JPH06159048A

JPH06159048A - 触媒劣化度検出装置

Info

Publication number: JPH06159048A
Application number: JP4312481A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inagaki; 浩稲垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-07
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3218747B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は内燃機関の排気ガス通路中に設けら
れる触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出装置に関
し、劣化度検出時における排気エミッションの悪化を防
止することを目的とする。【構成】触媒コンバータ１１下流に空燃比センサ１８
を配置する。内燃機関１への燃料カットを検出する燃料
カット検出手段Ｍ１を設ける。燃料カット検出手段Ｍ１
が所定時間継続して燃料供給の停止を検出したら空燃比
を燃料リッチとする空燃比切り換え手段Ｍ２を設ける。
Ｏ₂ストレージ算出手段Ｍ４は空燃比センサ１８及びガ
ス量検出手段Ｍ３の検出値とに基づいて触媒コンバータ
１１の酸素吸着能力を算出する。そして、劣化度検出手
段Ｍ５は、Ｏ₂ストレージ算出手段９により算出された
酸素量に基づいて触媒の劣化度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は触媒劣化度検出装置に係
り、特に内燃機関の排気ガス通路中に設けられる触媒コ
ンバータの劣化度を、触媒コンバータに蓄え得る酸素量
に基づいて検出する触媒劣化度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の排気ガス通路中に
設けられた触媒コンバータの劣化度を検出する装置とし
て、特願平３−２９５６５１号に開示される装置が知ら
れている。この装置によれば、触媒コンバータの酸素吸
着能力に基づいて触媒コンバータの劣化度を精度良く検
出することが可能となる。

【０００３】ところで、車載用内燃機関では排気ガスを
浄化するために排気ガス通路中に三元触媒等の触媒が配
置されている。三元触媒は、内燃機関のシリンダ内に供
給される混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きくな
る、すなわち燃料リーンになると排気ガス中に存在する
過剰酸素を吸着保持し、混合気の空燃比が理論空燃比よ
りも小さくなる、すなわち燃料リッチになると吸着保持
された酸素を放出する、いわゆるＯ₂ストレージ機能を
有している。

【０００４】一方、内燃機関のシリンダ内に供給される
混合気が燃料リーンとなると、混合気中の過剰酸素のた
め排気ガス中には窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれるよう
になる。また、混合気が燃料リッチとなると、内燃機関
からは一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）等の未燃
成分を含有した排気ガスが排出される。

【０００５】従って、排気ガス通路中に三元触媒を設け
て排気ガスをこの触媒コンバータに流通する構成とすれ
ば、混合気が燃料リーンになったときには過剰な酸素が
触媒コンバータに吸着されるためＮＯ_Xが還元され、混
合気がリッチになったときには触媒コンバータに吸着さ
れていた酸素が放出されてＣＯ，ＨＣ等が酸化され、排
気ガス中に含まれる未燃成分を効率良く浄化できること
になる。

【０００６】ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス
浄化能力が低下して良好な排気エミッションの確保が困
難となる。一方、触媒コンバータが劣化しても車両の運
動性能等には何らの変化もないためその発見は困難であ
る。尚、排気ガスの浄化は上記したように触媒コンバー
タのＯ₂ストレージ機能によってなされるため、この場
合における触媒コンバータの劣化とはＯ₂ストレージ機
能の低下を意味している。

【０００７】上記従来の触媒劣化度検出装置は、このよ
うな要求に応えるべくなされたもので、一定の条件下で
触媒コンバータが吸着し得る酸素量を検出して、その酸
素量からＯ₂ストレージ機能の低下、すなわち触媒コン
バータの劣化を判断しようとするものである。

【０００８】この装置において触媒コンバータが吸着し
得る酸素量を検出する際には、先ず、理論空燃比より燃
料リッチ側（または燃料リーン側）に設定された混合気
を所定時間内燃機関に供給して、触媒コンバータに十分
に酸素を放出させる（または吸着させる）。次に、内燃
機関に供給する混合気の空燃比を燃料リーン（または燃
料リッチ）に切り換えて今度は触媒コンバータに酸素を
吸着（または放出）させる。

【０００９】ここで、触媒コンバータ下流における排気
ガスの空燃比に着目すると、触媒コンバータのＯ₂スト
レージ機能により排気ガス中の酸素量の調整が可能な間
はほぼ理論空燃比付近に維持される。また、Ｏ₂ストレ
ージ機能の能力を越えて燃料リーン（または燃料リッ
チ）の混合気が供給され続けた場合、その空燃比は当然
に触媒コンバータ上流の排気ガスの空燃比、すなわち内
燃機関に供給される混合気の空燃比と等しくなる。

【００１０】この際触媒コンバータには、この間に触媒
コンバータを流通した排気ガス中の過剰酸素が吸着する
（または、触媒コンバータの酸素吸着能力いっぱいに吸
着されていた酸素が排気ガス中の未燃成分を酸化するた
め全て放出される）。

【００１１】つまり、混合気の空燃比が切り換えられて
から、触媒コンバータの下流における排気ガスの空燃比
が、混合気の空燃比と同様に燃料リーン（または燃料リ
ッチ）となるまでの間に触媒コンバータを流通した排気
ガス中の過剰酸素量（または不足酸素量）が触媒コンバ
ータの酸素吸着能力に相当することになる。

