JPH0291440A

JPH0291440A - 内燃機関の触媒劣化判別装置

Info

Publication number: JPH0291440A
Application number: JP63242481A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Sonoda; 幸弘園田; Hironori Bessho; 別所　博則; Michio Furuhashi; 古橋　道雄; Naohide Izumitani; 泉谷　尚秀; Hiroyuki Sawamoto; 広幸澤本; Koichi Hoshi; 幸一星; Koichi Osawa; 大沢　幸一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1990-03-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は触媒コンバータの上流側、下流側に空燃比セン
サ（本明細書では、酸素濃度センサ（０２センサ））を
設けたダブル空燃比センサシステムにおける触媒劣化判
別装置に関する。

〔従来の技術〕

単なる空燃比フィードバック制御（シングル０２センサ
システム）では、酸素濃度を検出する０□センサをでき
るだけ燃焼室に近い排気系の箇所、すなわち触媒コンバ
ータより上流である排気マニホールドの集合部分に設け
ているが、０□センサの出力特性のばらつきのために空
燃比の制御精度の改善に支障が生じている。かかる０２
センサの出力特性のばらつきおよび燃料噴射弁等の部品
のばらつき、経時あるいは経年的変化を補償するために
、触媒コンバータの下流に第２の０□センサを設け、上
流側０２センサによる空燃比フィードバック制御に加え
て下流側０□センサによる空燃比フィードバック制御を
行うダブル０２センサシステムが既に提案されている（
参照：特開昭５８−７２６４７号公報）。このダブル０
□センサシステムでは、触媒コンバータの下流側に設け
られた０２センサは、上流側０２センサに比較して、低
い応答速度を有するものの、次の理由により出力特性の
ばらつきが小さいという利点を有している。

（１）触媒コンバータの下流では、排気温が低いので熱
的影響が少ない。

（２）触媒コンバータの下流では、種々の毒が触媒にト
ラップされているので下流側０２センサの被毒量は少な
い。

（３）触媒コンバータの下流では排気ガスは十分に混合
されており、しかも、排気ガス中の酸素濃度は平衡状態
に近い値になっている。

従って、上述のごとく、２つの０２センサの出力にもと
づく空燃比フィードバック制御（ダブル０□センサシス
テム）により、上流側０２センサの出力特性のばらつき
を下流側０２センサにより吸収できる。実際に、第２図
に示すように、シングル０２センサシステムでは、０２
センサの出力特性が悪化した場合には、排気エミッショ
ン特性に直接影響するのに対し、ダブル０２センサシス
テムでは、上流側ｏ２センサの出力特性が悪化しても、
排気エミッション特性は悪化しない。つまり、ダブル０
２センサシステムにおいては、下流側０２センサが安定
な出力特性を維持している限り、良好な排気エミッショ
ンが保証される。

触媒コンバータの触媒は車両を通常考えられる使用条件
の範囲内で使用されている限り、その機能が著しく低下
しないように設計されている。しかし、ユーザが燃料を
誤って有鉛ガソリンを入れてしまうとか、使用中に何ら
かの原因でハイテンションコードが抜は失火してしまう
場合には、触媒の機能は著しく低下することがある。前
者の場合には、ユーザは全（気付かず、また、後者の場
合にはハイテンションコードを挿入し直せばよいので触
媒を交換することはまずない。この結果、触媒コンバー
タが充分に排気ガスを浄化しないまま、走行されること
がある。

しかしながら、上述のダブル０２センサシステムにおい
ては、上述のごとく、触媒の機能が劣化すると、ＨＣ，
ＣＤ・Ｈ２等の未燃ガスの影響を受け、下流側０２セン
サの出力特性は劣化する。すなわち、下流側０２センサ
の出力の反転回数が大きくなり、この結果、下流側０２
センサによる空燃比フィードバック制御に乱れを生じさ
せ、良好な空燃比が得られなくなり、この結果、燃費の
悪化、ドライバビリティの悪化、ＨＣ，Ｃ［ｌ・Ｎ０Ｍ
エミッションの悪化等を招くという問題点がある。

このため、本願出願人は、既に単位時間当りの下流側０
２センサの出力の一定レベルに対する反転回数により触
媒の劣化を検出することを提案しでいる（参考：特願昭
６１−２４１４８９号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図に上流側０２センサの出力Ｖ、および下流側０２
センサの出力ｖ２の例を示す。すなわち、三元触媒が新
品もしくは劣化度が小さい場合には、第３図（Ｂ）に示
すごとく、三元触媒の０２ストレージ効果が大きく、触
媒に入るガスの空燃比のリッチ、リーンの幅が大きくて
も、排出されるガスの空燃比は時間的に平均化される。

この傾向は三元触媒の浄化性能が高ければ高いほど大き
い。

また、三元触媒の劣化度が大きくなると、すなわち、三
元触媒の０２ストレージ効果が小さくなると、第３図（
Ｄ）に示す下流側０□センサの出力Ｖ２の振幅、周期は
第３図（Ａ＞に示す上流側０２センサの出力ＶＩの振幅
、周期に近づく。従って、先に提案した単位時間当りの
下流側０２センサの出力Ｖ２の一定レベルに対する反転
回数により三元触媒の大きな劣化度の判別は可能である
。

