JPH0771231A - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒の下流側に設けた酸素センサの出力に基づ
き、触媒劣化を精度良く診断させる。 【構成】各バンクからの排気が合流して触媒に導入され
るＶ型機関であって、各バンク毎に空燃比フィードバッ
ク制御が行われる機関において、各バンク間における制
御位相差BKISO を検出する（Ｓ13）。そして、前記位相
差BKISO に基づいて判定値CATMO を可変設定する（Ｓ1
4）。一方、触媒上流側に各バンク毎に設けられた酸素
センサの出力の反転回数、及び、触媒下流側に設けられ
た酸素センサの出力の反転回数をそれぞれに計数させる
（Ｓ15〜Ｓ18）。ここで、上流側酸素センサの出力の反
転回数が所定回数になったときに、前記下流側酸素セン
サの反転回数と前記判定値CATMO とを比較する（Ｓ2
0）。そして、反転回数が判定値CATMO 以上になってい
るときに、触媒劣化を判定する（Ｓ21）。

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触媒劣化診断
装置に関し、詳しくは、排気浄化触媒の上流側及び下流
側にそれぞれ酸素センサを備え、これら酸素センサの出
力値に基づいて空燃比フィードバック制御を行うよう構
成された内燃機関において、前記酸素センサの出力に基
づいて排気浄化触媒の劣化を診断する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関排気系に設けられる排気
浄化用の三元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素セ
ンサを設け、これらの２つの酸素センサの検出値を用い
て機関吸入混合気の空燃比をフィードバック制御するも
のが種々提案されている（特開平４−７２４３８号公報
等参照）。

【０００３】ところで、三元触媒における酸素ストレー
ジ効果によって、触媒上流側の酸素濃度（空燃比）変動
に対して触媒下流側では応答遅れを生じることが知られ
ており、このことから、前記応答遅れが正常時に比して
小さくなっている場合には、前記酸素ストレージ効果の
減少、即ち、三元触媒の劣化を判定できることになる。

【０００４】そこで、三元触媒の下流側に設けられた酸
素センサの出力反転周期を、例えば上流側の酸素センサ
における反転周期を基準として判定することで、三元触
媒の劣化を診断するよう構成された装置が提案されてい
る（特開昭６１−２８６５５０号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、Ｖ型機関や水平
対向機関では、各バンク毎（気筒群毎）に独立して設け
られる排気マニホールドそれぞれに酸素センサを設け、
それぞれの酸素センサによる検出値を用いて各バンク別
に独立して空燃比フィードバック制御を行わせる場合が
あった。

【０００６】上記のようにして各バンク毎に空燃比フィ
ードバック制御を実行するシステムにおいても、各バン
クの排気が合流して導入される三元触媒の下流側に設け
た酸素センサによってトータルの排気空燃比を検知し、
該検知結果に基づいて各バンク毎の空燃比フィードバッ
ク制御に補正を加えるようにすれば、空燃比制御の精度
向上が期待できる。

【０００７】ここで、上記のようなＶ型機関や水平対向
機関における上下流の酸素センサを用いた空燃比フィー
ドバック制御系において、前記下流側の酸素センサの反
転周期に基づく触媒劣化診断を実行させようとしたとこ
ろ、以下のような問題が発生した。即ち、上記のように
して各バンク毎に独立した空燃比フィードバック制御を
実行させる場合には、バンク間で空燃比フィードバック
制御に位相差が生じる。そして、かかる位相差によって
各バンク毎の合流排気における酸素濃度の変動周期が、
上流側酸素センサによるフィートバック制御周期とは無
関係に変化し、これによって、図６に示すように、触媒
下流側の酸素センサの出力反転周期が変化し、下流側の
酸素センサの反転周期に基づく触媒劣化診断の精度が大
きく悪化することがあった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、バンク毎の空燃比フィードバック制御における位
相差が変化しても、排気浄化触媒の下流側に設けられた
酸素センサの出力に基づいて触媒の劣化診断を高精度に
行えるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の触媒劣化診断装置は、複数の気筒群毎に独立
した排気系を備えると共に、該気筒群毎の排気系を合流
させた合流部よりも下流側に排気浄化触媒を備える機関
に適用されるものであって、図１に示すように構成され
る。