【００１２】そこで、上記従来の触媒劣化度検出装置
は、触媒コンバータを流通するガス量を検出する手段を
設けると共に触媒コンバータの下流に空燃比センサを設
けて上記の期間中に触媒コンバータを流通した排気ガス
中の過剰酸素量（または不足酸素量）を検出し、その検
出値に基づいて触媒コンバータの劣化度を検出してい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
に従来の触媒劣化度検出装置は、触媒コンバータの酸素
吸着能力を検出する際に、内燃機関に供給する混合気の
空燃比を所定期間燃料リッチまたは燃料リーンに保持す
る必要がある。そして、混合気の空燃比をその空燃比に
保持する期間は、触媒コンバータを酸素で飽和させ、ま
たは触媒コンバータに吸着されている酸素を全て放出さ
せることのできる十分に長い時間に設定されている。

【００１４】従って、上記従来の装置において空燃比が
燃料リッチまたは燃料リーンに保持されている期間の終
期付近では、触媒コンバータで浄化できなくなったＣ
Ｏ，ＨＣまたはＮＯ_Xが触媒コンバータ下流、すなわち
大気中に放出されることになる。このように、上記従来
の触媒劣化度検出装置は、触媒劣化度の検出を行う際に
一時的に排気エミッションを悪化させるという問題を有
していた。

【００１５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、内燃機関への燃料供給が停止されている期間、す
なわち燃料カット中に触媒劣化度の検出を行うことによ
り、劣化度検出時における排気エミッションの悪化を抑
制した触媒劣化度検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの触媒劣化度検出装置の原理図を図１に示す。図１に
おいて１は本発明に係る触媒劣化度検出装置を備える内
燃機関を示す。内燃機関１の排気ガス通路中には触媒コ
ンバータ１１が設けられる。この触媒コンバータ１１の
下流には空燃比センサ１８が配置される。空燃比センサ
１８は、触媒コンバータ１１の上流に供給されたガス中
の空燃比を検出する。

【００１７】燃料カット検出手段Ｍ１は、内燃機関１へ
の燃料供給状態を監視して、所定の運転状況の下に燃料
供給が停止された場合、その燃料供給の停止を検出す
る。空燃比切り換え手段Ｍ２は、燃料カット検出手段Ｍ
１が所定時間継続して燃料供給の停止を検出した場合、
内燃機関１に供給する混合気を所定の期間理論空燃比に
対してリッチ側に設定された所定の空燃比に切り換え
る。ガス量検出手段Ｍ３は、触媒コンバータ１１を流通
するガス量を検出する。

【００１８】また、Ｏ₂ストレージ算出手段Ｍ４は、空
燃比センサ１８の検出値とガス量検出手段Ｍ３の検出値
とに基づいて、空燃比切り換え手段Ｍ２により触媒コン
バータ１１の上流に供給されるガスの空燃比が燃料リッ
チに切り換えられてから、空燃比センサ１８が燃料リッ
チを表す信号を出力するまでの期間中に触媒コンバータ
１１を流通した排気ガスの総量を算出し、その排気ガス
総量と燃料リッチに切り換えられた後の空燃比とに基づ
いて、上記の期間中に触媒コンバータ１１から排気ガス
中に放出された酸素量を、触媒コンバータ１１の酸素吸
着能力として算出する。そして、劣化度検出手段Ｍ５
は、Ｏ₂ストレージ算出手段９により算出された酸素量
に基づいて触媒の劣化度を検出する。

【００１９】

【作用】上記の触媒劣化度検出装置において、燃料カッ
ト検出手段Ｍ１は、減速時等内燃機関１への燃料供給が
不要な場合に行われる燃料供給の停止が行われた場合、
その燃料カットを検出する。ここで内燃機関における燃
料カットは、燃料供給が不要な場合にのみ行われる処理
であるため、吸気ダクト６内に設けられたスロットルバ
ルブ９が全閉の場合にだけ実行される。

【００２０】燃料カットが行われてから空燃比切り換え
手段Ｍ２により空燃比が燃料リッチに切り換えられるま
での期間中、触媒コンバータ１１には燃料を全く含有し
ない空気が流通し、最終的に触媒コンバータ１１の酸素
吸着能力に応じた酸素が吸着されると共に、空燃比セン
サ１８からは、空燃比が燃料リーンであることを表す信
号が出力される。この際、排気ガス中には燃料が含まれ
ていないため、触媒コンバータ１１の下流にＮＯ_X等の
酸化物が排出されることはない。

【００２１】空燃比切り換え手段Ｍ２により内燃機関１
に供給される混合気の空燃比が燃料リッチに切り換えら
れると、触媒コンバータ１１には、スロットルバルブ９
全閉に対応して少量の燃料リッチな排気ガスが流通す
る。これにより触媒コンバータ１１に吸着されていた酸
素は、排気ガス中の不足酸素量を補うため徐々に放出さ
れる。

【００２２】この際、触媒コンバータ１１に吸着されて
いた酸素で排気ガス中の不足酸素量を補うことができる
間は、空燃比センサ１８は理論空燃比を表す信号を出力
する。そして、触媒コンバータ１１中の全ての酸素が放
出された場合は、それ以後触媒コンバータ１１下流の雰
囲気が燃料リッチとなり、空燃比センサ１８は燃料リッ
チを表す信号を出力する。ここで、触媒コンバータ１１
を流通する排気ガスの流量は少量であると共に、所定期
間終了時には空燃比切り換え手段Ｍ２により再び燃料カ
ット状態への切り換えが行われる。従って、全ての酸素
の放出後において大気中に放出されるＣＯ，ＨＣ等の未
燃成分は極少量に抑制される。

