Ｏ_２セ
ンサ１７出力を振らせることができ、この結果、触媒の
活性判定を確実に実行することができる効果がある。

【００５９】加えて、触媒活性判定手段（第２ルーチン
Ｒ２参照）で触媒の活性が判定された後に、上述の空燃
比フィードバック制御開始手段（第１１ステップＳ１１
参照）が空燃比フィードバック制御を開始すると共に、
上述の２次エア停止手段（第１２ステップＳ１２参照）
が２次エア供給手段（第３ステップＳ３参照）による２
次エアの供給を停止する。このため空燃比フィードバッ
ク制御を早期に開始し、かつ適切な空燃比フィードバッ
ク制御を行なうことができて、排気ガス浄化性能の向上
および燃費の向上を図ることができる効果がある。

【００６０】因に空燃比フィードバック制御中に上述の
２次エアが導入されると、この２次エアによりフィード
バック制御が乱れるが、この発明では斯る点を防止する
ことができる。

【００６１】また上述の、所定条件下において、上記触
媒の未活性状態が判定されている間、排気系に２次エア
を断続供給して、排気系の酸素濃度を周期的に変動させ
た時、触媒の上下流にそれぞれ配設された上流側および
下流側の各Ｏ_２センサ１７，２０の出力を監視して、監
視された上述の両Ｏ_２センサ１７，２０の出力関係が所
定の関係になった時、触媒が活性したことを判定する方
法であるから、触媒個々のバラツキや外気温等の環境条
件の変化に影響されることなく、触媒が活性した時点を
精度よく検出することができる効果がある。

【００６２】さらに、この実施例では上述の下流側Ｏ_２
センサ２０は触媒の劣化または上流側Ｏ_２センサ１７の
劣化を監視する劣化監視手段を兼ねるので、図６に示す
フローチャートおよび図７に示すタイムチャートを参照
して、触媒の劣化判定処理について説明する。なお、こ
の触媒の劣化判定処理においても図１、図２の回路装置
を用いるが、この場合には２次エアは必要ないため、２
次エアポンプ２７を停止状態に維持させると共に、２次
エアコントロールバルブ２９をＯＦＦ状態に維持させ
る。

【００６３】図６に示すフローチャートの第１ステップ
Ｓ２１で、ＣＰＵ３０は所定の触媒劣化検出条件が成立
したか否かを判別する。つまりエンジンの運転状態がエ
ンジン回転数Ｎｅと負荷（ＣＥ＝Ｑ／Ｎｅ）とにより定
まる空燃比フィードバック領域内で、かつ水温ｔｗが所
定値以上の時には空燃比フィードバック条件が成立する
ので、ＣＰＵ３０はこの空燃比フィードバック条件が成
立し、かつスロットル開度ＴＶＯなどが所定の条件を満
たしている時に、触媒劣化検出条件が成立したことを判
定し、ＹＥＳ判定時にのみ次の第２ステップＳ２２に移
行する。

【００６４】この第２ステップＳ２２で、ＣＰＵ３０は
フィードバック制御定数を通常の空燃比フィードバック
制御時の制御定数（図７に仮想線で示すフィードバック
補正量ＣＦＢが得られる定数）から触媒劣化検出用の制
御定数（図７における触媒劣化検出条件成立時点以降に
おいて同図に実線で示すフィードバック補正量ＣＦＢが
得られる定数）に変更する。

【００６５】つまり触媒コンバータ１８の下流側の酸素
分圧は変動しにくく、運転状態によって酸素過剰状態に
なったり、逆に酸素不足状態になったりして一定しない
ため、触媒劣化判定時における劣化判定精度の向上を図
る目的で、該触媒劣化判定時に下流側Ｏ_２センサ２０付
近の酸素分圧が通常時に対して過剰側もしくは不足側の
何れかに片寄るように、上述の制御定数を変更する。