【００１０】図１において、上流側酸素センサは、前記
複数の気筒群毎の独立した排気系それぞれ設けられ、排
気中の酸素濃度に感応して出力値が変化するセンサであ
る。また、下流側酸素センサは、前記排気浄化触媒の下
流側に設けられ、排気中の酸素濃度に感応して出力値が
変化するセンサである。そして、気筒群別フィードバッ
ク制御手段は、各気筒群別に、対応する前記上流側酸素
センサの出力値及び前記下流側酸素センサの出力値に基
づいて機関吸入混合気の空燃比をフィードバック制御す
る。

【００１１】一方、下流側反転周期計測手段は、前記空
燃比フィードバック制御中において前記下流側酸素セン
サの出力値の反転周期を計測する。そして、触媒劣化診
断手段は、下流側反転周期計測手段で計測された反転周
期と基準周期との比較に基づいて前記排気浄化触媒の劣
化を診断する。ここで、制御位相差検出手段は、前記上
流側酸素センサそれぞれの出力値に基づいて前記空燃比
フィードバック制御の気筒群間における位相差を検出
し、判定レベル変更手段は、制御位相差検出手段で検出
された位相差に基づいて前記基準周期を変更する。

【００１２】

【作用】かかる構成によると、各気筒群別に設けられた
上流側酸素センサ、及び、各気筒群に共通な下流側酸素
センサの出力に基づいて各気筒群別に空燃比フィードバ
ック制御が実行され、かかる空燃比フィードバック制御
状態における下流側酸素センサの出力値の反転周期に基
づき、排気浄化触媒の劣化が診断される。

【００１３】ここで、排気浄化触媒には、各気筒群別に
独立して空燃比フィードバック制御された結果としての
排気が合流して導入されるから、気筒群間に制御位相差
があると、その位相差によって合流後の排気における酸
素濃度変化は異なり、下流側酸素センサの出力値の反転
周期が変化する。そこで、上流側酸素センサの出力に基
づいて各気筒群間における制御位相差を検出し、該検出
結果に基づいて下流側酸素センサの反転周期と比較され
る基準周期を変更することで、前記制御位相差による反
転周期の変化に対応して劣化診断の精度が維持されるよ
うにした。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、Ｖ型内燃機関１の吸気通路２に
は、機関の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ
３、及び、図示しないアクセルペダルと連動して機関１
の吸入空気流量Ｑを制御するスロットル弁４が設けら
れ、下流の吸気マニホールドのブランチ部には各気筒毎
に電磁式の燃料噴射弁５が設けられる。

【００１５】前記燃料噴射弁５は、マイクロコンピュー
タを内蔵したコントロールユニット６からの噴射パルス
信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧
送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御
された燃料を機関に噴射供給する。また、機関１の冷却
ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ７
が設けられている。

【００１６】一方、機関１のＶ型をなす両バンクの一方
を右バンク（第１気筒群）とし、他方を左バンク（第２
気筒群）としたときに、それぞれのバンク（気筒群）毎
に排気マニホールド８，９が設けられ、各バンク別に独
立して排気が導出される。そして、各排気マニホールド
８，９の下流側は合流して１本の排気通路10となってお
り、排気マニホールド８，９によって各バンク別に導出
された排気は、前記排気通路10で合流して排出される。

【００１７】前記各排気マニホールド８，９それぞれに
は、その合流部に排気浄化用のプリ触媒11，12が装着さ
れると共に、前記排気通路10には三元触媒であるメイン
触媒13（排気浄化触媒）が装着されている。また、前記
排気マニホールド８，９のプリ触媒11，12よりも上流側
の合流部には、排気中の酸素濃度に感応して出力が変化
する酸素センサ（Ｏ₂/Ｓ）14，15が各バンク毎に装着さ
れ、各バンク毎に排気中の酸素濃度が検出されるように
なっている。更に、メイン触媒13の下流側にも酸素セン
サ16が装着され、この酸素センサ16では、各バンクの排
気が合流してメイン触媒13を通過した後の酸素濃度が検
出される。

【００１８】前記酸素センサ14，15，16は、例えば酸素
濃淡電池として作用するジルコニアタイプの公知の酸素
センサである。尚、メイン触媒13を基準とすると、この
メイン触媒13に対して前記酸素センサ14，15は上流側に
設けられ、また、酸素センサ16は下流側に設けられるの
で、以下では、酸素センサ14，15を上流側酸素センサ1
4，15と、また、酸素センサ16については下流側酸素セ
ンサ16と称するものとする。