しかしながら、三元触媒の劣化度が中程度の場合には、
第３図（Ｃ）に示すように、下流側０２センサの出力Ｖ
２の振幅中心値がずれるために一定レベルに対する反転
回数では判別できない。すなわち、第３図（Ｅ）に示す
ごとく、吸入空気量Ｑが大になると、三元触媒の中での
ガス流速が早くなるために三元触媒での化学反応時間が
短くなり、この結果、０□ストレージ効果が十分に作用
しなくなり、従って、下流側０２センサの出力Ｖ２のレ
ベルおよび周波数が高くなるからである。また、上流側
０２センサによる空燃比フィードバック制御における種
々の補正係数は機関の回転速度および／または負荷によ
って変化させているため、吸入吸気量Ｑにも応じて下流
側０２センサの出力レベルが変化するからである。

従って、本発明の目的は、三元触媒の中程度の劣化度を
も確実に判別できる触媒劣化判別システムを提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するための手段は第１図に示される。

第１図において、内燃機関の排気系に設けられた排気ガ
ス浄化のための触媒コンバータの上流側、下流側には、
それぞれ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する上流側
、下流側空燃比センサが設けられている。第１の比較手
段は上流側空燃比センサの出力Ｖｌを第１の比較電圧Ｖ
ＲＩと比較する。

また、負荷検出手段は機関の負荷たとえば吸入空気量Ｑ
を検出し、比較電圧演算手段はこの検出された負荷Ｑに
応じて第２の比較電圧ＶＲ２を演算する。たとえば、検
出された負荷Ｑが大きいときに第２の比較電圧ＶＲ２を
リッチ判定側に、他方、検出された負荷Ｑが小さいとき
に第２の比較電圧Ｖ１１２をリーン判定側に演算する。

この結果、第２の比較手段は下流側空燃比センサの出力
Ｖ２を第２の比較電圧ＶＲ２と比較する。空燃比調整手
段は第１、第２の比較手段の比較結果に応じて機関の空
燃比を調整する。他方、反転回数演算手段は所定時間当
りの下流側空燃比センサの出力Ｖ２の反転回数Ｃ８を演
算し、触媒劣化判別手段は反転回数Ｃ８が所定値Ｃ３Ｏ
以上のときに触媒コンバータの触媒の劣化とみなすもの
である。

〔作　用〕

上述の手段によれば、下流側空燃比センサの出力振幅中
心値に合致したレベルに対する反転回数により触媒劣化
を判別する。

〔実施例〕

第４図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第４図において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられて
いる。エアフローメータ３は吸入空気量を直接計測する
ものであって、ポテンショメータを内蔵して吸入空気量
に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出
力信号は制御回路ｌＯのマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換
器１０１に供給されている。ディストリビユータ４には
、その軸がたとえばクランク角に換算して７２０°毎に
基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ
５およびクランク角に換算して３０°毎に基準位置検出
用パルス信号を発生するクランク角センサ６が設けられ
ている。これらクランク角センサ５・６のパルス信号は
制御回路１０の入出力インターフェイス１０２に供給さ
れ、このうち、クランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０
３の割込み端子に供給される。

さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁７が設け
られている。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケ
ット８には、冷却水の温度を検出するための水温センサ
９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度ＴＨ
Ｗに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。

排気マニホールド１１より下流に排気系には、排気ガス
中の３つの有害成分ＨＣ、ＣＤ　、ＮＯｘを同時に浄化
する三元触媒を収容する触媒コンバータ１２が設けられ
ている。

排気マニホールド１１には、すなわち触媒コンバータ１
２の上流側には第１のｏ２センサ１３が設けられ、触媒
コンバータ１２の下流側の排気管１４には第２の０２セ
ンサ１５が設けられている。

０２センサ１３，１５は排気ガス中の酸素成分濃度に応
じた電気信号を発生する。すなわち、０□センサ１３，
１５は空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側
かに応じて、異なる出力電圧を制御回路１０でＡ／Ｄ変
換器１０１に発生する。

また、吸気通路２のスロットル弁１６には、スロットル
弁１６が全閉か否かを検出するだめのアイドルスイッチ
１７が設けられており、この出力信号は制御回路１０の
入出力インターフェイス１０２に供給される。

１８はアラームであって、触媒コンバータ１２の三元触
媒の劣化を示す。

制御回路１０は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インターフェイ
ス１０２　、ＣＰＵ１０３、の外に、ＲＯＭ１０４゜Ｒ
ＡＭ１０５、バックアップＲＯＭ１０６、クロック発生
回路１０７等が設けられている。