【００２３】Ｏ₂ストレージ算出手段Ｍ４は、空燃比セ
ンサ１８から燃料リッチを表す信号が出力された時点を
触媒コンバータ１１に吸着された酸素が全て放出された
時点として判断し、ガス量検出手段８の検出値を基に触
媒コンバータ１１に吸着されていた酸素を全て放出させ
る間に触媒コンバータ１１を流通した排気ガスの総量を
算出し、その総排気ガス量中の酸素不足量を触媒コンバ
ータ１１のＯ₂ストレージ量とする。

【００２４】

【実施例】図２は、本発明に係る触媒劣化度検出装置の
一実施例の構成図を示す。尚、図１と同一の構成部分に
は同一の符号を付している。

【００２５】図２において１は、本実施例の触媒劣化度
検出装置を備える内燃機関を示す。同図中２及び３は、
それぞれ内燃機関１の吸気ポート及び排気ポートを示
す。内燃機関１の各吸気ポート２は、対応する枝管４を
介してサージタンク５に連結され、サージタンク５は吸
気ダクト６及びエアフロメータ７を介してエアクリーナ
８に連結される。

【００２６】吸気ダクト６内にはスロットルバルブ９が
配置される。一方、排気ポート３は排気マニホールド１
０を介して、前記した触媒に相当する三元触媒を内蔵し
た触媒コンバータ１１に接続される。また、吸気ポート
２に連結される各枝管４には、それぞれ電子制御ユニッ
ト２０の出力信号に基づいて制御される燃料噴射弁１２
が配設される。

【００２７】本実施例の要部である電子制御ユニット２
０は、双方向バス２１によって相互に接続されたリード
オンリメモリ（ＲＯＭ）２２，ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）２３，中央処理装置（ＣＰＵ）２４，入力ポ
ート２５，出力ポート２６を備えている。

【００２８】エアフロメータ７は吸入空気量に応じた出
力電圧を発生し、その出力電圧をＡ／Ｄ変換器２７を介
して入力ポート２５に供給している。スロットルバルブ
９には、スロットルバルブ９がアイドリング位置にある
ときにオンとなり、その出力信号を入力ポート２５に供
給するアイドルスイッチ１３が取り付けられている。

【００２９】また、内燃機関１には、冷却水温に応じた
電圧信号を発生する水温センサ１４が取付けられ、Ａ／
Ｄ変換器２８を介してその出力電圧を入力ポート２５に
供給している。さらに、入力ポート２５には、内燃機関
の回転数を表すパルスを発生する回転数センサ１５の出
力信号が供給される。

【００３０】触媒コンバータ１１上流の排気マニホール
ド１０内には、第１の空燃比センサ１６が配置され、ま
た、触媒コンバータ１１下流の排気通路１７内には前記
した空燃比センサに相当する第２の空燃比センサ１８が
配置される。これら第１及び第２の空燃比センサ１６，
１８はそれぞれ対応する電流電圧変換回路２９，３０及
びＡ／Ｄ変換器３１，３２を介して入力ポート２５に接
続されている。また、出力ポート２６にはそれぞれ駆動
回路３３，３４を介して燃料噴射弁１２及び触媒の劣化
度を表示する表示装置３５が接続されている。

【００３１】第１及び第２の空燃比センサ１６，１８
は、例えばジルコニアからなる筒状体の内側面上に陽極
を形成すると共に外側面上に陰極を形成し、更に陰極の
外側を多孔質層により覆った構造を有している。これら
陽極と陰極との間には、図３（Ａ）に示すような、雰囲
気の空燃比に応じた電流Ｉが流れる。

【００３２】この電流Ｉはそれぞれ対応する電流電圧変
換回路２９，３０において図３（Ｂ）に示すような電圧
Ｖに変換される。つまり、Ａ／Ｄ変換器３１，３２には
空燃比に対応した出力電圧Ｖが供給され、電子制御ユニ
ット２０では、この出力電圧Ｖに基づいて空燃比の検出
が行われる。

【００３３】本実施例では燃料噴射弁１２からの燃料噴
射時間ＴＡＵは次式に基づいて算出される。

【００３４】ＴＡＵ＝ＴＰ・ＦＡＦ・ＧＡ・Ｃ・Ｍここで、ＴＰ：基本燃料噴射量ＦＡＦ：フィードバック補正係数ＧＡ：学習係数Ｃ：増量係数Ｍ：空燃比設定係数基本燃料噴射時間ＴＰは内燃機関に供給される混合気の
空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間であ
り、内燃機関の負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数
Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として、予めＲＯＭ２２内
に記憶されている。

【００３５】フィードバック補正係数ＦＡＦは空燃比を
目標空燃比に維持すべく１．０を中心として変動するよ
うに触媒コンバータ１１上流の第１空燃比センサ１６の
出力信号に基づいて制御される。また、学習係数ＧＡは
フィードバック補正係数ＦＡＦが１．０を中心として変
動するようにするための係数である。

【００３６】増量係数Ｃは、暖機時や加速時に燃料噴射
量を増量するための係数であって増量しないときは１．
０とされる。そして、空燃比設定係数Ｍは内燃機関の運
転状態に応じて予め定められた目標空燃比を得るための
係数であって、目標空燃比が理論空燃比のときは１．０
となる。

