JPH08338297A - 触媒劣化判定装置 - Google Patents

触媒劣化判定装置

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JPH08338297A
JPH08338297A JP7187045A JP18704595A JPH08338297A JP H08338297 A JPH08338297 A JP H08338297A JP 7187045 A JP7187045 A JP 7187045A JP 18704595 A JP18704595 A JP 18704595A JP H08338297 A JPH08338297 A JP H08338297A
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JP
Japan
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catalyst
purification capacity
value
purification
determination
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Application number
JP7187045A
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English (en)
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Toru Hanabusa
徹 花房
Michihiro Ohashi
通宏 大橋
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、触媒劣化判定装置に関し、従来に
比較して正確に触媒異常劣化状態であるか否かを判断可
能とすることを課題とする。 【解決手段】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータと、触媒コンバータの現在の浄化能力を検出する
浄化能力検出手段(ステップ115)と、現在の触媒温
度に応じて触媒異常劣化状態を示す浄化能力の敷居値を
決定する敷居値決定手段(ステップ116)と、浄化能
力検出手段によって検出された現在の浄化能力と敷居値
決定手段によって決定された敷居値との差に応じた評価
値を決定する評価値決定手段(ステップ121)と、評
価値の積算値が所定値を越える時に触媒異常劣化状態で
あると判断する判断手段(ステップ123)、とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒劣化判定装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の排気系には、一般的に、排気
ガス中の有害成分を浄化するための触媒装置が設けられ
ている。このような触媒装置は、長期使用に伴い触媒の
劣化程度が異常域に達すると、その浄化能力が非常に低
下し、排気エミッションがかなり悪化するようになるた
めに、このような触媒異常劣化状態であることを判断し
て運転者に知らせ、触媒装置の交換を促すことが必要で
ある。
【0003】触媒装置の交換は、かなりの費用及び時間
を必要とするために、必要最小限としなければならず、
それにより、触媒異常劣化状態であることを正確に判断
することが必要である。一般的には、触媒活性後におけ
る現在の浄化能力を検出して、この浄化能力と触媒異常
劣化状態を示すその敷居値とが比較されるが、これによ
って触媒劣化程度が正常域であると判断されても、触媒
劣化の仕方によっては触媒完全活性以前における浄化能
力だけが異常に低下することがあり、このような場合に
おいて、触媒装置が交換されることなく、触媒活性以前
の排気エミッションが著しく悪化したまま維持される。
【0004】この問題を解決することを意図して、特開
平5−248227号公報には、前述の敷居値を、触媒
活性化程度、すなわち触媒温度に応じて補正することに
より、触媒完全活性以前においても浄化能力を検出し、
これを温度補正された敷居値と比較することによって触
媒異常劣化状態であるか否かを判断する触媒劣化検出装
置が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒完
全活性以前の浄化能力は、特に不安定であり、触媒温度
だけでなく、排気ガス中の有害成分の含有率等によって
も大きく変化するために、この時に検出された浄化能力
と触媒温度に応じて補正された敷居値とを比較しただけ
で触媒異常劣化状態であるか否かを判断すると、誤判断
となる可能性を有している。
【0006】従って、本発明の目的は、従来に比較して
正確に触媒異常劣化状態であるか否かを判断可能な触媒
劣化判定装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
による触媒劣化判定装置は、内燃機関の排気系に設けら
れた触媒コンバータと、前記触媒コンバータの現在の浄
化能力を検出する浄化能力検出手段と、現在の触媒温度
に応じて触媒異常劣化状態を示す浄化能力の敷居値を決
定する敷居値決定手段と、浄化能力検出手段によって検
出された現在の浄化能力と前記敷居値決定手段によって
決定された前記敷居値との差に応じた評価値を決定する
評価値決定手段と、前記評価値の積算値が所定値を越え
る時に触媒異常劣化状態であると判断する判断手段、と
を具備することを特徴とする。
【0008】この触媒劣化判定装置は、評価値決定手段
が、前述のように現在の触媒温度から定まる敷居値と現
在の浄化能力との差に応じた評価値を決定し、判断手段
によって評価値の積算値が所定値を越える時に触媒異常
劣化状態であると判断するものであるために、触媒不完
全活性時にも触媒異常劣化状態であるか否かの判断が行
われ、この判断には評価値の積算値が使用され、あまり
信頼性が高くない触媒不完全活性時に検出される一回の
浄化能力に基づき触媒異常劣化状態であるか否かが判断
されることはなく、幅広い触媒温度領域で総合的に判断
される。
【0009】また、請求項2に記載の本発明による触媒
劣化判定装置は、内燃機関の排気系に設けられた触媒コ
ンバータと、前記触媒コンバータの浄化能力を検出する
浄化能力検出手段と、触媒活性状態の時に前記浄化能力
検出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄化能
力とし、触媒不完全活性状態の時に前記浄化能力検出手
段により検出された浄化能力を触媒不完全活性時浄化能
力とし、前記触媒活性時浄化能力を前記触媒不完全活性