【００６６】この実施例においては下流側Ｏ_２センサ２
０付近の酸素分圧が通常時に対して過剰側に片寄るよう
に変更している。すなわち、所定の触媒劣化検出条件が
成立した時点以降においては、上流側Ｏ_２センサ１７の
出力（具体的には出力電圧）がリッチからリーンに反転
した時よりも、該電圧がリーンからリッチに反転した時
の方が、フィードバック補正量ＣＦＢのスキップ状態が
大きくなると共に、その変動幅も通常時に対して大きく
なるような制御定数に変更し、燃焼室１２に供給される
混合気の空燃比が次第にリーン状態に移行するように成
して、燃料不足気味となし、これにより燃焼室１２から
排出される排気ガス中の酸素濃度を増大させて、触媒コ
ンバータ１８で吸蔵しきれない酸素により下流側Ｏ_２セ
ンサ２０付近が確実に酸素過剰状態となって、この下流
側Ｏ_２センサ２０による酸素の検出が円滑に行なわれ
て、酸素濃度が高感度で検出できるように構成してい
る。

【００６７】次に第３ステップＳ２３で、ＣＰＵ３０は
上流側Ｏ_２センサ１７から入力した出力電圧の基準電圧
Ｖ１（図７参照）に対する第１反転回数Ｎ１をカウント
し、次の第４ステップＳ２４で、ＣＰＵ３０は下流側Ｏ
_２センサ２０から入力した出力電圧の基準電圧Ｖ２（図
７参照）に対する第２反転回数Ｎ２をカウントする。

【００６８】次に第５ステップＳ２５で、ＣＰＵ３０は
上記反転回数の割合（Ｎ２／Ｎ１）が触媒劣化判定基準
値Ｋよりも大か否かを判定する。触媒が正常に排気ガス
浄化作用を奏している場合には、下流側Ｏ_２センサ２０
の出力は図７に実線で示すようにリーン側に片寄った状
態のままで推移し、Ｎ２＝０となるが、触媒が劣化する
と、下流側Ｏ_２センサ２０の出力は図７に仮想線で示す
ようになり、上流側Ｏ_２センサ１７の出力変化に対応す
るように、その反転数Ｎ２が大となる。

【００６８】上述の第５ステップＳ２５で、（Ｎ２／Ｎ
１）＞Ｋと判定された時には次の第６ステップＳ２６に
移行し、（Ｎ２／Ｎ１）＜Ｋと判定された時には別の第
８ステップＳ２８に移行する。次に第６ステップＳ２６
で、ＣＰＵ３０は触媒の劣化が確定したか否かを判定
し、ＹＥＳ判定時には次の第７ステップＳ２７で触媒の
劣化を確定し、例えばインストルメントパネルに設けた
触媒劣化用の警告ランプを点灯させる一方、ＮＯ判定時
には第８ステップＳ８に移行して、フィードバック制御
定数を通常の空燃比フィードバック制御時の制御定数
（元の値）に変更する。

【００６９】このようにして、上述の下流側Ｏ_２センサ
２０は触媒の劣化を監視する劣化監視手段に兼用するこ
とができる。つまり既存の劣化監視手段としてのＯ２
センサ２０を有効利用して先に述べたように触媒の活性
を判定することができる。

【００７０】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の上流側空燃比センサは上流側Ｏ_２
センサ１７に対応し、以下同様に下流側空燃比センサ
は、劣化監視手段を兼ねる下流側Ｏ_２センサ２０に対応
し、２次エア供給手段は、ＣＰＵ３０制御による第３ス
テップＳ３に対応し、２次エア断続制御手段は、第４ス
テップＳ４に対応し、空燃比センサ出力監視手段は、第
１ルーチンＲ１に対応し、触媒活性判定手段は、第２ル
ーチンＲ２に対応し、空燃比フィードバック制御手段
は、第１１ステップＳ１１に対応し、空燃比フィードバ
ック制御開始手段は、第１１ステップＳ１１に対応し、
２次エア停止手段は、第１２ステップＳ１２に対応する
も、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定される
ものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の触媒の活性判定方法およびその装置
を示す系統図。