【００３７】次に図４及び図５を参照しつつ、フィード
バック補正係数ＦＡＦ及び学習係数ＧＡについて簡単に
説明する。尚、空燃比設定係数Ｍは、目標空燃比を（Ａ
／Ｆ）_Oで表すとすると、理論空燃比／（Ａ／Ｆ）_Oで
表されることになる。

【００３８】図４は一定時間毎の割り込みによって実行
されるルーチンを示している。図４に示すルーチンが起
動すると、まず始めにステップ５０において、図３
（Ｂ）に示す関係から、目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oに対応
した第１空燃比センサ１６の出力信号すなわち電流電圧
変換回路２９の目標電圧値Ｅが算出される。

【００３９】空燃比設定係数Ｍを上記したように理論空
燃比／（Ａ／Ｆ）_Oとして、燃料噴射時間をＴＰ・Ｍと
すると、空燃比はほぼ目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oとなり、
従って、第１の空燃費センサ１６の電流電圧変換回路２
９の出力電圧Ｖはほぼ目標出力電圧Ｅとなる。

【００４０】ステップ５０において目標出力電圧Ｅが算
出されるとステップ５１に進んで、電流電圧変換回路２
９の出力電圧Ｖが目標出力電圧Ｅと比べて高いか否か、
すなわち第１空燃比センサ１６がさらされている排気ガ
スの空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oに比べてリーンで
あるか否かが判別される。

【００４１】Ｖ＞Ｅのとき、すなわち目標空燃比（Ａ／
Ｆ）_Oに比べてリーンであるときはステップ５２に進ん
で前回の割り込み時にリーンであったか否かが判別され
る。ここで、前回の割り込み時にリーンでなかったとき
は、リッチからリーンに変化したと判断され、ステップ
５３に進む。

【００４２】ステップ５３では、この時点におけるフィ
ードバック補正係数ＦＡＦがＦＡＦＲとして記憶され
る。次いでステップ５４に進んでＦＡＦにスキップ値Ｓ
を加算してステップ５５に進む。一方、ステップ５２に
おいて前回の割り込み時においてもリーン側であると判
断されたときはステッ５６にすすんでＦＡＦに積分値Ｋ
（Ｋ＜Ｓ）が加算され、次いでステップ５５に進む。

【００４３】従って、図５に示すように、空燃比センサ
１６がさらされている排気ガスの空燃比がリッチからリ
ーンに変化すると、フィードバック補正係数ＦＡＦはス
キップ値Ｓだけ急激に増大せしめられた後、積分値Ｋが
加算されるに従って徐々に増大する。

【００４４】これに対して上記ステップ５１でＶ＞Ｅで
はない、すなわち空燃比センサ１６がさらされている排
気ガスの空燃比は目標空燃比に対してリッチであると判
断された場合は、ステップ５７に進み前回の割り込み時
にリッチであったか否かが判断される。前回の割り込み
時にリッチでなかったときは、リーンからリッチに変化
したと判断され、ステップ５８進む。

【００４５】ステップ５８では、この時点におけるフィ
ードバック補正係数ＦＡＦがＦＡＦＬとして記憶され
る。そしてステップ５９に進みＦＡＦからスキップ値Ｓ
を減算して、次いでステップ５５に進む。一方、ステッ
プ５７において前回の割り込み時においてもリッチであ
ると判断されたときは、ステップ６０に進んでＦＡＦか
ら積分値Ｋ（Ｋ＜Ｓ）を減算してステップ５５に進む。

【００４６】従って、図５に示すように、空燃比センサ
１６がさらされている排気ガスの空燃比がリーンからリ
ッチに変化すると、フィードバック補正係数ＦＡＦはス
キップ値Ｓだけ急激に減少せしめられた後、積分値Ｋが
減算されるに従って徐々に減少する。

【００４７】ステップ５５ではＦＡＦＬとＦＡＦＲの平
均値が学習係数ＧＡとされる。このため、例えばフィー
ドバック補正係数ＦＡＦがリーン側に偏ると、学習係数
ＧＡは１．０より大きくなる。従って、燃料噴射時間Ｔ
ＡＵが長くなりフィードバック補正係数ＦＡＦがリッチ
側に補正される。

【００４８】また、フィードバック補正係数ＦＡＦがリ
ッチ側に偏ると学習係数ＧＡは１．０より小さくなる。
従って燃料噴射時間ＴＡＵが短くなり、フィードバック
補正係数ＦＡＦはリーン側に補正される。このように、
本実施例における補正係数ＦＡＦは学習係数ＧＡの作用
により１．０を中心に変動せしめられることになる。

【００４９】図５に示すフィードバック補正係数ＦＡＦ
の挙動は目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oが変化しても同じであ
る。例えば目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oが理論空燃比であっ
てもＦＡＦは１．０を中心に変動せしめられる。従って
目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oが理論空燃比のとき、すなわち
空燃比設定係数Ｍが１．０のときＦＡＦを１．０に固定
すれば、すなわち空燃比フィードバック制御を停止する
と空燃比は理論空燃比に維持されることになる。

【００５０】同様に目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oが理論空燃
比でない場合には、空燃比設定係数Ｍを目標空燃比（Ａ
／Ｆ）_Oに対応した値とし、ＦＡＦを１．０に固定すれ
ば空燃比は目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oに維持されることに
なる。従って、空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oとする
ためには空燃比設定係数Ｍを目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Oに
対応した値とし、ＦＡＦを１．０に固定すればよいこと
になる。