時浄化能力より重視するように重み付けして両者の和を
算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前
記和を所定の敷居値と比較することによって触媒異常劣
化状態であるか否かを判断する判断手段、とを具備する
ことを特徴とする。
【0010】この触媒劣化判定装置は、算出手段が、検
出された触媒活性時浄化能力を検出された触媒不完全活
性時浄化能力より重視するように重み付けして両者の和
を算出し、判断手段がこの和を所定の敷居値と比較する
ことによって触媒異常劣化状態であるか否かを判断する
ものであるために、この判断には、触媒活性時に検出さ
れた浄化能力だけでなく触媒不完全活性時に検出された
浄化能力が考慮され、触媒不完全活性時における触媒異
常劣化状態であるか否かの判断が可能であり、また、触
媒活性時の信頼性の高い浄化能力が重視され、この判断
の信頼性が向上する。
【0011】また、請求項3に記載の本発明による触媒
劣化判定装置は、内燃機関の排気系に設けられた触媒コ
ンバータと、前記触媒コンバータの浄化能力を検出する
浄化能力検出手段と、触媒活性状態の時に前記浄化能力
検出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄化能
力とし、これを第1敷居値と比較して触媒異常劣化状態
であるか否かの仮判断をする第1仮判断手段と、触媒不
完全活性状態の時に前記浄化能力検出手段により検出さ
れた浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力とし、これを
第2敷居値と比較して触媒異常劣化状態であるか否かの
仮判断をする第2仮判断手段と、前記第1仮判断手段及
び前記第2仮判断手段による仮判断の結果に基づき触媒
異常劣化状態であるか否かを判断する主判断手段、とを
具備することを特徴とする。
【0012】この触媒劣化判定装置は、第1仮判断手段
が、検出された触媒活性時浄化能力を第1敷居値と比較
して触媒異常劣化状態であるか否かの仮判断をし、第2
仮判断手段が、検出された触媒不完全活性時浄化能力を
第2敷居値と比較して触媒異常劣化状態であるか否かの
仮判断をし、主判断手段が第1仮判断手段及び第2仮判
断手段による仮判断の結果に基づき触媒異常劣化状態で
あるか否かを判断するものであるために、この最終的な
判断には、触媒活性時に検出された浄化能力だけでなく
触媒不完全活性時に検出された浄化能力が考慮され、触
媒不完全活性時における触媒異常劣化状態であるか否か
の判断が可能である。
【0013】また、請求項4に記載の本発明による触媒
劣化判定装置は、請求項2又は3に記載の触媒劣化判定
装置において、前記触媒活性時浄化能力は、触媒活性状
態の時に前記浄化能力検出手段により検出された複数回
の浄化能力に基づき決定され、前記触媒不完全活性時浄
化能力は、触媒不完全活性状態の時に前記浄化能力検出
手段により検出された複数回の浄化能力に基づき決定さ
れることを特徴とする。
【0014】この触媒劣化判定装置は、前述した請求項
2又は3に記載の触媒劣化判定装置において、触媒活性
時浄化能力が、触媒活性状態の時に浄化能力検出手段に
より検出された複数回の浄化能力に基づき決定され、触
媒不完全活性時浄化能力が、触媒不完全活性状態の時に
浄化能力検出手段により検出された複数回の浄化能力に
基づき決定されるものであるために、浄化能力検出手段
によって実際とは大きく異なる浄化能力が検出されるよ
うな場合においても、この検出値がなまされて使用さ
れ、請求項2又は3に記載の触媒劣化判定装置に比較し
て触媒異常劣化状態であるか否かの判断における信頼性
を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による触媒劣化判
定装置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す
概略図である。同図において、1は排気ガス中の有害成
分を浄化するための三元触媒コンバータであり、排気ガ
スがリーン状態である時に余剰の酸素を吸収し、リッチ
状態となる時にこれを放出することによって排気ガスを
ストイキ状態として三元触媒による良好な排気浄化能力
を維持するためのO2 ストレージ能力を有している。三
元触媒コンバータ1の上流側は機関本体(図示せず)へ
接続され、また下流側はマフラ(図示せず)等を介して
大気に開放されている。2はその触媒を担持する触媒担
体である。3は触媒担体2へ流入する排気ガス中の酸素
濃度を検出するための第1酸素センサであり、4は触媒
担体2から流出する排気ガス中の酸素濃度を検出するた
めの第2酸素センサである。第1及び第2酸素センサ
3,4は、酸素不足状態の排気ガスにおいては、その不
足程度をマイナス値として検出するものである。
【0016】触媒コンバータ1は、その使用に伴い徐々
に劣化し、この劣化程度が異常域に達すると、排気ガス
浄化能力がかなり悪化するために、触媒コンバータの交
換が必要となる。10は、このような触媒コンバータ1
の交換時期、すなわち、触媒の異常劣化状態を判断する
触媒劣化判定装置である。
【0017】触媒劣化判定装置10は、一般的なデジタ
ルコンピュータであり、前述した第1及び第2酸素セン
サ3,4と共に、吸入空気量を検出するためのエアフロ
ーメータ11、機関回転数を検出するための回転センサ
12、及び機関温度として冷却水温を検出するための水
温センサ13等の機関運転状態を把握するための各セン
サの出力と、車両回りの外気温度を測定するための外気
温度センサ14等の外部環境を把握するためのセンサの
出力とが取り込めるようになっている。内燃機関の燃料
噴射量制御として、前述した第1及び第2酸素センサ
3,4を使用し、特定機関運転状態を除き、混合気空燃
比をストイキ近傍で変動させる一般的な空燃比フィード
バック制御が実行されるようになっている。
【0018】図2及び図3は、触媒異常劣化状態である
か否かを判断するための第1フローチャートであり、機
関始動と同時に実行され、所定期間毎に繰り返されるも
のである。まず、ステップ101において、前述した各
センサによって、現在の吸入空気量Qn 、現在の機関回
転数Nen 、現在の冷却水温Thwn 、及び現在の車両
回りの外気温度Tan を取り込む。
【0019】次に、ステップ102において、フラグF
が2であるか否かが判断される。フラグFは機関停止の
際に0にリセットされるものであり、機関始動直後にお
いて、この判断は否定されてステップ103に進む。ス
テップ103において、フラグFが1であるか否かが判
断され、同様に、この判断は否定されてステップ104
に進む。
【0020】ステップ104において、冷却水温Thw