【図２】 触媒の活性判定装置の制御回路ブロック図。

【図３】 触媒の活性判定方法を示すフローチャート。

【図４】 触媒未活性時のタイムチャート。

【図５】 触媒活性時のタイムチャート。

【図６】 触媒の劣化判定処理を示すフローチャート。

【図７】 触媒劣化判定時のタイムチャート。

【図８】 クレーム対応図。

【符号の説明】

１７…上流側Ｏ_２センサ ２０…下流側Ｏ_２センサ（劣化監視手段） Ｒ１…空燃比センサ出力監視手段 Ｒ２…触媒活性判定手段 Ｓ３…２次エア供給手段 Ｓ４…２次エア断続制御手段 Ｓ１１…空燃比フィードバック制御手段（空燃比フィー
ドバック制御開始手段） Ｓ１２…２次エア停止手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/32 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/32 ＺＡＢ 9/00 ＺＡＢ 9/00 ＺＡＢＺ Ｆ０２Ｂ 77/08 Ｆ０２Ｂ 77/08 Ｇ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/20 F01N 3/22 F01N 3/32 F01N 9/00 F02B 77/08 F02D 41/14 G01M 15/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気系に設けられ排気ガスを浄
   化する触媒と、 上記触媒の上流に配設されて排気ガス中に含まれる残存
   酸素濃度を検出する上流側空燃比センサと、 上記触媒の下流に配設されて排気ガス中に含まれる残存
   酸素濃度を検出する下流側空燃比センサと、 上記上流側空燃比センサの上流側における排気系に２次
   エアを供給する２次エア供給手段と、 所定条件下で上記触媒の未活性状態が判定されている
   間、排気中の酸素濃度を周期的に変動させるように上記
   ２次エア供給手段による２次エアの供給を断続的に制御
   する２次エア断続制御手段と、 上記２次エアの断続供給時に上流側および下流側の各空
   燃比センサの出力を監視する空燃比センサ出力監視手段
   と、 上記空燃比センサ出力監視手段により監視された上記両
   空燃比センサの出力関係が所定の関係になった時、上記
   触媒が活性したことを判定する触媒活性判定手段とを備
   えた 触媒の活性判定装置。
2. 【請求項２】上記所定の関係は、上流側空燃比センサの
   出力変化率に対して下流側空燃比センサの出力変化率が
   僅少となる関係に設定した 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
3. 【請求項３】上記上流空燃比センサで検出された実空燃
   比が目標空燃比になるようにフィードバック制御信号を
   出力する空燃比フィードバック制御手段を備え、 上記所定条件は、上記空燃比フィードバック制御手段に
   よる空燃比フィードバック制御の停止時に設定した 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
4. 【請求項４】上記上流側空燃比センサで検出された実空
   燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御信号
   を出力する空燃比フィードバック制御手段を備え、 上記触媒活性判定手段で触媒の活性が判定された後に、
   上記空燃比フィールドバック制御手段による空燃比フィ
   ードバック制御を開始する空燃比フィードバック制御開
   始手段を設けた 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
5. 【請求項５】上記触媒活性判定手段で触媒の活性が判定
   された後に、上記２次エア供給手段による２次エアの供
   給を停止する２次エア停止手段を備えた 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
6. 【請求項６】上記上流側空燃比センサで検出された実空
   燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御信号
   を出力する空燃比フィードバック制御手段を備え、 上記触媒活性判定手段で触媒の活性が判定された後に、 上記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
   ドバック制御を開始する空燃比フィードバック制御開始
   手段と、 上記２次エア供給手段による２次エアの供給を停止する
   ２次エア停止手段とを備えた 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
7. 【請求項７】上記下流側空燃比センサの出力に基づいて
   触媒の劣化または上流側空燃比センサの劣化を監視する
   劣化監視手段を備えた 請求項１記載の 触媒の活性判定装置。
8. 【請求項８】エンジンの排気系に設けられ排気ガスを浄
   化する触媒と、 上記触媒の上流に配設されて排気ガス中に含まれる残存
   酸素濃度を検出する上流側空燃比センサと、 上記触媒の下流に配設されて排気ガス中に含まれる残存
   酸素濃度を検出する下流側空燃比センサと、 上記上流側空燃比センサの上流側における排気系に２次
   エアを供給する２次エア供給手段と、 所定条件下で上記触媒の未活性状態が判定されている
   間、排気中の酸素濃度を周期的に変動させるように上記
   ２次エア供給手段による２次エアの供給を断続的に制御
   する２次エア断続制御手段とを備え、 上記２次エアの断続供給時に、上流側および下流側の各
   空燃比センサの出力を監視して、 監視された上記両空燃比センサの出力関係が所定の関係
   になった時、触媒が活性したことを判定する 触媒の活性判定方法。