また、制御回路１０において、ダウンカウンタ１０８、
フリップフロップ１０９、および駆動回路１１０は燃料
噴射弁７を制御するためのものである。

すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料噴射量ＴＡＵ
が演算されると、燃料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ１
０８　にプリセットされると共にフリップフロップ１０
９　もセットされる。この結果、駆動回路１１０が燃料
噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ１０
８がクロック信号（図示せず）を計数して最後にそのキ
ャリアウド端子が“１”レベルとなったときに、フリッ
プフロップ１０９がリセットされて駆動回路１１０は燃
料噴射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射
量ＴＡＵだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴
射量ＴＡＵに応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送
り込まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器１０
１のＡ／Ｄ変換終了時、入出力インターフェイス１０２
がクランク角センサ６ｐパルス信号を受信した時、クロ
ック発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等で
ある。

エアフローメータ３の吸入空気量データＱおよび冷却水
温データＴＨＷは所定時間毎に実行されるＡ／Ｄ変換ル
ーチンによって取込まれてＲＡＭ１０５の所定領域に格
納される。つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱおよ
びＴＨＷは所定時間毎に更新されている。また、回転速
度データＮｅはクランク角センサ６の３０°ＣＡ毎に割
込みによって演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に格納
される。

第５図は上流側０２センサ１３の出力にもとづいて空燃
比補正計数ＦＡＦを演算する第１の空燃比フィードバッ
ク制御ルーチンであって、所定時間たとえば４ｒｎｓ毎
に実行される。

ステップ５０１では、上流側０２センサ１３による空燃
比の閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか
否かを判別する。たとえば、冷却水温が所定値以下の時
、機関始動中、始動後項量中、暖気増量中、パワー増量
中、触媒過熱防止のため○ＴＰ増量中、上流側０２セン
サ１３の出力信号が一度も反転していない時、燃料カッ
ト中等はいずれも閉ループ条件が不成立であり、その他
の場合が閉ループ条件成立である。閉ループ条件が不成
立のときには、ステップ５２７に進んでＦＡＦを閉ルー
プ制御終了直前値とする。なお、一定値たとえば１．０
としてもよい。他方、閉ループ条件成立の場合はステッ
プ５０２に進む。

ステップ５０２では、上流側０２センサ１３の出力Ｖ、
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ５０３にてＶ、が比
較電圧Ｖ　Ｒｌたとえば０．４５Ｖ以下か否かを判別す
る、つまり、空燃比がリッチかリーンかを判別する、つ
まり、空燃比がリーン（Ｖ＋　≦Ｖ＋ｕ）であれば、ス
テ）ブ５０４にてデイレイカウンタＣＤＬＹが負か否か
を判別し−ＣＤＬＹ＞Ｑであればステップ５０５にてＣ
ＤＬＹを０とし、ステップ５０６に進む。ステップ５０
６では、デイレイカウンタＣＤＬＹを１減算し、ステッ
プ５０７　、５０８にてデイレイカウンタＣＤＬＹを最
小値ＴＤＬでガードする。この場合、デイレイカウンタ
ＣＤＬＹが最小値ＴＤＬに到達したときにはステップ５
０９にて第１の空燃比フラグＦ１を“０”　（リーン）
とする。なお、最小値ＴＤＬは上流側０２センサ１３の
出力においてリッチからリーンへの変化があってもリッ
チ状態であるとの判断を保持するためのリーン遅延状態
であって、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ＋　
＞Ｖａｔ）であれば、ステップ５１０にてデイレイカウ
ンタＣ口ＬＹが正か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜Ｑであれ
ばステップ５１１にてＣＤＬＹを０とし、ステップ５１
２に進む。ステップ５１２ではデイレイカウンタＣＤＬ
Ｙを１加算し、ステップ５１３，５１４にてデイレイカ
ウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードする。

この場合、デイレイカウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに
到達したときにはステップ５１５にて第１の空燃比フラ
グＦ１を“１″　（リッチ）とする。なお、最大値ＴＤ
Ｒは上流側０２センサ１３の出力においてリーンからリ
ッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を保
持するためのリッチ遅延時間であって、正の値で定義さ
れる。

ステップ５１６では、第１の空燃比フラグＦ１の符号が
反転したか否かを判別する、すなわち遅延処理後の空燃
比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれ
ば、ステップ５１７にて、第１の空燃比フラグＦ１の値
により、リッチからり−ンへの反転か、リーンからリッ
チへの反転かを判別する。リッチからリーンへの反転で
あれば、ステップ５１８にてＰＡＰ　−ＦＡＦ＋Ｒ３Ｒ
とスキップ的に増大させ、逆に、リーンからリッチへの
反転であれば、ステップ５１９にてＦＡＦ　−ＦＡＦ−
Ｒ３Ｌとスキップ的に減少させる。つまり、スキップ処
理を行う。