n と外気温度Tan との差が所定値Aより大きいか否か
が判断され、この判断が肯定される時には機関停止直後
の再始動であり、ステップ105に進み、フラグFが1
とされてそのまま終了する。一方、ステップ104にお
ける判断が否定される時にはステップ106に進み、フ
ラグFは2とされステップ107に進む。
【0021】ステップ107において、今回の外気温度
Tan が前回の推定触媒温度Tcn- 1 とされ、ステップ
108において、前回の推定触媒温度Tcn-1 に基づ
き、図4に示すようなマップから今回の基本反応熱量B
Trn を決定する。図4に示すマップにおいて、基本反
応熱量BTrは、触媒温度が高いほど触媒の活性化が進
み反応しやすくなることを考慮して設定されている。基
本反応熱量BTrn は、触媒温度だけでなく、触媒の現
在における浄化能力によっても変化するために、浄化能
力毎に図4に示すようなマップが設けられ、前回の浄化
能力Lrn-1 (以下に説明する)に基づき、このステッ
プで使用されるマップが選択される。
【0022】次に、ステップ109において、前回の推
定触媒温度Tcn-1 に基づき、今回の触媒からの基本放
熱量BTon を決定する。図5に示すマップにおいて、
基本放熱量BToは、触媒温度が高いほど放熱しやすい
ことを考慮して設定されている。
【0023】ステップ110において、触媒へ流入する
排気ガス量を次式(1)によってなまし処理される吸入
空気量Qsmとして算出する。 Qsmn =Qsmn-1 +(Qn −Qsmn-1 )*Nen /N ・・(1) 上式(1)において、Qn は今回の吸入空気量であり、
Qsmn-1 は前回のなまし処理後の吸入空気量であり、
機関始動時には初期値として通常のアイドル時の吸入空
気量が設定される。もちろん、冷却水温Thw等に基づ
くアイドル吸入空気量の増加を考慮して設定することも
可能である。また、Nen は機関回転数、Nは定数であ
り、このなまし処理は、機関回転数が低いほど吸入空気
量の変化の絶対値が小さいことを前提としている。
【0024】次にステップ111に進み、次式(2)に
よって今回の触媒温度変化ΔTcnを算出する。 ΔTcn = K1*(K2*Qsmn +K3*BTrn −K4*BTon )・・(2) 上式(2)において、第2補正係数K2は、触媒へ流入
する排気ガス量としてのなまし処理された吸入空気量Q
smn を今回排気ガスが触媒に与える熱量に換算するも
のであり、ステップ101において取り込まれた吸入空
気量Qn 、機関回転数Nen 、及び冷却水温Thwn
によって定まる機関運転状態に基づき推定される排気ガ
ス温度等が考慮されて決定される。また、第3補正係数
K3は、触媒活性化程度が考慮された基本反応熱量BT
n を実際の反応熱量に換算するものであり、排気ガス
量及び機関運転状態により定まる空燃比等が考慮されて
決定される。また、第4補正係数K4は、触媒温度が考
慮された基本放熱量BTo n を実際の放熱量に換算する
ものであり、ステップ101において取り込まれた外気
温度Tan 及び排気ガス量等が考慮されて決定される。
このように、第2、第3、及び第4補正係数K2,K
3,K4は、ステップ111の処理毎にマップ(図示せ
ず)を利用して新たに決定されるものである。また、第
1補正係数K1は、このように触媒において増減する熱
量を触媒担体2の各部分の触媒温度変化の平均値に換算
するものである。
【0025】次に、ステップ112に進み、前回の推定
触媒温度Tcn-1 にこの触媒温度変化平均値ΔTcn
加えられて触媒担体2の今回の推定触媒温度Tcn が算
出される。次に、ステップ113において、前述した空
燃比フィードバック制御(F/B)が実行されているか
否かが判断され、この判断が肯定される時には、ステッ
プ114に進み、図6に示すフローチャートによって算
出される第1及び第2酸素センサ3,4の第1及び第2
出力軌跡長Lox1及びLox2が読み込まれる。一
方、ステップ113における判断が機関減速時のフュー
エルカット等によって否定される時には、ステップ12
8及び129に進み、第1及び第2出力軌跡長Lox1
及びLox2が図6に示すフローチャートを含み0にリ
セットされ終了する。
【0026】ここで、図6に示すフローチャートを先に
説明する。このフローチャートは、機関始動と同時に実
行され、第1フローチャートの繰り返し間隔の数十分の
一から数百分の一の間隔Δtで繰り返されるものであ
る。まず、ステップ10において、第1酸素センサ3の
現在の出力ox1n 及び第2酸素センサ4の現在の出力
ox2n が読み込まれ、ステップ20において、第1酸
素センサ3の現在の出力ox1n とその前回の出力ox
n-1 との差d1及び第2酸素センサ4の現在の出力o
x2n とその前回の出力ox2n-1 との差d2が算出さ
れる。
【0027】次に、ステップ30に進み、次式(3),
(4)によって前回から今回までの第1及び第2空燃比
センサ3,4の出力軌跡長lox1及びlox2が算出
され、ステップ40に進む。 lox1=(d12 +Δt2 0.5 ・・(3) lox2=(d22 +Δt2 0.5 ・・(4)
【0028】ステップ40において、次式(5),
(6)によって第1フローチャートにおいて0にリセッ
トされてから今回までの第1及び第2空燃比センサ3,
4の第1及び第2出力軌跡長Lox1及びLox2が算
出されて終了する。 Lox1=Lox1+lox1 ・・(5) Lox2=Lox2+lox2 ・・(6)
【0029】第1フローチャートに戻り、このようにし
て算出された第1及び第2出力軌跡長Lox1及びLo
x2が読み込まれた後、ステップ115に進み、第1出
力軌跡長Lox1に対する第2出力軌跡長Lox2の比
Lrn が算出される。三元触媒コンバータ1のO2 スト
レージ能力は、触媒劣化に伴い低下するものであるため
に、現在のO2 ストレージ能力が触媒の現在の浄化能力
をほぼ等価的に表している。O2 ストレージ能力が低下
していない時には、排気ガス中の酸素の過不足を十分に
補い、第2空燃比センサ4の出力、すなわち、三元触媒
コンバータ1の下流側における排気ガス中の酸素濃度が
0で推移するために、第2出力軌跡長Lox2が最短と
なって前述の比Lrは大きな値となる。逆に、O2 スト
レージ能力が完全に消滅する時には、排気ガス中の酸素
の過不足を全く補うことができず、第2空燃比センサ4
の出力が第1空燃比センサの出力とほぼ同じに変動する
ために、第2出力軌跡長Lox2が最長となって前述の
比Lrはほぼ1となる。従って、この比Lrn は、触媒
の現在における浄化能力を表す値とすることができる。
【0030】次に、ステップ116に進み、ステップ1
