JPH07109918A - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リーン燃焼状態において、触媒下流側に設けた
酸素センサの出力に基づいて触媒劣化を精度良く診断す
る。 【構成】所定の希薄空燃比を目標空燃比として空燃比フ
ィードバック制御を行っているときに（Ｓ４）、触媒下
流側に設けられ酸素濃度を広域に検出する酸素センサの
出力をモニタする（Ｓ５）。そして、前記出力の平均値
Ｖ_A を算出し、該平均値Ｖ_A と基準値Ｖ_O （Ｓ７）との
偏差ΔＶ_A を算出する（Ｓ８）。ここで、前記偏差ΔＶ
_A が所定の閾値Ｘを越えているときには（Ｓ９）、触媒
劣化を判定する（Ｓ10）。

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、機関排気通路に排気浄化のため
に設けられる触媒の劣化を、排気中の酸素濃度検出に基
づいて診断する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機関排気通路に介装された排気浄
化触媒の劣化を診断する装置としては、例えば特開平２
−９１４４０号公報に開示されるものがあった。このも
のは、排気通路に介装された三元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
力に基づいて理論空燃比を目標空燃比として空燃比フィ
ードバック制御を行う構成の機関において、前記空燃比
フィードバック制御中における上流側の酸素センサの反
転周期と下流側の酸素センサの反転周期との比に基づい
て触媒劣化を診断するものである。

【０００３】即ち、前記診断方法は、三元触媒の劣化に
よる酸素ストレージ効果（酸素貯蔵能力）の低下を前記
反転周期の比に基づいて判定し、以て、触媒の劣化診断
を行わせるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
ては、理論空燃比よりも大幅に希薄な空燃比域（例えば
20〜25程度の空燃比）で燃焼させる希薄燃焼機関が開発
されている。かかる希薄燃焼機関では、排気が酸素過剰
状態となるため、酸素濃度が急変する理論空燃比を中心
として空燃比をフィードバック制御する場合のように、
前記酸素濃度の変化周期の比に基づいて触媒劣化を高精
度に診断させることは困難であるという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、希薄燃焼が行われる状態であっても、触媒劣化を
排気中の酸素濃度検出に基づいて精度良く診断できる診
断装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【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、図１に示すように構成
される。図１において、排気浄化触媒は、機関の排気通
路に設けられるものであり、空燃比フィードバック制御
手段は、機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィー
ドバック制御する。

【０００７】ここで、触媒劣化診断のために、前記排気
浄化触媒の下流側に、排気中の酸素濃度を広域に検出す
る酸素センサが設けられ、触媒劣化診断手段は、前記空
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
ク制御時における前記酸素センサの出力値と前記目標空
燃比に対応する基準値との偏差に基づいて前記排気浄化
触媒の劣化を診断する。

【０００８】

【作用】排気浄化触媒の劣化が発生すると、酸化・還元
の反応が低下することにより、触媒上流側における酸素
濃度が同じでも前記触媒作用の低下により触媒下流側に
おける酸素濃度に変化を来すことになる。そこで、目標
空燃比に制御されていることを条件とすることで、触媒
上流側の酸素濃度を規定し、このときの触媒下流側にお
ける酸素濃度が、触媒の非劣化状態で期待される出力を
示すか否かによって、触媒劣化による触媒下流側での酸
素濃度の変化を検知できるようにした。

【０００９】

【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、内燃機関１には、エアクリーナ２
から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホール
ド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の
ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられてい
る。前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁
し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの噴射パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に
調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供給す
る。

【００１０】機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７が設
けられていて、これにより火花点火して混合気を着火燃
焼させる。そして、機関１からは、排気マニホールド
８，排気ダクト９，排気浄化用の三元触媒10（排気浄化
触媒）及びマフラー11を介して排気が排出される。コン
トロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／
Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含んで構成される
マイクロコンピュータを備え、各種のセンサからの検出
信号を入力して、後述の如く演算処理して、燃料噴射弁
６の作動を制御する。

【００１１】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中に熱線式或いはフラップ式などのエアフローメータ13
が設けられていて、機関１の吸入空気量Ｑに応じた信号
を出力する。また、クランク角センサ14が設けられてい
て、所定ピストン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、単位
角度毎の単位角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、前
記基準角度信号ＲＥＦの発生周期、或いは、所定時間内
における前記単位角度信号ＰＯＳの発生数を計測するこ
とより、機関回転速度Ｎｅを算出することができる。

【００１２】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
更に、前記三元触媒10の上流側となる排気マニホールド
８の集合部に空燃比フィードバック制御に用いるための
第１酸素センサ16が設けられており、また、前記三元触
媒10の下流側でマフラー11の上流側には後述するように
触媒劣化診断に用いる第２酸素センサ17が設けられてい
る。

【００１３】前記第１酸素センサ16及び第２酸素センサ
17は、機関吸入混合気の空燃比と密接な関係にある排気
中の酸素濃度に感応して出力値が変化する公知のセンサ
であり、理論空燃比からリーン領域を広域に検出し得る
センサ（リーンセンサ）であり、図４に示すような出力
特性を有する（株式会社 山海堂，平成４年５月１日発
行「内燃機関」第63頁〜第72頁等参照）。