【００１９】また、図示しないディストリビュータに
は、クランク角センサ17が内蔵されており、このクラン
ク角センサ17から単位クランク角度毎に出力される単位
角度信号を一定時間カウントして、又は、所定ピストン
位置毎に出力される基準角度信号の周期を計測して機関
回転速度Ｎｅが検出される。コントロールユニット６
は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて基
本燃料噴射量Ｔｐを演算すると共に、前記上流側酸素セ
ンサ14，15で検出される各バンク毎の空燃比を目標空燃
比（理論空燃比）に近づけるように、空燃比フィードバ
ック補正係数αＲ，αＬを各バンク別（各気筒群別）に
比例積分制御によってそれぞれ演算する。

【００２０】そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、各バ
ンク毎の前記空燃比フィードバック補正係数αＲ，α
Ｌ、及び、各バンクに共通の各種補正係数ＣＯＥＦや電
圧補正分Ｔｓなどによって補正することで、各気筒群別
の燃料噴射量ＴｉＲ（←Ｔｐ×αＲ×ＣＯＥＦ＋Ｔ
ｓ），ＴｉＬ（←Ｔｐ×αＬ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ）を演算
し、この各気筒群別の燃料噴射量ＴｉＲ，ＴｉＬに従っ
て燃料噴射弁５を各バンク別に駆動制御する。

【００２１】更に、下流側酸素センサ16によって、上流
側酸素センサ14，15を用いた各バンク別の空燃比フィー
ドバック制御における制御点のずれを検出し、かかる検
出結果に基づいて前記空燃比フィードバック補正係数α
Ｒ，αＬの比例制御に用いる比例操作量を補正するよう
になっている。尚、かかる下流側酸素センサ16を用いた
補正制御は、前記比例操作量の補正に限定されるもので
はなく、種々の公知の補正制御方法を適用できる。

【００２２】コントロールユニット６は、上記のように
して上流側酸素センサ14，15を用いて各バンク別に空燃
比フィードバック制御を行いつつ、各バンクに共通の下
流側酸素センサ16を用いて各バンク別の空燃比フィード
バック制御に補正を加えて、機関吸入混合気の空燃比を
制御する気筒群別フィードバック制御手段としての機能
を有するが、更に、後述するように、前記酸素センサ1
4，15，16の出力に基づいてメイン触媒13の劣化を診断
する機能を有している。

【００２３】ここで、前記触媒劣化の診断制御を、図３
及び図４のフローチャートに従って説明する。尚、本実
施例において、下流側反転周期計測手段，触媒劣化診断
手段，制御位相差検出手段及び判定レベル変更手段とし
ての機能は、前記図３及び図４のフローチャートに示す
ように、コントロールユニット６がソフトウェア的に備
えている。

【００２４】図３に示すフローチャートは診断条件を判
別するためのプログラムを示す。この図３のフローチャ
ートにおいて、まず、ステップ１（図中ではＳ１として
ある。以下同様）では、空燃比フィードバック制御中で
あるか否かを判別する。そして、空燃比フィードバック
制御中であると判別されると、次のステップ２へ進み、
メイン触媒13の温度が所定温度以上であるか否かを、図
示しない触媒温度センサの検出値に基づいて判別する。

【００２５】本実施例の劣化診断は、後述するように下
流側酸素センサ16の出力を用いて行われるため、メイン
触媒13が非活性温度状態である場合には、かかる非活性
状態が前記下流側酸素センサ16の出力に影響を与えて、
診断精度を悪化させることになるため、メイン触媒13の
温度が所定温度（活性温度）以上であることを条件とし
ている。

【００２６】触媒温度が所定温度以上であるときには、
更に、ステップ３へ進み、酸素センサ14，15，16の活性
状態を判別する。酸素センサ14，15，16の活性状態は、
センサ起電力の発生範囲に基づいて判別できる。酸素セ
ンサの活性状態が判別されると、次のステップ４では、
所定の診断運転領域であるか否かを、機関負荷を代表す
る基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎｅとに基づいて
判別する。

【００２７】そして、診断運転領域に該当する場合に
は、ステップ５へ進み、機関が定常運転状態であるか否
かを判別し、定常運転状態が判別されると、ステップ６
へ進み、診断フラグに１をセットし、診断条件の成立が
前記診断フラグによって判別できるようにする。即ち、
本実施例では、空燃比フィードバック制御中で、かつ、
メイン触媒12及び酸素センサ14，15，16の活性状態で、
然も、所定運転領域内で定常運転されてことを触媒劣化
の診断条件とする。