ステップ５１６にて第１の空燃比フラグＦ１の符号が反
転していなければ、ステップ５２０．５２１．５２２に
て積分処理を行う。つまり、ステップ５２０にて、Ｆ１
＝”０”か否かを判別し、Ｆｌ＝“０”　（リーン）で
あればステップ５２１にてＦＡＦ　−ＦＡＦ＋ＫＩＲと
し、他方、Ｆ１＝＠ｌ”　（リッチ）であればステップ
５２２　にてＦＡＦ　−ＦＡＰ−にＩＬ　とする。ここ
で、積分定数ＫＩＲ、ＫＩＬはスキップ量Ｒ３Ｒ、Ｒ３
Ｌに比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（
Ｋｌい　＜　Ｒ２Ｈ（Ｒ５Ｌ）である。従って、ステッ
プ５２１はリーン状態（Ｆ１＝“０”）で燃料噴射量を
徐々に増大させ、ステップ５２２はリッチ状態（Ｆｌ＝
“１″）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ５１８．５１９．５２１．５２２にて演算され
た空燃比補正係数ＦＡＦはステップ５２３　、５２４に
最小値たとえば０．８にてガードされ、また、ステップ
５２５　、５２６にて最大値たとえば１゜２にてガード
されるにれにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡ
Ｆが大きくなり過ぎ、もしくは小さくなり過ぎた場合に
、その値で機関の空燃比を制御してオーバリッチ、オー
バリーンになるのを防ぐ。

上述のごとく演算されたＦＡＦをＲＡＭ１０５に格納し
て、ステップ５２７にてこのルーチンは終了する。

なお、第５図においては、遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ。

スキップ量Ｒ５Ｒ，Ｒ３Ｌ、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬを
一定値としているが、吸入空気ＩＱの領域毎に可変とす
ることもでき、さらに、後述のごとく、上流側０２セン
サのずれ等の微調整のためにこれら１つたとえばスキッ
プ量Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌを下流側０□センサ１５の出力Ｖ２
に応じて可変とすることもできる。

第６図は第５図のフローチャートによる動作を補足説明
するタイミング図である。上流側０□センサ１３の出力
により第６図（Ａ）に示すごとくリッチ、リーン判別の
空燃比信号Ａ／Ｆが得られると、デイレイカウンタＣＤ
ＬＹは、第６図（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態でカウ
ントアツプされ、リーン状態でカウントダウンされる。

この結果、第６図（Ｃ）に示すごとく、遅延処理された
空燃比信号Ａ／Ｆ’　　（フラグＦ１に相当）が形成さ
れる。たとえば、時刻１．にて空燃比信号Ａ／Ｆ’がリ
ーンからリッチに変化しても、遅延処理された空燃比信
号Ａ／Ｆ’はリッチ遅延時間ＴＤＲだけリーンに保持さ
れた後に時刻ｔ２にてリッチに変化する。時刻ｔ、にて
空燃比信号Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化しても、遅
延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ’はリーン遅延時間（−
ＴＤＬ）相当だけリッチに保持された後に時刻ｔ、にて
ＩＪ　＋ンに変化する。しかし空燃比信号Ａ／Ｆ’が時
刻ｔ５　ｉ　ｔ６　、ｔ、のごとくリッチ遅延時間ＴＤ
Ｒの短い期間で反転すると、デイレイカウンタＣＤＬＹ
が最大値ＴＤＲに到達するのに時間を要し、この結果、
時刻ｔ８にて遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′が反転さ
れる。つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ’は遅延
処理前の空燃比信号Ａ／Ｆに比べて安定となる。このよ
うに遅延処理後の安定した空燃比信号Ａ／Ｆ’にもとづ
いて第６図（Ｄ）に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られ
る。

次に、下流側０□センサ１５による第２の空燃比フィー
ドバック制御について説明する。第２の空燃比フィード
バック制御としては、第１の空燃比フィードバック制御
定数としてのスキップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ５Ｌ　、積分定数Ｋ
ＩＲ，ＫＩＬ　、遅延時間ＴＤＲ。

ＴＯし、もしくは上流側０２センサ１３の出力ｖ１の比
較電圧Ｖ　Ｒｌを可変にするシステムと、第２の空燃比
補正係数ＦＡＦ２を導入するシステムとがある。

たとえば、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを大きくすると、制
御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスキップ
量Ｒ３Ｌを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行で
き、他方、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを大きくすると、制
御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチスキップ
量Ｒ３Ｒを小さくしても制御空燃比をリーン側に移行で
きる。

従って、下流側０２センサ１５の出力に応じてリッチス
キップ量Ｒ３Ｒおよびリーンスキップ量Ｒ３Ｌを補正す
ることにより空燃比が制御できる。

また、リッチ積分定数ＫＩＲを大きくすると、制御空燃
比をリッチ側に移行でき、また、リーン積分定数ＫＩＬ
を小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行でき、他方
、リーン積分定数ＫＩＬを大きくすると、制御空燃比を
リーン側に移行でき、また、リッチ積分定数ＫＩＲを小
さくしても制御空燃比をリーン側に移行できる。従って
、下流側０□センサ１５の出力に応じてリッチ積分定数
ＫＩＲおよびリーン積分定数ＫＩＬを補正することによ
り空燃比が制御できる。リッチ遅延時間ＴＤＲを大きく
もしくはリーン遅延時間（−ＴＤＬ）を小さく設定すれ
ば、制御空燃比はリッチ側に移行でき、逆に、リーン遅
延時間（−ＴＤＬ）を大きくもしくはリッチ遅延時間（
ＴＤＲ）を小さ（設定すれば、制御空燃比はリーン側に
移行できる。つまり、下流側０□センサ１５の出力に応
じて遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを補正することにより空燃
比が制御できる。さらにまた、比較電圧Ｖｌｌを大きく
すると制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、比較電
圧Ｖｌｌを小さくすると制御空燃比をリーン側に移行で
きる。従って、下流側０２センサ１５の出力に応じて比
較電圧Ｖ８１を補正することにより空燃比が制御できる
。

