JPH07189781A

JPH07189781A - 内燃機関の触媒劣化判定装置

Info

Publication number: JPH07189781A
Application number: JP5337958A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Matsushima; 秀行松島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP3448931B2

Abstract

(57)【要約】【目的】酸素センサの特性のずれに関係なく正しく触
媒の劣化を判定する。【構成】排気通路に介装した触媒（１２）と、触媒
（１２）の上流に配置した第１の酸素センサ（１４）
と、この酸素センサ（１４）の出力に基づいて空燃比を
理論空燃比にフィードバック制御する手段１と、触媒
（１２）の下流に設置した第２の酸素センサ（１５）
と、運転条件が触媒診断条件にあることを判断する手段
２と、触媒診断運転条件で第１の酸素センサ（１４）に
よるフィードバック制御から第２の酸素センサ（１５）
によるフィードバック制御に切り替え、それぞれの制御
時の酸素センサ（１４）（１５）の反転周波数を計数す
る手段３と、これら反転周波数を比較することにより触
媒（１２）の劣化状態を判定する手段４とを備える。

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排気浄化のた
めの触媒の劣化状態を判定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を清浄化するシステムと
して、酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比
にフィードバック制御すると共に、排気通路にＨＣ，Ｃ
Ｏの酸化と、ＮＯの還元とを同時に行う三元触媒を設置
することが、広く実用化されている。

【０００３】三元触媒は経年変化し、性能が劣化してく
ると、転換効率が次第に低下し、排気浄化に支障をきた
す。性能が劣化した触媒は交換する等の処置を取ること
が好ましく、そこで、このような触媒の劣化状態を判定
するために、従来、特開平４−１８７８４８号公報にも
あるような装置が提案されている。

【０００４】これは、三元触媒の上流と下流にそれぞれ
酸素センサを設置し、下流の酸素センサの出力の反転周
波数が所定値よりも高いときに、触媒が劣化している判
定するものである。

【０００５】上流の酸素センサの出力に基づいて空燃比
が理論空燃比となるようにフィードバック制御すると、
実際の空燃比は、理論空燃比を境にして、僅かにリッ
チ、リーンに振れ、また、このように僅かにリッチリー
ンに変化することにより、三元触媒の酸化、還元機能も
最大に維持される。これに対して、三元触媒を通過した
排気の空燃比は、触媒の働きにより、酸素がストレージ
されるため、均一的な理論空燃比となる。

【０００６】しかし、三元触媒が劣化してくると、触媒
の転換効率が低下し、三元触媒の上流の空燃比の変化
が、そのまま下流にも現れてくる。仮に、三元触媒が全
く機能しないとすると、上流と下流の空燃比は全く同一
的に変化する。

【０００７】下流の酸素センサにより排気中の酸素濃度
を測定すると、三元触媒が正常に機能しているときは、
酸素センサの出力はほとんどリッチ、リーンに振れるこ
とがなく、これに対して、劣化が進むと、リッチ、リー
ンに変化する反転周波数が次第に増加してくる。

【０００８】そこで、上流の酸素センサの反転周波数
と、下流の酸素センサの出力の反転周波数とを比較し、
比率が所定値を越えたときに、触媒の劣化が進んだもの
と判定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、上
流と下流の酸素センサの出力特性のリッチまたはリーン
側へのずれにより、判定に影響を受け、誤診断すること
があった。

【００１０】下流の酸素センサの出力の反転をカウント
するための比較値（しきい値）は一定値に固定されてい
るため、上流側の酸素センサの特性が、リッチまたはリ
ーンにずれていると、反転出力の周波数は、空燃比の変
化を正確に反映することができなくなる。

【００１１】つまり、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、
上流側の酸素センサがリッチまたはリーンシフトする
と、これに基づいて制御される空燃比は、相対的にリッ
チまたはリーンになり、下流の酸素センサの出力も比較
値に対して、相対的に上下に変化し、いずれの場合に
も、比較値をよぎる回数が変動する。このため、実際に
は反転周波数が多くても、比較値をよぎる回数が少なく
なって、触媒が劣化しているにもかかわらず、正常であ
るものと誤診断することがある。

【００１２】本発明はこのような問題を解決、つまり、
酸素センサの特性のずれに関係なく正しく触媒の劣化を
判定でるようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、図１
に示すように、排気通路に介装した触媒（１２）と、触
媒（１２）の上流に配置した第１の酸素センサ（１４）
と、この酸素センサ（１４）の出力に基づいて空燃比を
理論空燃比にフィードバック制御する手段１とを備えた
内燃機関において、前記触媒（１２）の下流に設置した
第２の酸素センサ（１５）と、運転条件が触媒診断条件
にあることを判断する手段２と、触媒診断運転条件で第
１の酸素センサ（１４）によるフィードバック制御から
第２の酸素センサ（１５）によるフィードバック制御に
切り替え、それぞれの制御時の酸素センサ（１４）、
（１５）の反転周波数ｆ１、ｆ２を計数する手段３と、
これら反転周波数を比較することにより触媒（１２）の
劣化状態を判定する手段４とを備える。