【００５１】次に、図６を参照しつつ触媒コンバータ１
１に吸着保持される酸素量の検出方法について説明す
る。尚、図６において実線は第１空燃比センサ１６によ
り検出された空燃比を示しており、破線は第２空燃比セ
ンサ１８により検出された空燃比をしめしている。

【００５２】また、図６は時刻ｔ₁において内燃機関に
供給れる混合気の空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lか
らリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに強制的に切り換え、時刻
ｔ₂において内燃機関に供給される混合気の空燃比をリ
ッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_L
に強制的に切り換えた場合を示している。

【００５３】図６からわかるように時刻ｔ₁において内
燃機関に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比（Ａ
／Ｆ）_Lからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに切り換えられ
ると第１空燃比センサ１６により検出される空燃比は速
やかにリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに変化する。また同様
に、内燃機関に供給される混合気の空燃比がリッチ空燃
比（Ａ／Ｆ）_Rからリーン空燃比に切り換えられた場合
も（図６中、時刻ｔ₂）、第１空燃比センサ１６で検出
される空燃比は速やかにリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lに変
化する。

【００５４】これに対して第２空燃比センサ１８で検出
される空燃比は、図６において破線で示すように、第１
空燃比センサ１６で検出される空燃比とは異なる挙動で
変化する。すなわち、図６中時刻ｔ₁において内燃機関
に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）
_Lからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに変化すると、第２空
燃比センサ１８により検出される空燃比は、先ずリーン
空燃比（Ａ／Ｆ）_Lから理論空燃比まで変化し、その後
ΔＴ_R時間だけ理論空燃比に維持された後にリッチ空燃
比（Ａ／Ｆ）_Rとなる。

【００５５】一方、時刻ｔ₂において内燃機関に供給さ
れる混合気の空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rからリ
ーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lに変化したときに第２空燃比セ
ンサ１８により検出される空燃比は、リッチ空燃比（Ａ
／Ｆ）_Rから先ず理論空燃比に変化し、その後ΔＴ_L時
間だけ理論空燃比に維持された後にリーン空燃比（Ａ／
Ｆ）_Lとなる。

【００５６】このように内燃機関に供給される混合気の
空燃比が切り換えられたときに第２の空燃比センサ１８
により検出された空燃比がΔＴ_R時間またはΔＴ_L時間
の間理論空燃比に維持されるのは、触媒コンバータ１１
のもつＯ₂ストレージ機能のためである。

【００５７】すなわち、混合気の空燃比がリーンのとき
に触媒コンバータ１１には排気ガス中に存在する過剰酸
素が吸着され、時刻ｔ₁において混合気の空燃比がリッ
チ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに変化して排気ガス中にＣＯ，Ｈ
Ｃ等の未燃成分が含まれるようになると、触媒コンバー
タ１１に吸着されていた酸素がこれらの未燃成分を酸化
するために消費される。

【００５８】また、排気ガス中の未燃成分が、触媒コン
バータ１１に吸着されている酸素により酸化されている
間、すなわち図６中にΔＴ_Rで示す期間は、第２空燃比
センサ１８により検出される空燃比は理論空燃比に維持
され、触媒コンバータ１１に吸着保持されていた酸素が
全て消費されると、もはや未燃成分の酸化作用は行われ
なくなるので第２空燃比センサ１８により検出される空
燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rとなる。

【００５９】次に、時刻ｔ₂において混合気の燃費がリ
ーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lに変化すると、触媒コンバータ
１１による過剰酸素の吸着が開始される。酸素の吸着が
行われている間、すなわち図６中にΔＴ_Lで示す間、第
２空燃比センサ１８により検出される空燃比は理論空燃
比に維持される。そして、触媒コンバータ１１の吸着能
力が酸素で飽和すると、もはや酸素が触媒コンバータ１
１に吸着することがなく、第２空燃比センサ１８により
検出される空燃比はリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lとなる。

【００６０】尚、酸素の吸着作用が行われている間は、
排気ガス中に酸素が触媒コンバータに奪われるため、排
気ガス中に含まれるＮＯ_X等の酸化物が還元される。そ
して、触媒コンバータ１１の吸着能力が飽和するのと同
時に、触媒コンバータ１１の下流からはＮＯ_X等の酸化
物が排出されることになる。

【００６１】触媒コンバータ１１が吸着保持し得る酸素
量には上限がある。そして、当然に吸着保持し得る酸素
量が多いほど酸化し得るＣＯ，ＨＣ等の未燃成分の量及
び還元し得るＮＯ_X等の酸化物の量が増大し、排気ガス
の浄化率が高くなる。ところが、触媒コンバータ１１が
吸着し得る酸素量の上限、すなわち酸素吸着能力は経時
的に低下する傾向にあり、この低下と共に触媒コンバー
タ１１の排気ガス浄化率が劣化する傾向にある。

【００６２】このように、触媒コンバータ１１の排気ガ
ス浄化率と酸素吸着能力との間には深い関連性があるた
め、触媒コンバータ１１の酸素吸着能力を検出すること
ができれば、その検出値を基に触媒コンバータ１１の排
気ガス浄化率の劣化度を検出できることになる。

【００６３】ところで、内燃機関にリッチ空燃比（Ａ／
Ｆ）_Rの混合気がＧ₀だけ供給されたとすると、不足空
気量は次式のように表すことができる。

【００６４】（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_R）・Ｇ₀ ・・・（１）ここで、不足する空気量のうち酸素の占める割合をαと
すると不足する酸素量は次式のように表すことができ
る。