これらスキップ量、積分定数、遅延時間、比較電圧を下
流側０２センサによって可変とすることはそれぞれに長
所がある。たとえば、遅延時間は非常に微妙な空燃比の
調整が可能であり、また、スキップ量は、遅延時間のよ
うに空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレ
スポンスの良い制御が可能である。従って、これら可変
量は当然２つ以上組み合わされて用いられ得る。

次に、空燃比フィードバック制御定数としてのスキップ
量を可変にしたダブル０２センサシステムについて説明
する。

第７図は下流側０□センサ１５の出力にもとづいてスキ
ップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌを演算する第２の空燃比フィード
バック制御ルーチンであって、所定時間たとえばＩＳ毎
に実行される。ステップ７０１では、下流側０２センサ
１５による閉ループ条件か否かを判別する。たとえば、
上流側０２センサ１３による閉ループ条件の不成立に加
えて、下流側０□センサ１５の出力信号が一度も反転し
ていない時、吸入空気量Ｑが所定範囲（Ｑｌ　≦Ｑ≦Ｑ
２）外、スロットル弁全開等が閉ループ条件が不成立で
あり、その他の場合が閉ループ条件成立である。閉ルー
プ条件でなければステップ７１６に進み、リッチスキッ
プ量Ｒ３Ｒを演算する。たとえば、ＲＡＭ１０５より吸
入空気量データＱを読出してＲＯＭ１０４に格納された
１次元マツプを用いてリッチスキップｆｆ１Ｒ３Ｒを補
間計算する。

あるいは、Ｒ３Ｒ＝５％としてもよく、また、閉ループ終了直前値に保持するこ
とも、学習値（バックアップＲＡＭ１０６の値）とする
こともできる。

下流側０２センサ１５による閉ループ条件成立であれば
、ステップ７０２に進み、ＲＡＭ１０５より吸入空気量
データＱを読出し、その変化ΔＱを、ΔＱ−Ｑ−ＱＯただし、Ｑｏは前回のＱの値、により演算し、ステップ
７０３では次の実行に備えて、Ｑ０←Ｑとする。次いで
、ステップ７０４にて吸入空気量変化ΔＱｌが所定値Δ
Ｑ０以下か否かを判別する。

ΔＱ１≦ΔＱｏであればステップ７０５．７０６に進み
、１ΔＱｌ＞ΔＱ０であればステップ７０７に進む。つ
まり、吸入空気量Ｑの変化１ΔＱ１が小さい安定状態す
なわち定常状態がＣＮＴｏ　Ｘ　１　ｓ持続したときの
み、ステップ７０８に進み、その他の場合にはやはりス
テップ７１６に進む。

つまり、下流側０２センサ１５の出力は、排気ガスの輸
送遅れ、三元触媒の０２ストレージ効果等による反応遅
れを考慮して定常状態判別のためのステップ７０２〜７
０７が設けられている。なお、三元触媒の０２ストレー
ジ効果について説明すると、三元触媒はＮＯＸ、　ＣＯ
，ＨＣを同時に浄化するものであり、その浄化率ηを第
８図に示すように、理論空燃比（λ＝１）よりリッチ側
ではＮＯ，の浄化率が大きく、リーン側ではＣＤ・ＨＣ
の浄化率が大きい。このとき、三元触媒は、空燃比がリ
ーンのときには０□を取込み、空燃比がリッチになった
ときにＣＤ、ＨＣを取込んでリーンのときに取込まれた
０□と反応せしめるという０２ストレージ効果を奏する
。

上述のごとく吸入空気量Ｑの変化ΔＱが安定したときに
は、ステップ７０８に進み、比較電圧ＶＲ２を演算する
。つまり、ＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱを読出
してＲＯＭ１０４に格納された１次元マツプを用いて比
較電圧Ｖ１２を補間計算する。ここでは、吸入空気量Ｑ
が大であれば比較電圧ＶＲ２を大きくし、逆に、吸入空
気量Ｑが小であれば比較電圧Ｖａ□を小さくする。従っ
て、０２センサの出力特性は第９図のごとく示されるの
で、吸入空気量Ｑが大であれば、比較電圧ＶＲ２はリッ
チ側に演算され、逆に、吸入空気量Ｑが小であれば比較
電圧ＶＲ２はリーン側に演算されることになる。なお、
Ｑ＜Ｑ、では下流側０□センサ１５の素子温が低下する
ため、また、Ｑ＜Ｑ２ではＯＴＰ増量域のために、ステ
ップ６０１において空燃比フィードバック制御条件とし
てＱ１≦Ｑ≦Ｑ２　としである。