【００１４】

【作用】触媒が正常に作動していれば、その酸素ストレ
ージ分だけ、触媒下流では酸素が少なくなり、下流酸素
センサのリッチリーンの反転周波数ｆ２は、上流酸素セ
ンサの反転周波数ｆ１に比較して小さくなる。しかし、
触媒の劣化が進むと、酸素のストレージ能力が低下して
いき、下流のリッチリーンの反転周波数が次第に増加し
ていく。したがって、これら反転周波数ｆ１とｆ２の比
率ｆ２／ｆ１は、劣化に応じて大きくなり、この比率の
変化を調べることにより、触媒の劣化状態が正確に判断
できるのである。

【００１５】この場合、下流側の酸素センサによるフィ
ードバック制御中は、上流側の酸素センサの出力は一切
無関係なため、仮に上流側の酸素センサの特性がいずれ
かにずれていたとしても、下流側の出力が影響を受ける
ことがなく、リッチリーンの反転周波数は、実際の空燃
比を正しく反映したものとなる。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の実施例を示すもので、１１は
エンジン、１２は排気通路、１３は排気通路１２に介装
した三元触媒、１４は三元触媒１２の上流に設置した第
１の酸素センサ、１５は同じく下流に設置した第２の酸
素センサである。

【００１７】１６はコントロールユニットで、エンジン
１の吸気系に燃料噴射弁１７を介して供給する燃料供給
量を、基本的には理論空燃比となるようにフィードバッ
ク制御する。このため、コントロールユニット１６に
は、吸入空気量、エンジン回転数等の運転状態を代表す
る信号が入力すると共に、前記酸素センサ１４と１５か
らの信号が入力し、吸入空気量に対して一定の比率とな
るように設定した燃料供給量を、酸素センサ１４または
１５の出力に基づいて、正しく理論空燃比となるように
補正する。

【００１８】また、コントロールユニット１６は、第
１、第２の酸素センサ１４と１５の出力から、三元触媒
１２が正常に働いているかどうかを判定する。ここで、
この判定制御動作について、図３、図４のフローチャー
トにしたがって説明する。

【００１９】まず、ステップ１では、後述する診断パラ
メータ平均値ＦＡＶと、ｉ回目の診断パラメータＦＣＡ
Ｔ（ｉ）とをそれぞれゼロにセットし、次いで、ステッ
プ２で上流側の酸素センサ１４によるフィードバック制
御中かどうかを判断する。

【００２０】フィードバック制御中ならばステップ３に
進み、所定の運転条件にあるかどうか判断する。これ
は、三元触媒１２の故障診断を行うためで、例えば運転
条件が定常状態などの一定の診断運転条件が成立したと
き、ステップ４以下の診断ルーチンに移行し、それ以外
の運転条件では、通常の上流側の第１の酸素センサ１４
による空燃比フィードバック制御を継続する。

【００２１】ステップ４，５で所定の時間が経過するま
での期間、第１の酸素センサ１４の出力反転周波数ｆ１
を測定する。この反転周波数ｆ１とは、理論空燃比に相
当するスライスレベル（比較値）をよぎって酸素センサ
１４の出力がリッチリーンに変化する、単位時間当たり
の回数である。

【００２２】そして、ステップ６で、この周波数ｆ１
が、予め設定してある下限周波数ＦＬと上限周波数ＦＵ
との間にあるかどうか判定し、通常の範囲内であれば、
ステップ７に移り、空燃比のフィードバック制御を第１
の酸素センサ１４による制御から、下流側の酸素センサ
１５の出力によるフィードバック制御に切り替える。

【００２３】そして、ステップ８，９で、この切り替え
後、所定の時間が経過するまでの間、第２の酸素センサ
１５の出力の反転周波数ｆ２を測定する。

【００２４】通常は、三元触媒１２の働きにより酸素が
ストレージされるため、第２の酸素センサ１５の反転周
波数ｆ２の方が、第１の酸素センサ１４による反転周波
数ｆ１よりも少なくなる。

【００２５】このようにして所定の期間のサンプリング
を終了したら、ステップ１０で空燃比のフィードバック
制御を再び通常の制御、つまり三元触媒１２の上流側の
第１の酸素センサ１４の出力に基づく制御に切り替え
る。

【００２６】そして、ステップ１１で、Ｎ回目の診断パ
ラメータとして、ＦＣＡＴ（Ｎ）＝ｆ２／ｆ１として、
第１の酸素センサ１４と第２の酸素センサ１５によるそ
れぞれの空燃比制御時の出力反転周波数の比率を算出す
る。ステップ１２で診断パラメータの平均値ＦＡＶを、
前回の診断結果を含めて、ＦＡＶ＝ＦＡＶ＋ＦＣＡＴ
（Ｎ）／Ｎとして算出する。