12において推定された推定触媒温度Tcn に基づき図
7に示すマップから現在の触媒温度における触媒異常劣
化状態を示す浄化能力の敷居値Bn が決定される。
【0031】次に、ステップ117に進み、ステップ1
16において決定された敷居値Bnとステップ115に
おいて算出された触媒の浄化能力Trn との差Dを算出
してステップ118に進み、フラグfが1であるか否か
が判断される。このフラグfも機関停止時及び以下のス
テップ125において0にリセットされるものであり、
当初、この判断は否定されてステップ119に進み、こ
の差Dが0以下であるか否かが判断される。この判断が
肯定される時には、触媒は正常であると判断され、ステ
ップ128及び129において第1及び第2出力軌跡長
Lox1,Lox2が図6のフローチャートを含め0に
リセットされ終了する。
【0032】一方、ステップ119における判断が否定
される時は触媒劣化程度が異常域に達している可能性が
あり、ステップ120に進んでフラグfは1とされ、ス
テップ121に進む。ステップ121において、差Dの
値に基づき図8に示すマップから今回の評価値mn を決
定する。このマップにおいて、評価値mn は、差Dが大
きくなるほど大きくなるように設定されている。
【0033】次に、ステップ122において、評価値の
積算値Mが算出される。この積算値Mは機関停止時及び
以下のステップ126において0にリセットされるもの
である。その後、ステップ123に進み、この積算値M
がプラスの所定値C1より大きくなっているか否かが判
断され、この判断が否定される時には、ステップ124
に進み、積算値Mがマイナスの所定値C2より小さくな
ったか否かが判断され、この判断が否定される時には、
ステップ128及び129において第1及び第2出力軌
跡長Lox1,Lox2が図6のフローチャートを含め
0にリセットされ終了する。
【0034】フラグfが1とされると、次回以後のフロ
ーチャートの実行において、ステップ118における判
断が肯定されて、ステップ121以降の処理が繰り返さ
れる。この時、差Dが正の値に維持され、すなわち、ス
テップ115において算出された浄化能力Lrn が触媒
異常劣化状態を示すこの時の敷居値Bn を下回ったまま
維持される場合は、積算値Mが大きくなり、ステップ1
23における判断が肯定されるようになり、ステップ1
27に進み、触媒が異常劣化状態であると判断される。
【0035】評価値mは、差Dが負となる時、すなわ
ち、浄化能力Lrn が触媒異常劣化状態を示すこの時の
敷居値Bn を上回る時には、負の値となるために、触媒
の劣化程度が正常であるにもかかわらず、一時的に浄化
能力が敷居値Bn を下回った場合には、ステップ121
以降の処理が繰り返されるうちに積算値Mが小さくな
り、ステップ124における判断が肯定されてステップ
125に進み、フラグfが0にリセットされ、ステップ
126において積算値Mが0にリセットされ、ステップ
128及び129において第1及び第2出力軌跡長Lo
x1,Lox2が0にリセットされ終了し、次回の触媒
異常劣化状態の判断に備えられる。
【0036】本フローチャートは、機関始動時において
触媒担体2が外気温度Taまで低下していることを前提
として触媒温度Tcが推定されるようになっているため
に、ステップ104の判断が肯定されるような機関停止
直後の再始動時には、フラグFが1とされ、その後、ス
テップ103における判断が肯定され続け触媒の劣化判
定をすることなく終了するようになっている。また、機
関始動時にステップ104の判断が否定される時には、
フラグFは2とされ、その後、ステップ102における
判断が肯定され、ステップ108における基本反応熱量
BTrn 以降の処理が繰り返されるようになっている。
【0037】このように、本フローチャートによれば、
触媒完全活性以前においても触媒異常劣化状態であるか
否かの判断が行われるために、この時においてだけ触媒
の浄化能力が異常に低下するような場合にも触媒異常劣
化状態の判断がなされ、触媒交換を運転者に促すことが
可能であり、この時の排気エミッションが著しく悪化し
たまま維持されることは防止される。また、この判断に
は、現在の触媒の浄化能力推定値と触媒温度に応じた敷
居値とが比較されるが、特に触媒完全活性以前における
浄化能力は、触媒温度だけでなく排気ガス中の有害成分
の含有率等によっても比較的大きく影響される不安定な
ものであり、一回だけの推定値と敷居値との比較では誤
判断の可能性が高いために、本フローチャートでは、触
媒異常劣化状態の可能性がある時には、各比較毎に評価
値を決定し、この評価値の積算値が所定値を越えた時に
始めて触媒異常劣化状態であると判断するようになって
おり、判断の信頼性をかなり向上させることができる。
【0038】本フローチャートにおいて、図8に示す評
価値決定のためのマップは、差Dが大きくなるほど、評
価値mがかなり大きくなるように設定されているが、こ
れは本発明を限定するものではなく、少なくとも、差D
が正の値となる時には、積算値Mが増加するような評価
値mが決定されるもの、例えば、図9に示すような差D
と評価値mとがリニアな関係となっているものでもよ
い。さらに、本フローチャートでは、ステップ116に
おいて現在の触媒温度に基づき触媒浄化能力の敷居値を
決定し、ステップ117においてこの敷居値と現在の触
媒浄化能力との差を決定し、ステップ121においてこ
の差に基づき評価値を決定するようになっているが、も
ちろん、このような考えに従って予め評価値を図13に
示すように触媒温度と触媒浄化能力との二次元マップに
設定しておき、ステップ116及び117を省略して、
ステップ121において、このマップを使用して評価値
を決定するようにしてもよい。
【0039】図10は、触媒異常劣化状態であるか否か
を判断するための第2フローチャートであり、機関始動
と同時に実行され、第1フローチャートと同様な所定期
間毎に繰り返されるものである。これを以下に説明す
る。まず、ステップ201において、機関停止と同時に
0にリセットされるカウント値nを1だけ増加させる。
次に、ステップ202に進み、前述した空燃比フィード
バック制御が実行されているか否かが判断され、この判
断が否定される時、例えば、機関減速時にフューエルカ
ットが実行されている場合には、第1及び第2酸素セン
サ3,4を使用する前述したような触媒の浄化能力の検
出が不可能であるために、ステップ209に進み、第1
及び第2出力軌跡長Lox1,Lox2が図6に示すフ
ローチャートを含み0にリセットされ終了する。
【0040】ステップ202における判断が肯定される
時には、ステップ203に進み、前述のカウント値nが