また、Ｑ　”　Ｑ　＋ではＶ１１２は０．２〜０．４Ｖ
、また、Ｑ　”　Ｑ　２ではＶＩＬ２は０．６〜０．８
Ｖとされる。

なお、負荷としては吸入空気量Ｑの外にスロットル弁開
度、吸気管圧力が使用でき、また、これら負荷と機関回
転速度のマツプあるいは演算から比較電圧ＶＲ２を求め
るようにしても良い。

ステップ７０９では、下流側０２センサ１５の出力Ｖ２
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ７１０にてＶ２が比
較電圧Ｖｌｋ２以下か否かを判別する、つまり、空燃比
がリッチかリーンかを判別する。

ステップ７１０にてＶ２≦Ｖ１２　（リーン）であれば
ステップ７１１．７１２に進み、他方、Ｖａ＞Ｖｉ＋□
（リッチ）であればステップ７１３．７１４に進む。

ステップ７１１では、第２の空燃比フラグＦ２を“０”
とし、ステップ７１２にてＲ２Ｈ−Ｒ３Ｒ＋ΔＲ３（一
定値）とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを増大さ
せて空燃比をリッチ側に移行させる。

他方、Ｖ２　＞Ｖｌ１２　（リッチ）のときには、ステ
ップ７１３にて第２の空燃比フラグＦ２を“０”とし、
ステップ７１４にてＲ２Ｈ−Ｒ２Ｈ−ΔＲ３とし、つま
り、リッチスキップ量Ｒ８Ｒを減少させて空燃比をリー
ン側に移行させる。

ステップ７１５は、上述のごとく演算されたリッチスキ
ップ量Ｒ３Ｒのガード処理を行うものであり、たとえば
最小値ＭＩＮ＝２．５％、最大値ＭＡＸ＝７．５％にて
ガードする。なお、最小値ＭＩＮは過渡追従性がそこな
われないレベルの値であり、また、最大値ＭＡＸは空燃
比変動によりドライバビリティの悪化が発生しないレベ
ルである。

ステップ７１７では、リーンスキップｆｉＲ３Ｌを、Ｒ
３Ｌ　−１０％−Ｒ２Ｈにて演算する。つまり、Ｒ３Ｒ＋Ｒ３Ｌ　＝　１０％で
ある。

上述のごとく演算されたＲ２ＨはＲＡＭ１０５は格納さ
れた後に、ステップ７１８にてこのルーチンは終了する
。

第１０図は触媒劣化判別ルーチンであって、所定時間た
とえば４ｍｓ毎に行われる。ステップ１００１では、第
７図のステップ７０１と同様に、下流側０２センサ１５
の閉ループ条件成立か否かを判別し、下流側０□センサ
１５の閉ループ条件成立の場合のみステップ１００２に
進む。ステップ１００２では、ＲＡＭ１０５より回転速
度データＮｅを読出してＮ、≦Ｎｅ≦Ｎまたとえば１１
０００ｒｌ１≦Ｎｅ≦３００Ｏｒｐｍ　（Ｄ範囲か否か
を判別し、ステップ１００３にて、ＲＡＭ１０５より吸
入空気量データＱを読出してＱｌ　≦Ｑ≦Ｑまたとえば
０．５１１　／ｒｅｖ≦Ｑ／Ｎｅ≦１．　ＯＲ／ｒｅｖ
の範囲か否かを判別する。つまり、アイドル状態、加減
速状態、燃料増量域等を除いた定常状態のみステップ１
００４に進むようにしである。その他の場合にはステッ
プ１０１４に直接進む。

ステップ１００４では、カウンタＣＴを＋１歩進させ、
ステップ１００５にてＣＴ≦ＣＴｏか否かにより所定時
間ＣＴｏ　Ｘ　４　ｍｓ経過したか否かを判別する。

１１０００ｒｐ≦Ｎｅ≦３００Ｏｒｐｍ且つ０．５１　
／ｒｅｖ≦Ｑ／Ｎｅ≦Ｌ　Ｏ１／ｒｅｖの状態の持続が
所定時間経過前（ＣＴ≦ＣＴｏ）であれば、ステップ１
００６　。

１００７に進んで下流側ｏ２センサ１５の出力Ｖ２の反
転回数を回数カウンタＣ８により計数する。すなわち、
ステップ１００６にて第２の空燃比フラグＦ２が反転し
たか否かを判別し、ステップ１００７にて第２の空燃比
フラグＦ２の反転毎に回数カウンタＣＳを＋１歩進させ
る。