【００２８】一方、上記ステップ１〜ステップ５でそれ
ぞれに判別される診断条件のうち１つでも成立しないと
きには、ステップ７へ進み、前記診断フラグにφをセッ
トし、診断条件の非成立が前記診断フラグによって判別
できるようにすると共に、次のステップ８では、後述す
る診断に用いるパラメータである酸素センサの出力反転
のカウント値をクリアする。

【００２９】図４に示すフローチャートは、触媒劣化診
断を行うプログラムを示すものであり、まず、ステップ
11で前記診断フラグの判別を行うことで、診断条件が成
立しているか否かを判別する。診断フラグに１がセット
されていて、診断条件が成立していると判別されたとき
には、ステップ12へ進み、左右バンク間における空燃比
フィードバック制御の位相差が算出済みであるか否かを
判別する。

【００３０】そして、前記位相差を算出していないとき
には、ステップ13へ進み、前記位相差ＢＫＩＳＯの算出
を行う。具体的には、例えば、左右のバンク毎に設けら
れた酸素センサ14，15のピーク起電力発生時期をそれぞ
れに計測し、該計測されたピーク起電力発生時期の偏差
を位相差ＢＫＩＳＯとして求めるようにする。位相差Ｂ
ＫＩＳＯを算出すると、次にステップ14へ進み、予め前
記位相差ＢＫＩＳＯに応じて劣化診断の判定値（基準周
期）ＣＡＴＭＯを記憶したテーブルを参照し、前記算出
された位相差ＢＫＩＳＯに対応する判定値ＣＡＴＭＯを
設定する（図５参照）。

【００３１】次いで、ステップ15では、酸素センサ14，
15のいずれか一方の出力反転周期を計測させるべく、選
択した一方の上流側酸素センサの出力が目標空燃比相当
のスライスレベル（Ｓ／Ｌ）を横切ったか否かを判別さ
せる。そして、上流側酸素センサ14，15の出力がスライ
スレベルを横切ったことが判別される毎に、ステップ16
へ進み、上流側酸素センサ14，15の出力の反転回数をカ
ウントするカウント値を１アップさせる。

【００３２】同様に、ステップ17では、下流側酸素セン
サ16の出力が目標空燃比相当のスライスレベルを横切っ
たか否かを判別させ、スライスレベルを横切る毎にステ
ップ18へ進み、下流側酸素センサ16の出力の反転回数を
カウントするカウント値を１アップさせる。そして、ス
テップ19では、上流側酸素センサ14，15の出力の反転回
数が所定回数に達したか否かを判別し、所定回数に達し
ていない場合には診断が行えないのでそのまま本プログ
ラムを終了させる。

【００３３】一方、ステップ19で上流側酸素センサ14，
15の出力の反転回数が所定回数に達したと判別されたと
きには、ステップ20へ進み、上流側酸素センサ14，15の
出力の反転回数が所定回数に達するまでにカウントされ
た下流側酸素センサ16の出力の反転回数が前記判定値Ｃ
ＡＴＭＯ以上であるか否かを判別する。ここで、メイン
触媒13が劣化していない状態では、メイン触媒13の酸素
ストレージ効果によって上流側の酸素濃度変化に対して
下流側では応答遅れが生じるため、下流側酸素センサ16
の反転周波数は低くなる（反転周期が長くなる）が、劣
化によって前記酸素ストレージ効果が低下すると、下流
側酸素センサ16の反転周波数は初期に比べて高くなる
（反転周期が短くなる）。また、前記下流側酸素センサ
16の反転周波数は、上流側酸素センサ14，15の反転周波
数に相関するものであるから、上流側酸素センサ14，15
の反転回数を基準として下流側酸素センサ16の反転回数
を特定し、該特定された下流側酸素センサ16の反転回数
が判定値ＣＡＴＭＯ以上であるか否かによって、劣化に
よる酸素ストレージ効果の低下を捉えることができるよ
うにしてある。

【００３４】ところで、メイン触媒13には、左右バンク
の排気が合流して導入されるから、左右バンクの空燃比
フィードバック制御の位相差、換言すれば、左右バンク
間における酸素濃度変化の位相差がある場合には、その
位相差に影響されてメイン触媒13に導入される排気にお
ける酸素濃度変化の周波数が変化する。即ち、位相差が
ない場合には、上流側酸素センサ14，15の一方の反転周
期がそのままメイン触媒13導入排気における反転周期に
なるが、位相差が大きくなると各バンク間における酸素
濃度変化が相殺されることになってしまい、たとえメイ
ン触媒13の劣化によって酸素ストレージ効果が低下して
いても、見掛け上は、上流側酸素センサ14，15の反転周
期に対して下流側酸素センサ16の反転周期が充分に長い
状態となってしまう。