【００２７】次いで、ステップ１３で診断回数Ｎを、Ｎ
＝Ｎ＋１として、ステップ１２で診断回数Ｎが、予め設
定した診断総回数ＮＴに達したかどうかを判断し、診断
総回数ＮＴに達するまで、上記した診断を繰り返す。そ
して、診断総回数ＮＴに達したときは、ステップ１５で
診断パラメータ平均値ＦＡＶを、予め設定してある触媒
の診断基準値ＦＮＧと比較する。

【００２８】正常時には第１の酸素センサ１４よりも第
２の酸素センサ１５の反転周波数が少なく、三元触媒１
２が劣化するのにしたがって第２の酸素センサ１５の反
転周波数が大きくなっていくので、診断パラメータＦＡ
Ｖは三元触媒１２の劣化が進むほど、大きな値になる。

【００２９】したがって前記ＦＮＧよりもＦＡＶが大き
いときは、三元触媒１２が正常の状態よりも劣化してい
るもの判断し、ステップ１６，１７で、故障コードに記
録すると共に、インジケータランプに点灯して、運転者
に報知する。

【００３０】以上のように構成され、次に全体の作用を
説明すると、コントロールユニット１６は、通常の運転
時には三元触媒１２の上流の第１の酸素センサ１４の出
力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行い、燃料
噴射弁１７から供給される燃料量が、理論空燃比となる
ように制御する。

【００３１】そして、エンジンの特定運転条件が触媒診
断条件になると、第１の酸素センサ１４によるフィード
バック制御中に、所定の時間内の、出力反転周波数ｆ１
をカウントし、この後、第２の酸素センサ１５による空
燃比のフィードバック制御に切り替え、やはり、所定の
時間内の出力反転周波数ｆ２をカウントする。

【００３２】三元触媒１２が正常に作動していれば、そ
の酸素ストレージ分だけ、三元触媒１２の下流では酸素
が少なくなり、下流酸素センサ１５の反転周波数ｆ２は
上流酸素センサ１４の反転周波数ｆ１に比較して小さく
なる。しかし、三元触媒１２の劣化が進むと、酸素のス
トレージ能力が低下していき、下流のリッチリーンの反
転周波数が次第に増加していく。

【００３３】したがって、これら反転周波数ｆ１とｆ２
の比率ｆ２／ｆ１は、劣化に応じて大きくなっていき、
このため、所定時間の診断パラメータの平均値を判断す
ることにより、三元触媒１２の劣化状態が正確に判断で
きるのである。

【００３４】この場合、第１の酸素センサ１４の特性
が、第２の酸素センサ１５に対して、リッチまたはリー
ンに偏っていたとしても、下流の酸素センサ１５の反転
出力がカウントされるのは、下流の酸素センサ１５によ
るフィードバック制御時であって、上流側の酸素センサ
１４の影響を受けることがないため、正確な判定が行え
るのである。

【００３５】なお、この診断制御時には下流の酸素セン
サ１５による空燃比のフィードバック制御を行う期間が
あるが、この時間は短く、この期間中のフィードバック
制御の精度が若干低下しても、全体的に排気エミッショ
ン等に与える悪影響は無視できる程度である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明は、排気通路に介装
した触媒と、触媒の上流に配置した第１の酸素センサ
と、この酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃
比にフィードバック制御する手段とを備えた内燃機関に
おいて、前記触媒の下流に設置した第２の酸素センサ
と、運転条件が触媒診断条件にあることを判断する手段
と、触媒診断運転条件で第１の酸素センサによるフィー
ドバック制御から第２の酸素センサによるフィードバッ
ク制御に切り替え、それぞれの制御時の酸素センサの反
転周波数を計数する手段と、これら反転周波数を比較す
ることにより触媒の劣化状態を判定する手段とを備えた
ため、診断運転条件において、下流側の酸素センサによ
るフィードバック制御時には、上流側の酸素センサの出
力特性に影響を受けることなく、触媒の劣化に対応した
反転周波数を出力することができ、このため触媒の劣化
が正確に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す概略構成図である。

【図３】制御動作のフローチャートである。

【図４】同じくフローチャートである。

【図５】上流側酸素センサの特性のずれに対する下流側
酸素センサの出力特性の関係を示す説明図で、（Ａ）は
上流側が下流側よりもリッチの場合、（Ｂ）は上流側が
下流側よりもリーンの場合を示す。

【符号の説明】

１フィードバック制御手段２診断条件判定手段３反転周波数計数手段４触媒劣化判定手段１２三元触媒１４第１の酸素センサ１５第２の酸素センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に介装した触媒と、触媒の上流に配置した第１の酸素センサと、この酸素センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御する手段とを備えた内燃機関におい
て、前記触媒の下流に設置した第２の酸素センサと、運転条件が触媒診断条件にあることを判断する手段と、触媒診断運転条件で第１の酸素センサによるフィードバ
ック制御から第２の酸素センサによるフィードバック制
御に切り替え、それぞれの制御時の酸素センサの反転周
波数を計数する手段と、これら反転周波数を比較することにより触媒の劣化状態
を判定する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
触媒劣化判定装置。