次に、１１０００ｒｐ≦Ｎｅ≦３００Ｏｒｐｍ且つ０．
５１！／ｒｅｖ≦Ｑ／Ｎｅ≦１．０１　／ｒｅｖの状態
が所定時間経過すると（ＣＴ　＞　ＣＴ　ｏ）、ステッ
プ１００５のフローはステップ１００８に進む。この結
果、ステップ１００８にて下流側０□センサ１５の反転
回数Ｃ８が所定値Ｃ３ｏ以上か否かを判別する。Ｃ３＜
Ｃ３゜であれば、触媒劣化なしと判別して、ステップ１
００９にてアラーム停止（もしくは解除）し、また、ス
テップ１０１０にてアラームフラグＦＡＬ１４を“０”
とする。他方、Ｃ８≧Ｃ３ｏであれば触媒劣化と判別し
て、ステップ１０１１にてアラーム１８を付勢すると共
に、ステップ１０１２にてアラームフラグＦＡＬＭを“
１”とする。そして、ステップ１０１３にてカウンタＣ
Ｔ、Ｃ３を共にクリアしてステップ１０１４に進むＱな
お、アラームフラグＦ　ＡＬＸはバックアップＲＡＭ１
０６に格納され、従って、特別の読取装置によりアラー
ムフラグＦＡＬＭを読出すことにより触媒劣化を知り、
これにより、触媒交換を行うことができる。

なお、ステップ１００８の所定値Ｃ８ｏは運転状態パラ
メータたとえば負荷に応じて可変とすることもできる。

第１１図もまた触媒劣化判別ルーチンであって、第１０
図の場合と異なり、上流側０２センサ１３の出力Ｖｌの
反転回数と下流側０２センサ１５の出力Ｖ２の反転回数
との比により触媒劣化の判別を行う。ステップ１１０１
〜１１０３は第１０図のステップ１００１〜１００３と
同一である。ステップ１１０４．１００５では、下流側
０２センサ１５の出力Ｖ２の反転回数すなわち第２の空
燃比フラグＦ２の反転回数をカウンタＣ８により計数し
、ステップ１００６　、１１０７では、上流側０□セン
サ１３の出力Ｖ１の反転回数すなわち第１の空燃比フラ
グＦ１の反転回数をカウンタＣＭにより計数する。この
結果、ＣＭ≧２００となったときには、ステップ１１０
８でのフローはステップ１１０９に進む。

ステップ１１０９にてＣ８≧ＣＭ／２か否かを判別する
。

Ｃ３＜ＣＭ／２であれば、触媒劣化なしと判別して、ス
テップ１１１０にてアラーム停止（もしくは解除）し、
また、ステップ１１１１にてアラームフラグＦＡＬＭを
“０”とする。他方、Ｃ８≧ＣＭ／２であれば触媒劣化
と判別して、ステップ１１１２にてアラーム１８を付勢
すると共に、ステップ１１１３にてアラームフラグＦＡ
ＬＭを“１”とする。そして、ステップ１１１４、１１
１５に進む。なお、この場合も、アラームフラグＦＡＬ
ＭはバックアップＲＡＭ１０６に格納され、従って、特
別の読取装置によりアラームフラグＦＡＬ１４を読出す
ことにより触媒劣化を知り、これにより、触媒交換を行
うことができる。

つまり、通常、上流側０２センサ１３の出力Ｖ１は第３
図（Ａ）に示すごとく高い周波数を有するものの、下流
側０２センサ１５の出力Ｖ２は第３図（Ｂ）に示すごと
（低い周波数を有するが、触媒コンバータ１２の触媒が
劣化すると、０２ストレージ効果が減少し、下流側０□
センサ１５の出力ｖ２の周波数が第３図（Ｃ）、　（Ｄ
）に示すごとく上流側０□センサ１３の出力Ｖｌの周波
数に近づく。従って、これら２つの周波数の相対値で触
媒劣化が可能となる。

第１２図は噴射量演算ルーチンであって、所定クランク
角毎たとえば、３６０°ＣＡ毎に実行される。

ステップ１２０１では、ＲＡＭ１０５により吸入空気量
データＱおよび回転速度、データＮｅを読出して基本噴
射量ＴＡＵＰを演算する。たとえば、ＴＡＵＰ←α・Ｑ
／Ｎｅ（αは定数）とする。ステップ１２０２にてＲＡ
Ｍ１０５より冷却水温データＴＨＷを読出してＲＯＭ１
０４に格納された１次元マツプにより暖機増量値ＦＷＬ
を補間計算する。この暖機増量値ＦＷＬは、図示のごと
く、現在の冷却水温ＴＨＷが上昇するに従って小さくな
るように設定されている。ステップ１２０３では、最終
噴射量ＴＡＵを、ＴＡＵ−ＴＡＵＰ・ＦＡＦ　　・（ＦＷＬ十β）＋γに
より演算する。なお、β、γは他の運転状態パラメータ
によって定まる補正量であり、たとえば図示しないスロ
ットル位置センサからの信号、あるいは吸気温センサか
らの信号、バッテリ電圧等により決められる補正量であ
り、これらもＲＡＭ１０５に格納されている。次いで、
ステップ１２０４にて、噴射量ＴＡＵをダウンカウンタ
１０８　にセットすると共にフリップフロップ１０９を
セットして燃料噴射を開始させる。そして、ステップ１
２０５にてこのルーチンは終了する。なお、上述のごと
く、噴射量ＴＡＵに相当する時間が経過すると、ダウン
カウンタ１０８のキャリアウド信号によってフリップフ
ロップ１０９がリセットされて燃料噴射は終了する。