【００６５】 α・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_R）・Ｇ₀ ・・・（２）そして、Ｋ＝α・（Ａ／Ｆ）_Rとすると、（２）式は以
下のようになる。

【００６６】Ｋ・（理論空燃比／（Ａ／Ｆ）_R−１）・Ｇ₀ ・・・（３）ここで、図６中にΔＴ_Rで示す時間中に触媒コンバータ
１１を流通した排気ガス量をＧ₀とすれば、このΔＴ_R
の間に触媒コンバータ１１から放出された酸素量は、上
記（３）式に示す不足酸素量と同一となるはずである。
つまり、触媒コンバータ１１の酸素吸着能力は、結局上
記（３）式中Ｇ₀を、ΔＴ_R時間中に触媒コンバータ１
１を流通した排気ガス流量として算出することで検出で
きることになる。

【００６７】ところで、本実施例においては上記図２に
示すように、吸入空気量を検出するためにエアフロメー
タ７を用いている。このエアフロメータ７は、単位時間
当たりに内燃機関に供給される吸入空気量Ｇａに比例し
た出力電圧を発生している。従って、エアフロメータ７
により検出された吸入空気量ＧａにΔＴ_Rを乗算すれ
ば、Ｇａ・ΔＴ_RはΔＴ_R時間中に内燃機関に供給され
た空気量、すなわち、ΔＴ_R時間中に触媒コンバータ１
１を流通した排気ガス流量を表すことになる。

【００６８】従って、エアフロメータ７による検出値Ｇ
ａを使用した場合、触媒コンバータ１１に吸着保持し得
る酸素量は、次式のように表すことができる。

【００６９】Ｋ・（理論空燃比／（Ａ／Ｆ）_R−１）・Ｇａ・ΔＴ_R ・・・（４）ところで、上記したように触媒コンバータ１１の酸素吸
着能力が酸素で飽和してなおリーンな排気ガスの流通が
続くと、排気ガス中に含まれているＮＯ_X等の酸化物が
触媒コンバータ１１で吸収仕切れずに大気中に放出され
る。また、触媒コンバータ１１に吸着されていた酸素が
全て放出されてなおリッチな排気ガスの流通が続くと、
排気ガス中のＣＯ，ＨＣ等の未燃成分が大気中に放出さ
れることになる。

【００７０】つまり、良好な排気エミッションを確保す
るためには、上記のように排出される酸化物及び未燃成
分を最小限に抑制する必要がある。そこで、本実施例に
おいては、図６におけるリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_L状態
（時刻ｔ₁以前の状態）を、燃料カット時に作りだすこ
ととした。

【００７１】内燃機関における燃料カット、すなわち燃
料噴射弁１２から内燃機関への燃料供給の停止は、車両
の走行中において内燃機関への燃料供給が不要であると
判断されたときに実行される。燃料供給が不要のときと
は、燃料供給が停止されても機関が停止することがな
く、かつ運転者に加速の意図がないときをいい、具体的
には、回転数センサ１５による機関回転数が所定の回転
数以上で、スロットルバルブ９がアイドル位置であるこ
とを検出するアイドルスイッチ１３がオンとなっている
ときが該当する。

【００７２】つまり、燃料カットが働いている場合、内
燃機関には燃料を含まない空気のみが供給される。従っ
て、触媒コンバータ１１を流通する排気ガスも燃料を含
まない、すなわちＮＯ_X等の酸化物を含まない空気が流
通することになる。このため、本実施例によれば排気ガ
スの空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Lとしている間に
触媒コンバータ１１が酸素で飽和しても、その後にＮＯ
_X等の酸化物が大気中に放出されることはない。

【００７３】また、上記したように燃料カットが行われ
ている間は、スロットルバルブは必ずアイドリング位置
となる。従って、燃料カットの実行中にリッチ空燃比
（Ａ／Ｆ）_R状態を作りだすこととすれば、この際に触
媒コンバータ１１を流通する排気ガスの流量は、アイド
リング時における流量に対応した僅かな量となる。

【００７４】このため、リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rの排
気ガスが流通して触媒コンバータ１１に吸着していた酸
素が消費され、排気ガス中の未燃成分が大気中に排出さ
れるようになっても、排気ガス流量が少ないため未燃成
分の排出量が少量に抑制される。

【００７５】以下、本実施例の電子制御ユニット２０に
おいて実行される処理について、図７、図８に示すフロ
ーチャートを参照して詳細に説明する。尚、本ルーチン
は所定時間Δｔ毎に起動される割り込みルーチンであ
る。

【００７６】図７に示すように本ルーチンが起動する
と、先ずステップ１０１で燃料カットが実行中であるか
否かをみる。本実施例においては触媒劣化度の検出を上
記したように燃料カット時に行うからである。ここで燃
料カット実行中と判別した場合は触媒劣化度検出を行う
ためにステップ１０２に進み、燃料カットが開始されて
から所定時間Ｔ_(sec)が経過したか否かをみる。尚、ス
テップ１０１は前記した燃料カット検出手段に相当す
る。

【００７７】ステップ１０１において燃料カットが実行
中ではないと判別された場合は、上記したように排気エ
ミッション悪化のおそれがあるため触媒劣化度検出は行
わない。従って、この場合はステップ１０３へ進んで後
述のＯ₂ストレージ量Ｏ_2stを“０”にリセットすると
共に触媒劣化度検出中を表すフラグｆｌｇを“０”と
し、続いてステップ１０４へ進み通常の燃料噴射制御を
実行する指令を出して処理を終了する。