【００３５】このように、左右バンク間における制御位
相差によってメイン触媒13の導入排気における酸素濃度
の反転周期が変化し、これが下流側酸素センサ16の反転
周期に影響を与えることになるが、本実施例では前述の
ように位相差ＢＫＩＳＯに応じて判定値ＣＡＴＭＯを変
えることで、前記位相差ＢＫＩＳＯに影響されて下流側
酸素センサ16の反転周期が変化しても、該反転周期に基
づき触媒劣化診断の精度が悪化することを回避できるよ
うにしてある。

【００３６】尚、本実施例では、図５に示すように、位
相差ＢＫＩＳＯが大きくなるほど判定値ＣＡＴＭＯ（基
準反転数）を小さくし、位相差によって下流側酸素セン
サ16の反転周期が長くなることに対応できるようにして
ある。更に、前記位相差ＢＫＩＳＯが180 °付近になる
と、反転周期に基づく高精度な診断が望めなくなるの
で、位相差ＢＫＩＳＯがある程度以上に大きくなってい
る場合には、診断を禁止することが好ましい。

【００３７】前記ステップ20で、下流側酸素センサ16の
反転回数が前記判定値ＣＡＴＭＯ以上であると判別され
たときには、メイン触媒13の劣化による酸素ストレージ
効果の低下が推定されるから、ステップ21へ進み、触媒
劣化判定状態を示すＮＧフラグに１をセットする。一
方、ステップ20で、下流側酸素センサ16の反転回数が前
記判定値ＣＡＴＭＯ未満であると判別されたときには、
酸素ストレージ効果の低下、即ち、触媒の劣化は認めら
れず、ステップ22へ進み、前記ＮＧフラグにφをセット
し、触媒の非劣化状態が判定されるようにする。

【００３８】上記のようにして診断が終了すると、ステ
ップ23へ進み、前記反転回数のカウント値をクリアし
て、次回の診断に備える。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、空
燃比フィードバック制御を複数の気筒群別に行う構成に
おいて、前記複数の気筒群からの排気が合流して導入さ
れる排気浄化触媒の下流側に設けた酸素センサの反転周
期に基づいて触媒劣化を診断させるに当たって、前記複
数の気筒群間で空燃比フィードバック制御に位相差が生
じても、該位相差に応じて前記反転周期に基づく劣化診
断の判定レベルを可変設定するよう構成したことによ
り、位相差の発生に影響されずに診断精度を確保するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】触媒劣化診断の診断条件判定を示すフローチャ
ート。

【図４】触媒劣化診断制御を示すフローチャート。

【図５】バンク間の制御位相差と判定値との相関を示す
線図。

【図６】バンク間の制御位相差と下流側酸素センサの出
力との相関を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１ 機関 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 ６ コントロールユニット ８，９ 排気マニホールド 10 排気通路 13 メイン触媒 14，15，16 酸素センサ 17 クランク角センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の気筒群毎に独立した排気系を備える
   と共に、該気筒群毎の排気系を合流させた合流部よりも
   下流側に排気浄化触媒を備える一方、 前記複数の気筒群毎の独立した排気系それぞれ設けら
   れ、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する上流
   側酸素センサと、 前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素濃
   度に感応して出力値が変化する下流側酸素センサと、 各気筒群別に、対応する前記上流側酸素センサの出力値
   及び前記下流側酸素センサの出力値に基づいて機関吸入
   混合気の空燃比をフィードバック制御する気筒群別フィ
   ードバック制御手段と、 を備えてなる内燃機関において、 前記空燃比フィードバック制御中において前記下流側酸
   素センサの出力値の反転周期を計測する下流側反転周期
   計測手段と、 該下流側反転周期計測手段で計測された反転周期と基準
   周期との比較に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を診断
   する触媒劣化診断手段と、 前記上流側酸素センサそれぞれの出力値に基づいて前記
   空燃比フィードバック制御の気筒群間における位相差を
   検出する制御位相差検出手段と、 該制御位相差検出手段で検出された位相差に基づいて前
   記基準周期を変更する判定レベル変更手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の触媒劣
   化診断装置。