なお、上述のごとく、触媒劣化が判別された場合には、
下流側０２センサ１５による閉ループ制御を停止するこ
ともでき、これにより、エミッションの悪化を防止でき
る。

さらに、上述の実施例においては、吸入空気量Ｑに応じ
て比較電圧Ｖｉ２を可変とする際に、制御定数たとえば
スキップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ５Ｌを各吸入空気量Ｑ毎にブロッ
ク分割することもでき、これにより、機関の負荷が異な
る領域に遷移したときにも要求空燃比に迅速に近づける
ことができ、制御遅れによる燃費の悪化、ドライバビリ
ティの悪化、エミッションの悪化等の防止に役立つ。

さらに、第１の空燃比フィードバック制御は４ｍｓ毎に
、また、第２の空燃比フィードバック制御はＩＳ毎に行
われるのは、空燃比歩フィードバック制御の応答性の良
い上流側０２センサによる制御を主にして行い、応答性
の悪い下流側０□センサによる制御を従にして行うため
である。

また、上流側０□センサによる空燃比フィードバック制
御における他の制御定数、たとえば遅延時間、積分定数
、上流側０２センサの比較電圧（参照：特開昭５５−３
７５６２号公報）等を下流側０２センサの出力により補
正するダブル０□センサシステムあるいは第２の空燃比
補正係数を導入したダブル０□センサシステムにも、本
発明を適用し得る。

また、吸入空気量センサとして、エアフローメータの代
りに、カルマン渦センサ、ヒートワイヤーセンサ等を用
いることもできる。

さらに、上述の実施例では、吸入空気量および機関の回
転速度に応じて燃料噴射量を演算しているが、吸入空気
圧および機関の回転速度、もしくはスロットル弁開度お
よび機関の回転速度に応じて燃料噴射量を演算してもよ
い。

さらに、上述の実施例では、燃料噴射量により吸気系へ
の燃料噴射量を制御する内燃機関を示したが、キヤブレ
タ式内燃機関にも本発明を適用し得る。たとえば、エレ
クトリック・エア・コントロールバルブ（ＥＡＣＶ）に
より機関の吸入空気量を調整した空燃比を制御するもの
、エレク）　ＩＪフックブリード・エア・コントロール
バルブによりキャブレタのニアブリード量を調整してメ
イン系通路およびスロー系通路への大気の導入により空
燃比を制御するもの、機関の排気系へ送りこまれる２次
空気量を調整するもの、等に本発明を適用し得る。この
場合には、ステップ１２０１における基本噴射量ＴＡＵ
Ｐ相当の基本燃料噴射量がキャブレタ自身によって決定
され、すなわち、吸入空気量に応じた吸気管負圧と機関
の回転速度に応じて決定され、ステップ１２０３にて最
終燃料噴射量ＴＡＵに相当する供給空気量が演算される
。

さらに、上述の実施例では、空燃比センサとして０２セ
ンサを用いたが、ＣＯセンサ、リーンミクスチャセンサ
等を用いることもできる。

さらに、上述の実施例はマイクロコンピュータすなわち
ディジタル回路によって構成されているが、アナログ回
路により構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、三元触媒の劣化度
が比較的小さい場合にもその劣化度を精確に判別できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第２図はシングル０２センサシステムおよびダブル０２
センサシステムを説明する排気エミッション特性図、第３図は本発明が解決すべき課題を説明するタイミング
図、第４図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図、第５図、第７図、第１Ｏ図、第１１図、第１２図は第４
図の制御回路の動作を説明するためのフローチャート、第６図は、第１０図のフローチャートを補足説明するた
めのタイミング図、第８図は０２ストレージ効果を説明する図、第９図は０
□センサの出力特性を示すグラフである。１・・・機関本体、　　　　　３・・・エアフローメー
タ、４・・・ディストリビュータ、５・６・・・クランク角センサ、１０・・・制御回路、　　　１２・・・触媒コンバータ
、１３・・・上流側０□センサ、１５・・・下流側０□センサ、１７・・・アイドルスイッチ。Ｏｘ第２図課題を説明する図Ａ／Ｆ第８図Ａ／Ｆ第９図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】１、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒（１２）
と、該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
空燃比を検出する上流側空燃比センサ（１３）と、前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
の空燃比を検出する下流側空燃比センサ（１５）と、前記上流側空燃比センサの出力を第１の比較電圧と比較
する第１の比較手段と、前記機関の負荷を検出する負荷検出手段と、該検出され
た負荷に応じて第２の比較電圧を演算する比較電圧演算
手段と、前記下流側空燃比センサの出力を前記第２の比較電圧と
比較する第２の比較手段と、前記第１、第２の比較手段の比較結果に応じて前記機関
の空燃比を調整する空燃比調整手段と、所定時間当りの
前記下流側空燃比センサの出力の反転回数を演算する反
転回数演算手段と、前記反転回数が前記所定値以上のと
きに前記触媒コンバータの触媒の劣化と判別する触媒劣
化判別手段と、を具備する内燃機関の触媒劣化判別装置。