【００７８】ステップ１０２においてまだ時間Ｔ_(sec)
が経過していないと判別された場合は、触媒コンバータ
１１にまだ十分に酸素が吸着されていないと考えられる
ためそのまま今回の処理を終了する。そして、触媒コン
バータ１１が飽和する程度に十分な酸素が吸着するとし
て予め設定された所定の時間Ｔ_(sec)が経過したと判別
された場合はステップ１０５へ進む。

【００７９】ステップ１０５では、触媒コンバータ１１
に吸着された酸素を放出させるために、内燃機関に供給
する混合気を所定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rとするた
めの燃料噴射量Ｆｉの演算が行われる。尚、この燃料噴
射量Ｆｉは、燃料カット時に内燃機関に供給される空気
の流量、すなわち触媒コンバータ１１を流通する空気の
流量Ｇａをリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rで除算することに
より求められる。尚、ステップ１０２，１０５は後述の
ステップ１１２と共に前記した空燃比切り換え手段を構
成する。

【００８０】このようにして内燃機関に供給する混合気
をリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに切り換えたら、前記した
ガス量検出手段に相当するステップ１０６に進み第１及
び第２空燃比センサ１６，１８及びエアフロメータ７の
検出値Ｇａを読み込む。そして、それらの値をそれぞれ
触媒コンバータ１１の上流及び下流に存在する排気ガス
の空燃比（Ａ／Ｆ）_in，（Ａ／Ｆ）_out及び燃料カット
時に触媒コンバータ１１を流通する排気ガス流量Ｇａと
して記憶する。

【００８１】続いて図８に示すステップ１０７では、上
記ステップ１０６で読み込んだ（Ａ／Ｆ）_outが理論空
燃比付近であるかをみる。ここで、上記ステップ１０５
においてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに切り換えられた混
合気が触媒コンバータ１１を流通してその下流にまで到
達している場合、（Ａ／Ｆ）_outは触媒コンバータ１１
から放出される酸素により理論空燃比付近に調整される
（図６中、期間ΔＴ_Rに相当）。

【００８２】つまり、（Ａ／Ｆ）_outが理論空燃比付近
となるのは、内燃機関から排出される排気ガス中の不足
酸素量を触媒コンバータ１１から放出される酸素が補っ
ているからである。従って、（Ａ／Ｆ）_outが理論空燃
比付近であると判別されている期間中に触媒コンバータ
１１を流通した排気ガス量と、その排気ガス中における
不足酸素量とが検出できれば、その期間中に触媒コンバ
ータ１１から放出された酸素量、すなわち上記の期間開
始時において酸素で飽和状態であった触媒コンバータ１
１に吸着していた酸素量を検出できることになる。

【００８３】そこで、ステップ１０７において（Ａ／
Ｆ）_outが理論空燃比付近であると判別された場合は、
ステップ１０８に進みＯ₂ストレージ計測実行フラグｆ
ｌｇをセットし（ｆｌｇ←１）、次いで前記したＯ₂ス
トレージ算出手段に相当するステップ１０９において、
触媒コンバータ１１から放出された酸素量Ｏ_2stを次式
に基づいて演算して今回の処理を終了する。

【００８４】Ｏ_2st←Ｏ_2st＋Ｇａ・（理論空燃比／
（Ａ／Ｆ）_in−１）・Δｔここで、Ｇａ・（理論空燃比／（Ａ／Ｆ）_in−１）・Δ
ｔは上記（４）式における（Ａ／Ｆ）_Rに第１空燃比セ
ンサ１６の検出値（Ａ／Ｆ）_inを代入し、またΔＴ_Rに
本ルーチンの起動周期であるΔｔを代入すると共に、簡
単のため定数Ｋを省略してなる式である。つまり、Ｏ₂
ストレージ量Ｏ_2stにはステップ１０９が実行される度
に、前回のルーチン実行時から今回のルーチン実行時ま
でに触媒コンバータ１１を流通した排気ガス中の不足酸
素量が累積されることになる。

【００８５】一方、上記ステップ１０７において、（Ａ
／Ｆ）_outが理論空燃比ではないと判別された場合はス
テップ１１０に進みＯ₂ストレージ計測実行フラグｆｌ
ｇが“１”にセットされているか否かをみる。

【００８６】上記ステップ１０８が実行済であれば、す
なわち触媒コンバータ１１から酸素の放出が開始されて
いればｆｌｇはセットされているからステップ１１１に
進む。また、混合気がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに切り
換えられた直後であって、まだ（Ａ／Ｆ）_outが理論空
燃比に達していないような場合にはｆｌｇは“０”のま
まであるからそのまま処理を終了して次回の起動に備え
る。

【００８７】ステップ１１１では（Ａ／Ｆ）_outと（Ａ
／Ｆ）_Rとの比較を行い、両者がほぼ同等の値となって
いるか否かをみる。ここで両者の値がまだ同等でない場
合はまだ触媒コンバータ１１から酸素が放出されている
ものと判断し、上記ステップ１０９へ進んでさらにＯ
_2stの累積処理を続行して処理を終了する。

【００８８】一方、ここで（Ａ／Ｆ）_outと（Ａ／Ｆ）
_Rとが同等の値である場合は、触媒コンバータ１１に吸
着されていた酸素がほとんど消費されたと判断し、ステ
ップ１１２へ進む。ステップ１１２ではリッチ空燃比
（Ａ／Ｆ）_Rを達成するための燃料噴射を終了するた
め、燃料噴射量Ｆｉを“０”とする。