第1所定値n1以上であるか否かが判断される。この判
断が否定される時、すなわち、機関始動直後はステップ
209に進み、第1及び第2出力軌跡長Lox1,Lo
x2が図6に示すフローチャートを含み0にリセットさ
れ終了する。
【0041】ステップ203における判断が肯定される
時、すなわち、機関始動後所定時間経過して、触媒が暖
機途中にある時から後は、ステップ204において、第
1フローチャートと同様に図6に示すフローチャートか
ら第1及び第2出力軌跡長Lox1,Lox2が読み込
まれ、ステップ205において第1フローチャートと同
様に現在の浄化能力Lrn が算出される。
【0042】次に、ステップ206に進み、カウント値
nが第2所定値以上であるか否かが判断される。この判
断は、カウント値nが第1所定値n1を越えた直後にお
いては否定されてステップ207に進み、機関停止と同
時に0にリセットされる新たなカウント値nbが1だけ
増加され、ステップ208において、この時の浄化能力
の積算値SLrbが算出される。次に、前述したステッ
プ209における処理を実行した後に終了する。
【0043】このような流れを繰り返すうちに、カウン
ト値nが第2所定値n2以上となり、すなわち、機関始
動後の経過時間が増加して触媒が完全に暖機された時に
は、ステップ206における判断が肯定されてステップ
210に進む。ステップ210において、機関停止と同
時に0にリセットされるさらに新たなカウント値naが
1だけ増加され、ステップ211において、この時の浄
化能力の積算値SLraが算出される。
【0044】次に、ステップ212に進み、カウント値
naがステップ207において増加されたカウント値n
bに一致したか否かが判断される。すなわち、触媒が暖
機途中の時、すなわち、触媒が十分には活性化していな
い触媒不完全活性時の浄化能力の積算回数と、触媒が完
全に暖機された時、すなわち、触媒が十分に活性化され
た触媒活性時の浄化能力の積算回数とが一致したか否か
が判断され、この判断が否定される時には、前述したス
テップ209における処理が実行され終了する。
【0045】ステップ212における判断が肯定される
時には、ステップ213に進み、触媒不完全活性時の浄
化能力の積算値SLrbに第1係数k1が乗算され、触
媒活性時の浄化能力の積算値SLraに第2係数k2が
乗算され、これらの和が全体的な触媒の浄化能力LRと
して算出される。第1係数k1は、第2係数k2に比較
して小さな値とされている。
【0046】次に、ステップ214に進み、このように
算出された全体的な触媒の浄化能力LRが、これに対し
て設定された触媒異常劣化状態を示す敷居値αより大き
いか否かが判断され、この判断が肯定される時には、ス
テップ215に進み、触媒は正常であると判断され、一
方、否定される時には、ステップ216に進み、触媒は
異常劣化状態であると判断される。
【0047】このように、本フローチャートによれば、
全体的な浄化能力LRは、第1係数k1及び第2係数k
2によって、実際の浄化能力が不安定であるために推測
された浄化能力の信頼性があまり高くない触媒不完全活
性時の値を軽視し、一方、推測された浄化能力の信頼性
の高い触媒活性時の値を重視して決定されるようになっ
ているために、現在の触媒の浄化能力を正確に表すもの
であり、また、触媒不完全活性時の浄化能力も考慮され
ているために、この全体的な浄化能力LRを触媒異常劣
化状態であるか否かの判断に使用することで、通常の触
媒劣化を含め触媒不完全活性時においてだけ触媒の浄化
能力が異常に低下するような場合にも触媒異常劣化の正
確な判断が可能となる。
【0048】図11及び12は、触媒異常劣化状態であ
るか否かを判断するための第3フローチャートである。
前述した第2フローチャートとの違いについてのみ以下
に説明する。本フローチャートにおいて、ステップ31
2において、カウント値naがカウント値nbに一致し
たか否かが判断され、この判断が肯定される時には、ス
テップ313において、触媒不完全活性時の浄化能力の
積算値SLrbがカウント値nbによって割られてその
平均値が算出され、これが触媒不完全活性時における触
媒異常劣化状態を示す敷居値βより大きいか否かが判断
される。
【0049】この判断が肯定される時にはステップ31
4に進み、触媒活性時の浄化能力の積算値SLraがカ
ウント値naによって割られてその平均値が算出され、
これが触媒活性時における触媒異常劣化状態を示す敷居
値γより大きいか否かが判断される。この判断が肯定さ
れる時には、ステップ315に進み、詳しくは後述され
る判定フラグEが0であるか否かが判断され、この判定
フラグEは新車時点では0に設定されているものであ
り、ステップ313及び314における判断が両方とも
肯定される限りは0に維持されるために、ステップ31
5における判断が肯定されてステップ316に進み、触
媒は正常であると判断される。
【0050】一方、ステップ313における判断が否定
される時、すなわち、触媒不完全活性時の浄化能力の平
均値SLrb/nbがその敷居値β以下である時には、
触媒異常劣化状態である可能性があり、ステップ317
に進み、判定フラグEを1だけ増加させてステップ31
4に進む。この時、ステップ314における判断が肯定
されるならば、ステップ315に進み、この判断が否定
されてステップ319に進む。
【0051】ステップ319において、判定フラグEが
2以上であるか否かが判断され、現在において判定フラ
グEは1であるために、この判断は否定されてステップ
320に進み、触媒は仮異常であると判断される。ま
た、これとは逆に触媒活性時において触媒異常劣化の可
能性があるが触媒不完全活性時においては正常であるよ
うな場合には、ステップ313からステップ314を通
りステップ318に進み、やはりステップ320に進ん
で、触媒が仮異常であると判断される。
【0052】また、ステップ313及び314における
判断がいずれも否定される時、すなわち、触媒不完全活
性時及び触媒活性時の両方において触媒異常劣化の可能
性がある場合には、判定フラグEはステップ317及び
318において1ずつ増加されるために、ステップ31
9における判断が肯定されてステップ321に進み、触
媒異常劣化状態であると判断される。
【0053】触媒の仮異常の状態が、次回以降の機関運
転においても発生する場合には、ステップ317又はス
テップ318において判定フラグEがさらに1だけ増加
されるために、ステップ319における判断が肯定さ
れ、触媒異常劣化状態であると判断されるようになって
いる。
【0054】このように、本フローチャートによれば、
触媒活性時及び触媒不完全活性時に検出された浄化能力
が両方同時にそれぞれの敷居値を下回る場合には、通常