【００１４】また、機関１が搭載された車両の走行速度
を検出する車速センサ18が設けられている。ここにおい
て、コントロールユニット12に内蔵されたマイクロコン
ピュータのＣＰＵは、各センサで検出される運転条件に
応じて機関吸入混合気の目標空燃比を、理論空燃比付近
の出力空燃比と、理論空燃比よりも大幅に希薄な希薄空
燃比（例えば空燃比＝22）とに切り換え制御し、それぞ
れの目標空燃比に実際の空燃比を一致させるべく、基本
燃料噴射パルス幅Ｔｐを演算する一方、前記第１酸素セ
ンサ16で検出される実際の空燃比に基づいて前記基本燃
料噴射パルス幅Ｔｐをフィードバック補正する空燃比フ
ィードバック制御機能（空燃比フィードバック制御手段
としての機能）を有している。

【００１５】更に、コントロールユニット12は、図３の
フローチャートに示すようにして、前記第２酸素センサ
17の出力に基づき三元触媒10の劣化を診断する機能（触
媒劣化診断手段としての機能）を有しており、以下に図
３のフローチャートに従って前記診断機能について詳細
に説明する。図３のフローチャートにおいて、ます、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）〜ステ
ップ３では、三元触媒10における酸素ストレージ効果が
収束し易い運転条件であるか否かを判別する。

【００１６】即ち、本実施例では、三元触媒10の下流側
に設けられた第２酸素センサ17の出力に基づいて触媒劣
化の診断を行うから、かかる第２酸素センサ17の出力
が、触媒10の酸素ストレージ量の変動に影響を受ける
と、誤診断の原因となる。そこで、酸素ストレージ効果
の収束し易い運転条件で触媒劣化を診断させるようにし
ているものである。

【００１７】具体的には、車速ＶＳＰ，機関回転速度Ｎ
ｅ，基本噴射パルス幅Ｔｐ（機関負荷代表値）がそれぞ
れ所定範囲内であることを、ステップ１〜ステップ３で
確認する。そして、前記車速，回転，負荷の条件が成立
しているときには、ステップ４へ進み、所定の希薄空燃
比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御が行わ
れているか否かを判別する。これは、機関吸入混合気の
空燃比が所定の目標希薄空燃比に制御されることによっ
て、触媒10上流側における酸素濃度が所期値になってい
ることを、診断条件とするものである。

【００１８】希薄燃焼フィードバック制御時であるとき
には、更に、ステップ５へ進み、第２酸素センサ17の出
力をモニタする。ここで、第２酸素センサ17の出力は、
空燃比フィードバック制御の影響を受けて周期変動する
から、次のステップ６では、第２酸素センサ17の出力を
平均化することで、出力中心値Ｖ_A を求める。一方、ス
テップ７では、前記所定の希薄空燃比で燃焼させている
ときに、触媒10の非劣化状態で期待される第２酸素セン
サ17の出力Ｖ₀ （基準値）を、機関運転条件（機関負
荷，機関回転速度）に応じて設定する。

【００１９】そして、ステップ８では、前記基準出力Ｖ
₀ と、実際のセンサ出力Ｖ_A との偏差ΔＶ_A を算出する
（図４参照）。次いで、ステップ９では、機関運転条件
（機関負荷，機関回転速度）に応じて設定される閾値Ｘ
と前記算出した偏差ΔＶ_A とを比較し、閾値Ｘを越える
偏差が生じている場合に、三元触媒10の劣化によって触
媒下流側の酸素濃度が非劣化時に比べて減っているもの
と見做し、ステップ10で触媒劣化の診断結果をランプ等
によって警告する。

【００２０】即ち、三元触媒10の劣化が発生すると、酸
化・還元の反応が低下することにより、触媒10上流側に
おける酸素濃度が同じ（目標希薄空燃比に相当する濃
度）でも前記触媒作用の低下により触媒10下流側におけ
る酸素濃度に変化を来すことになる。そこで、目標希薄
空燃比に制御されていることを条件とすることで、触媒
10上流側の酸素濃度を規定し、このときの触媒10下流側
における酸素濃度が、触媒の非劣化状態で期待される出
力を示すか否かによって、触媒劣化による触媒10下流側
酸素濃度の変化を検知できるようにしたものである。

【００２１】従って、本実施例のように希薄燃焼状態で
あっても必要充分な精度で触媒劣化を診断できる。尚、
上記実施例では、空燃比フィードバック制御を触媒10の
上流側に設けた第１酸素センサ16を用いて行わせるよう
にしたが、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比検
出手段を前記第１酸素センサ16に限定するものではな
く、公知の種々の空燃比検出手段を用いることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、触
媒下流側の酸素濃度の触媒劣化による変化を捉えて触媒
の劣化診断を行うから、希薄燃焼状態であっても触媒劣
化を精度良く診断できるようになり、触媒劣化診断装置
の信頼性を高め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】実施例における診断制御を示すフローチャー
ト。

【図４】実施例の酸素センサの出力特性を示す線図。

【符号の説明】 １ 機関 ６ 燃料噴射弁 10 三元触媒（排気浄化触媒） 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 第１酸素センサ 17 第２酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒
   と、 機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック
   制御する空燃比フィードバック制御手段と、 を備えて構成された内燃機関において、 前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素濃
   度を広域に検出する酸素センサと、 前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
   ドバック制御時における前記酸素センサの出力値と前記
   目標空燃比に対応する基準値との偏差に基づいて前記排
   気浄化触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段と、 を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の触媒劣
   化診断装置。