【００８９】そして、続くステップ１１３では、現時点
におけるＯ₂ストレージ量Ｏ_2stを触媒コンバータ１１
の酸素吸着能力として認識し、図９に示す触媒コンバー
タ１１の酸素吸着能力と触媒劣化度との関係を表すテー
ブルをＯ_2stで参照することにより触媒劣化度を検出す
る。尚、このステップ１１３は前記した劣化度検出手段
に相当する。

【００９０】このように本実施例によれば、排気ガス流
量の少ない燃料カット時に触媒劣化度の検出を行うこと
に加えて、ステップ１１１において触媒コンバータ１１
に吸着されていた酸素がほぼ消費されたと判断される
と、ステップ１１２において即座に燃料噴射が終了され
る。従って、触媒劣化度を検出する際に大気中に放出さ
れるＨＣ，ＣＯ等の未燃成分が従来の装置に比べて画期
的に抑制される。

【００９１】上記ステップで触媒劣化度の検出処理を終
了し、以下次回以降の本ルーチン起動時に備えてステッ
プ１１４においてＯ_2st及びｆｌｇを共に“０”にリセ
ットして今回の処理を終了する。

【００９２】尚、上記実施例においては触媒コンバータ
１１の上流に第１の空燃比センサ１６を設け、その検出
値（Ａ／Ｆ）_inに基づいてＯ₂ストレージ量Ｏ_2stを算
出する（上記ステップ１０９）構成としたが、混合気の
空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに基づいてその算出を行うこととし
て第１空燃比センサ１６を省略する構成としてもよい。

【００９３】また、上記実施例においては第２空燃比セ
ンサ１８の検出値（Ａ／Ｆ）_outが理論空燃比に達した
時点をＯ₂ストレージ量Ｏ_2stの計測開始時期としてい
るが（上記ステップ１０７）、これに限るものではな
く、上記ステップ１０５を実行して混合気の空燃比がリ
ッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rに切り替わったことを条件とし
て開始する構成としてもよい。

【００９４】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、触媒劣化度
を検出する際のリーン空燃比状態を燃料カット時に発生
させているため、継続的に燃料リーンな排気ガスが排出
されても、その際にＮＯ_X等の未燃成分が大気中に放出
されることはない。

【００９５】また、燃料カット時であるため排気ガスの
流量が少なく、触媒下流の空燃比が燃料リッチとなると
即座に燃料噴射が終了することから、触媒の酸素吸着能
力を算出するために内燃機関に供給する混合気を燃料リ
ッチに切り換えた後に大気中に排出されるＣＯ，ＨＣ等
の未燃成分の量が従来の装置に比べて画期的に低減す
る。

【００９６】このように、本発明に係る触媒劣化度検出
装置は、触媒の酸素吸着能力に基づいて触媒劣化度を高
精度に検出することができると共に、触媒劣化度の検出
時においても常に良好な排気エミッションを確保できる
という特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る触媒劣化度検出装置の原理図であ
る。

【図２】本発明に係る触媒劣化度検出装置の一実施例の
構成を表す全体図である。

【図３】本実施例に用いる空燃比センサの出力特性を表
す図である。

【図４】本実施例における電子制御ユニットが実行する
空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートで
ある。

【図５】空燃比フィードバック補正係数の変化を示すタ
イムチャートである。

【図６】本実施例における第１空燃比センサの検出値及
び第２空燃比センサの検出値の変化を示す図である。

【図７】本実施例において触媒の劣化を検出するために
電子制御ユニットが実行する処理のフローチャート（そ
の１）である。

【図８】本実施例において触媒の劣化を検出するために
電子制御ユニットが実行する処理のフローチャート（そ
の２）である。

【図９】触媒の酸素吸着能力と触媒劣化度との関係を表
すテーブルである。

【符号の説明】

Ｍ１燃料カット検出手段Ｍ２空燃比切り換え手段Ｍ３ガス量検出手段Ｍ４Ｏ₂ストレージ算出手段Ｍ５劣化度検出手段１内燃機関６吸気ダクト７エアフロメータ９スロットルバルブ１１触媒コンバータ１２燃料噴射弁１３アイドルスイッチ１６第１の空燃比センサ１７排気通路１８第２の空燃比センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ガス通路中に設けられた
触媒コンバータに供給される排気ガスを、理論空燃比に
対して燃料リーンから燃料リッチに切り換え、この切り
換えが行われてから前記触媒コンバータの下流に配設し
た空燃比センサの出力信号が燃料リッチを表す信号とな
るまでの期間中に前記触媒コンバータを流通した排気ガ
スの総量と、前記期間中前記触媒コンバータに供給され
た排気ガスの空燃比とに基づいて前記期間中に前記触媒
コンバータから排気ガス中に放出された酸素量を算出
し、該酸素量を前記触媒コンバータの酸素吸着能力と認
識して、該酸素吸着能力に基づいて前記触媒コンバータ
の劣化度を検出する触媒劣化度検出装置において、前記内燃機関への燃料供給が所定の運転状況の下に停止
された場合に、その燃料供給の停止を検出する燃料カッ
ト検出手段と、該燃料カット検出手段が所定時間継続して燃料供給の停
止を検出した場合、前記内燃機関に供給する混合気を所
定の期間理論空燃比に対してリッチ側に設定された所定
の空燃比に切り換える空燃比切り換え手段とを有するこ
とを特徴とする触媒劣化度検出装置。