の触媒劣化によって触媒異常劣化状態になっていると判
断されて、運転者に触媒装置の交換を促すようになって
いる。触媒活性時及び触媒不完全活性時に検出された浄
化能力の一方だけがその敷居値を下回る場合には、触媒
活性時及び触媒不完全活性時の一方においてだけ浄化能
力が異常に低下しているか、又は、触媒は正常であって
検出された浄化能力が不正確である場合が考えられ、こ
の時には触媒は仮異常であると判断される。触媒活性時
及び触媒不完全活性時の一方においてだけ浄化能力が異
常に低下する触媒劣化は一般的ではないが、この判断が
繰り返される場合には、このような触媒劣化が発生して
いるとして、触媒異常劣化状態であると判断される。
【0055】それにより、特に、触媒不完全活性時にお
いて浄化能力が不安定なために不正確な浄化能力が検出
されることがあるが、このような場合に触媒異常劣化状
態であると誤判断される可能性が減少する。
【0056】触媒の浄化能力の検出方法として、前述し
た触媒の上流側及び下流側に配置された酸素センサの出
力軌跡長の比較の他に、一般的な他の方法、例えば、両
酸素センサの出力反転時間の比較、又は両酸素センサの
出力の時間積分値の比較等を利用することができる。
【0057】前述した三つの実施例において、現在の触
媒浄化能力として触媒コンバータにおける現在のO2
トレージ能力が用いられるが、排気ガス中の炭化水素濃
度を検出するHCセンサを使用して直接的に触媒コンバ
ータの浄化能力を検出することも可能である。図14
は、このようなHCセンサを使用する触媒劣化判定装置
が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略図
であり、図1との違いは、二つの酸素センサに代えて、
触媒担体2へ流入する排気ガス中の炭化水素濃度を検出
する第1HCセンサ5と、触媒担体2から流出する排気
ガス中の炭化水素濃度を検出する第2HCセンサ6とが
配置されていることである。触媒劣化判定装置10’
は、図15及び16に示す第4フローチャートに従って
触媒異常劣化状態であるか否かを判断するようになって
いる。
【0058】前述した第1フローチャートとの違いにつ
いてのみ以下に説明する。本フローチャートでは、推定
触媒温度Tcn が算出された後に、空燃比フィードバッ
ク制御が実行されている時には、ステップ415に進
み、図17によって算出される現在の触媒の浄化能力A
n が読み込まれ、ステップ416において、図7と同
様なマップから現在の触媒温度における触媒異常劣化状
態を示す浄化能力の敷居値Bn ’が決定される。次に、
ステップ417において、この敷居値Bn ’と浄化能力
ABn との差D’が算出されて第1フローチャートと同
様なステップ418以降の処理が実行され、触媒異常劣
化状態の可能性がある時には、触媒活性化前後の各差
D’に対する各評価値の積算値が所定値を越えた時に触
媒異常劣化状態であると判断するようになっている。
【0059】図17に示す浄化能力ABn を算出するた
めのフローチャートは、前述した図6に示すフローチャ
ートとは異なり第4フローチャートと同じ間隔で繰り返
され、センサ出力に基づく値の積算が不要であるため
に、第1フローチャートのステップ128及び129に
相当するリセットは省略される。このフローチャートに
おいて、まずステップ100において、第1HCセンサ
5の出力、すなわち、触媒担体2へ流入する排気ガスの
炭化水素濃度HCSFと、第2HCセンサ6の出力、す
なわち、触媒担体2から流出する排気ガスの炭化水素濃
度HCSRとが読み込まれ、ステップ200において、
次式(7)によって炭化水素浄化率HCPが算出され
る。 HCP=(1−HCSR/HCSF) ・・(7)
【0060】この炭化水素浄化率HCPは、触媒浄化能
力だけでなく、触媒空間速度(排気ガス量と触媒容量と
の比)によって変化する値である。これは、触媒空間速
度が大きい時には、触媒の浄化能力が高くても浄化され
ずに吹き抜ける炭化水素量が多くなるためである。従っ
て、ステップ300において、現在の触媒空間速度SV
Rが第4フローチャートのステップ410において算出
された現在の排気ガス量としての吸入空気量Qsmn
触媒容量Volで割ることによって算出され、ステップ
400において、図18に示すマップから現在の触媒空
間速度SVRに基づき補正係数をK5を決定し、これを
炭化水素浄化率HCPに乗算することによって現在の触
媒浄化能力ABn を算出するようになっている。図18
に示すマップは、触媒空間速度SVRが所定値より大き
い時には、炭化水素の吹き抜けにより浄化率が低下する
ことが考慮され補正係数K5が設定されている。
【0061】本フローチャートにおいて、第1フローチ
ャートで説明したと同様に、ステップ416及び417
に代えて、図13に示すような現在の触媒温度と現在の
触媒浄化能力とから評価値を直接的に決定するマップを
設けることも可能である。
【0062】触媒劣化判定装置10’は、この第4フロ
ーチャートに代えて図19に示す第5フローチャートに
従って触媒異常劣化状態を判断することも可能である。
前述した第2フローチャートとの違いについてのみ以下
に説明する。本フローチャートは、第4フローチャート
と同様に図17に示すフローチャートに従って第1及び
第2HCセンサの出力に基づき算出される触媒浄化能力
ABn をステップ505において読み込み、O2 ストレ
ージ能力に基づき算出される触媒浄化能力の代わりに使
用するものであり、ステップ508において積算された
触媒完全活性化以前の触媒浄化能力SABaと、ステッ
プ511において積算された触媒活性後の触媒浄化能力
SABbとを、信頼性の高い触媒活性後の積算値SAB
aを重視するように重み付けして合計し、この値が敷居
値α’を越える時に触媒異常劣化状態であると判断する
ものである。
【0063】また、触媒劣化判定装置10’は、第4フ
ローチャートに代えて図20及び21に示す第6フロー
チャートに従って触媒異常劣化状態を判断することも可
能である。前述した第3フローチャートとの違いについ
てのみ以下に説明する。本フローチャートは、第4フロ
ーチャートと同様に図17に示すフローチャートに従っ
て第1及び第2HCセンサの出力に基づき算出される触
媒浄化能力ABn をステップ605において読み込み、
2 ストレージ能力に基づき算出される触媒浄化能力の
代わりに使用するものであり、ステップ613において
触媒完全活性化以前の浄化能力の平均値SABb/nb
が敷居値β’より大きいか否かが判断され、ステップ6
14において触媒活性後の浄化能力の平均値SABa/
naが敷居値γ’より大きいか否かが判断され、いずれ
の判断も否定される時には、ステップ621において触
媒異常劣化状態であると判断し、いずれか一方のみが否
定される時には、ステップ620において触媒が仮異常
であると判断し、この仮異常が繰り返される時には、ス
テップ621において触媒異常劣化状態であると判断す
るものである。
【0064】このように、酸素センサを使用してO2
トレージ能力に基づき間接的に触媒浄化能力を把握する
ことに代えて、HCセンサを使用して直接的に触媒浄化
能力を把握することにより、現在の触媒浄化能力の把握
がより正確になり、触媒の劣化判定をさらに正確に行う
ことが可能となる。また、O2 ストレージ能力を有さな
い触媒においても劣化判定が可能となる。
【0065】図14に示す触媒劣化判定装置10’は、
触媒担体2の上流側及び下流側に配置された二つのHC
センサを使用するものであるが、図22に示す触媒劣化
判定装置10”のように、触媒担体2の下流側にだけH
Cセンサ7を配置して、現在の触媒浄化能力を図23に
示すフローチャートに基づき算出することも可能であ
る。これを以下に説明する。
【0066】まず、ステップ1000において、HCセ
ンサ7の出力、すなわち、触媒担体2から流出する排気
ガスの炭化水素濃度HCSRが読み込まれ、ステップ2
000において、触媒担体2へ流入する排気ガスの炭化
水素濃度KHCSFを現在の機関回転数に基づき図24
に示すマップから決定し、ステップ3000において、
次式(8)によって炭化水素浄化率HCP’が算出され
る。 HCP=(1−HCSR/KHCSF) ・・(8)
【0067】次に、前述同様、ステップ4000におい
て触媒の空間速度SVRを計算して、ステップ5000
において炭化水素浄化率HCP’を補正係数K5によっ
て補正し、現在の触媒浄化能力ABn ’を算出するよう
になっている。このように算出された触媒浄化能力AB
n ’を、前述した第4、第5、及び第6フローチャート
に使用することにより、単一のHCセンサによって触媒
異常劣化状態を判断することができる。
【0068】前述した第2、第3、第5、及び第6フロ
ーチャートにおいて、触媒活性時及び触媒不完全活性時
の浄化能力は、それぞれ複数回の検出値に基づき算出さ
れるが、これは本発明を限定するものではなく、触媒活
性時及び触媒不活性時における一回の検出値をそのまま
それぞれの浄化能力として使用することも可能であり、
これによっても、従来よりは触媒異常劣化状態の判断の
信頼性を向上することができる。
【0069】また、前述した第1及び第4フローチャー
トにおいて、現在の触媒温度は計算値を使用したが、も
ちろん、実測値を使用することも可能である。さらに、
前述した第1、第2、及び第3フローチャートにおい
て、現在の触媒浄化能力として触媒のO2 ストレージ能
力を算出したが、この算出にも図17に示すフローチャ
ートのように、触媒空間速度が大きい時に酸素の吹き抜
けが多く発生することを考慮して、触媒空間速度に基づ
く補正を実施することにより、さらに正確にO2ストレ
ージ能力、すなわち、触媒浄化能力を把握することが可
能となる。
【0070】
【発明の効果】このように、請求項1に記載の触媒劣化
判定装置によれば、敷居値決定手段が現在の触媒温度に
応じて触媒異常劣化状態を示す浄化能力の敷居値を決定
し、評価値決定手段が、浄化能力検出手段によって検出
された現在の浄化能力と敷居値決定手段によって決定さ
れた敷居値との差に応じた評価値を決定し、判断手段に
よって評価値の積算値が所定値を越える時に触媒異常劣
化状態であると判断するために、触媒不完全活性時にも
触媒異常劣化状態であるか否かの判断が行われ、この判
断には評価値の積算値が使用され、信頼性が高くない触
媒不完全活性時に検出される一回の浄化能力に基づき触
媒異常劣化状態であるか否かが判断されることはなく、
触媒活性時及び触媒不完全活性時の一方においてだけ浄
化能力が非常に低下するような触媒劣化の場合も含め触
媒異常劣化状態を正確に判断することが可能となる。
【0071】また、請求項2に記載の触媒劣化判定装置
によれば、算出手段が、触媒活性状態の時に浄化能力検
出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄化能力
とし、触媒不完全活性状態の時に浄化能力検出手段によ
り検出された浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力と
し、触媒活性時浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力よ
り重視するように重み付けして両者の和を算出し、判断
手段が算出手段により算出された和を所定の敷居値と比
較することによって触媒異常劣化状態であるか否かを判
断するために、この判断には、触媒活性時に検出された
浄化能力だけでなく触媒不完全活性時に検出された浄化
能力が考慮され、また、触媒活性時の信頼性の高い浄化
能力が重視され、触媒活性時及び触媒不完全活性時の一
方においてだけ浄化能力が非常に低下するような触媒劣
化の場合も含め触媒異常劣化状態を正確に判断すること
が可能となる。
【0072】また、請求項3に記載の触媒劣化判定装置
によれば、第1仮判断手段が、触媒活性状態の時に浄化
能力検出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄
化能力とし、これを第1敷居値と比較して触媒異常劣化
状態であるか否かの仮判断をし、第2仮判断手段が、触
媒不完全活性状態の時に浄化能力検出手段により検出さ
れた浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力とし、これを
第2敷居値と比較して触媒異常劣化状態であるか否かの
仮判断をし、主判断手段が第1仮判断手段及び第2仮判
断手段による仮判断の結果に基づき触媒異常劣化状態で
あるか否かを判断するために、この最終的な判断には、
触媒活性時に検出された浄化能力だけでなく触媒不完全
活性時に検出された浄化能力が考慮され、触媒活性時及
び触媒不完全活性時の一方においてだけ浄化能力が非常
に低下するような触媒劣化の場合も含め触媒異常劣化状
態を正確に判断することが可能となる。
【0073】また、請求項4に記載の触媒劣化判定装置
によれば、請求項2又は3に記載の触媒劣化判定装置に
おいて、触媒活性時浄化能力は、触媒活性状態の時に浄
化能力検出手段により検出された複数回の浄化能力に基
づき決定され、触媒不完全活性時浄化能力は、触媒不完
全活性状態の時に浄化能力検出手段により検出された複
数回の浄化能力に基づき決定されるために、前述した請
求項2又は3に記載の触媒劣化判定装置と同様な効果を
得られることに加えて、浄化能力検出手段によって実際
とは大きく異なる浄化能力が検出されるような場合にお
いて、この値は複数回の検出によってなまされるため
に、さらに正確に触媒異常劣化状態であるか否かを判断
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による触媒劣化判定装置が取り付けられ
た内燃機関の排気系の一部を示す概略図である。
【図2】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するため
の第1フローチャートの一部である。
【図3】第1フローチャートの図2に示された以外の部
分である。
【図4】図2及び3に示す第1フローチャートに使用さ
れる基本反応熱量決定のためのマップである。
【図5】図2及び3に示す第1フローチャートに使用さ
れる基本放熱量決定のためのマップである。
【図6】第1及び第2酸素センサの出力軌跡長を算出す
るためのフローチャートである。
【図7】図2及び3に示す第1フローチャートに使用さ
れる敷居値決定のためのマップである。
【図8】図2及び3に示す第1フローチャートに使用さ
れる評価値決定のためのマップである。
【図9】図8に示すマップの変更例を示すマップであ
る。
【図10】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するた
めの第2フローチャートである。
【図11】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するた
めの第3フローチャートの一部である。
【図12】第3フローチャートの図11に示された以外
の部分である。
【図13】触媒温度と触媒浄化能力とから評価値を決定
するためのマップである。
【図14】本発明によるもう一つの触媒劣化判定装置が
取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略図で
ある。
【図15】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するた
めの第4フローチャートの一部である。
【図16】第4フローチャートの図16に示された以外
の部分である。
【図17】第4、第5、及び第6フローチャートに使用
される触媒浄化能力を算出するためのフローチャートで
ある。
【図18】図17のフローチャートに使用される補正係
数決定のためのマップである。
【図19】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するた
めの第5フローチャートである。
【図20】触媒異常劣化状態であるか否かを判断するた
めの第6フローチャートの一部である。
【図21】第6フローチャートの図19に示された以外
の部分である。
【図22】本発明によるさらにもう一つの触媒劣化判定
装置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概
略図である。
【図23】図17のフローチャートに相当する触媒浄化
能力を算出するためのフローチャートである。
【図24】図23に示すフローチャートに使用される炭
化水素濃度を決定するためのマップである。
【符号の説明】
1…触媒コンバータ 2…触媒担体 3…第1酸素センサ 4…第2酸素センサ 5…第1HCセンサ 6…第2HCセンサ 7…HCセンサ 10,10’,10”…触媒劣化判定装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータと、前記触媒コンバータの現在の浄化能力を検出
    する浄化能力検出手段と、現在の触媒温度に応じて触媒
    異常劣化状態を示す浄化能力の敷居値を決定する敷居値
    決定手段と、浄化能力検出手段によって検出された現在
    の浄化能力と前記敷居値決定手段によって決定された前
    記敷居値との差に応じた評価値を決定する評価値決定手
    段と、前記評価値の積算値が所定値を越える時に触媒異
    常劣化状態であると判断する判断手段、とを具備するこ
    とを特徴とする触媒劣化判定装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータと、前記触媒コンバータの浄化能力を検出する浄
    化能力検出手段と、触媒活性状態の時に前記浄化能力検
    出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄化能力
    とし、触媒不完全活性状態の時に前記浄化能力検出手段
    により検出された浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力
    とし、前記触媒活性時浄化能力を前記触媒不完全活性時
    浄化能力より重視するように重み付けして両者の和を算
    出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記
    和を所定の敷居値と比較することによって触媒異常劣化
    状態であるか否かを判断する判断手段、とを具備するこ
    とを特徴とする触媒劣化判定装置。
  3. 【請求項3】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータと、前記触媒コンバータの浄化能力を検出する浄
    化能力検出手段と、触媒活性状態の時に前記浄化能力検
    出手段により検出された浄化能力を触媒活性時浄化能力
    とし、これを第1敷居値と比較して触媒異常劣化状態で
    あるか否かの仮判断をする第1仮判断手段と、触媒不完
    全活性状態の時に前記浄化能力検出手段により検出され
    た浄化能力を触媒不完全活性時浄化能力とし、これを第
    2敷居値と比較して触媒異常劣化状態であるか否かの仮
    判断をする第2仮判断手段と、前記第1仮判断手段及び
    前記第2仮判断手段による仮判断の結果に基づき触媒異
    常劣化状態であるか否かを判断する主判断手段、とを具
    備することを特徴とする触媒劣化判定装置。
  4. 【請求項4】 前記触媒活性時浄化能力は、触媒活性状
    態の時に前記浄化能力検出手段により検出された複数回
    の浄化能力に基づき決定され、前記触媒不完全活性時浄
    化能力は、触媒不完全活性状態の時に前記浄化能力検出
    手段により検出された複数回の浄化能力に基づき決定さ
    れることを特徴とする請求項2又は3に記載の触媒劣化
    判定装置。
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