(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記内燃機関の排気ガス中の有害成分を除去する触媒コンバータと、
上記運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、上記触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、上記触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、上記触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、上記触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、
上記触媒活性化判定手段によって上記触媒が活性化していると判定されたときのみ上記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と
を備えた触媒コンバータの劣化検出装置。
【請求項２】
内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途中に設けられた触媒コンバータと、
この触媒コンバータの上流側に設けられ上記排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第一の空燃比センサと、
上記触媒コンバータの下流側に設けられ上記排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第二の空燃比センサと、
上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、上記触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、上記触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、上記触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、上記触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、
上記触媒活性化判定手段によって上記触媒が活性化していると判定されたときのみ、上記第一、第二の空燃比センサからの出力信号に基づいて上記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と
を備えた触媒コンバータの劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関（以下「エンジン」と称する）の排気ガス浄化のための触媒コンバータの劣化検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気ガス浄化のために、該排気ガス中の有害成分であるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に除去する三元触媒を用いた触媒コンバータが用いられている。一方、エンジンの燃焼効率は該エンジンに吸入される混合気の空燃比により変化するため、該空燃比が運転状態に応じた最適値（例えば１４．７）となるように、空燃比フィードバック制御が行われている。この空燃比フィードバック制御においては、従来、エンジンの排気管の前記触媒コンバータよりも上流位置の排気管マニホールドの集合部分等にＯ2 センサ等の空燃比センサを設け、この空燃比センサからの信号により空燃比のフィードバック制御を行っていた（以下、「シングル空燃比センサシステム」と称する）。
【０００３】
しかるに、シングル空燃比センサシステムでは空燃比センサを１個のみ設けているので、該空燃比センサの出力特性のバラツキにより制御精度の悪化が生じる。そのため、かかる空燃比センサの出力特性のバラツキ、及びエンジンの燃料噴射弁等の部品のバラツキ、経時変化を保証するために、触媒コンバータの下流側に第二の空燃比センサを設けて、上流側の空燃比センサと共に二重に空燃比フィードバックを行う制御システム（以下、「ダブル空燃比センサシステム」と称する）が提案されている（例えば、米国特許第３，９３９，６５４号公報）。
【０００４】
このダブル空燃比センサシステムは、次の理由により触媒コンバータの下流側の空燃比センサの出力特性のバラツキが少なく、安定した空燃比フィードバック制御ができる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、種々の有害物質が触媒により除去されているので、空燃比センサの被毒が少ない。
（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。
【０００５】
ところで、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している限り、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、該車両のユーザが燃料として誤って有鉛ガソリンを使用するとか、車両使用中に何らかの原因でハイテンションコードが抜けて失火してしまった場合などには、触媒の機能が著しく低下することがある。前者の場合には、ユーザは全く気づかず、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、触媒を交換せずに車両を走行させ、触媒コンバータが劣化して排気ガスを浄化しないまま走行している場合がある。
【０００６】
上述のダブル空燃比センサシステムにおいては、触媒の機能が劣化すると、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2 等の未然ガスが下流側に排出されてしまうので、下流側の空燃比センサが影響を受け、出力特性が変化する場合がある。その結果、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘエミッションの悪化を来すという問題点があった。
【０００７】
このため、触媒コンバータの劣化を検出する触媒コンバータの劣化検出装置が提案されている。例えば、図１１は特開平５−９８９４９号公報に示された従来の触媒コンバータの劣化検出装置を示す図であり、図１１において、１はエンジン、１５はエンジン１の排気ガスを排出する排気管、１２は排気ガス中の有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒を収納する触媒コンバータ、１０は触媒コンバータ１２の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素成分の濃度に応じた空燃比信号Ｖ１を発生する第一の空燃比センサ、１１は触媒コンバータ１２の下流側に設けられ、同じく排気ガス中の酸素成分の濃度に応じた空燃比信号Ｖ２を発生する第二の空燃比センサ、１１１は触媒コンバータ１２中の触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置、１１２は該触媒が劣化したときに警報を発生する警報手段である。
【０００８】
次に動作について説明する。
この触媒コンバータの劣化検出装置では、触媒コンバータ１２の上、下流に設けられた空燃比センサ１０，１１からの出力電圧値である空燃比信号Ｖ１，Ｖ２と所定電圧値とで形成される面積相当値Ｓと、前記出力電圧値が該所定電圧値に対して反転する反転周期Ｔとが触媒劣化検出装置１１１で前記空燃比センサ１０，１１毎に演算され、また、触媒劣化検出装置１１１により、この面積相当値Ｓと反転周期Ｔあるいは両者の組み合わせにより触媒の劣化判定パラメータが演算され、この劣化判定パラメータを所定値と比較することにより触媒の劣化が判定される。触媒が劣化していると判定された場合には、警報手段１１２により警報が発せられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の触媒コンバータの劣化検出装置は以上のように構成されているので、触媒が十分に活性化していない場合には、劣化していない触媒であっても、劣化していると誤判定してしまう問題点があった。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、触媒コンバータ中の触媒が活性化している時、エンジンの運転状態から上記触媒コンバータの活性化を容易にかつ正確に判定でき、触媒コンバータの劣化の判定を正確に行うことのできる触媒コンバータの劣化検出装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る触媒コンバータの劣化検出装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、内燃機関の排気ガス中の有害成分を除去する触媒コンバータと、運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、触媒活性化判定手段によって触媒が活性化していると上記判定されたときのみ触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えるものである。
【００１２】
この発明に係る触媒コンバータの劣化検出装置は、内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途中に設けられた触媒コンバータと、この触媒コンバータの上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第一の空燃比センサと、触媒コンバータの下流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比信号を発生する第二の空燃比センサと、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段により逐次検出された運転状態を示す信号の値と当該信号の触媒温度が上昇する際における値との比較結果に基づいて、触媒コンバータにおける触媒温度の温度上昇を判定し、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあると判定されたとき触媒温度モニタカウンタを計数して、この触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定する触媒活性化判定手段と、触媒活性化判定手段によって触媒が活性化していると判定されたときのみ、上記第一、第二の空燃比センサからの出力信号に基づいて触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
参考例１．
先ず、本願発明による触媒コンバータの劣化検出装置の説明に入る前に、本願発明の理解を助ける参考例について説明する。図１は参考例１による触媒コンバータの劣化検出装置の基本的構成を示す機能ブロック図であり、図１１に示した従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明を省略する。図１において、Ｇはエンジン１から排気される排気ガス、Ａ１は触媒コンバータ１２中の触媒が活性化しているか否かを判定する触媒活性化判定手段、Ａ２は触媒コンバータ１２中の触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段、Ａ３はエンジン１の空燃比制御を行う空燃比制御手段である。
【００１４】
次に動作について説明する。エンジン１の排気ガスＧは、触媒コンバータ１２により有害成分が除去される。空燃比センサ１０，１１は排気ガスＧ中の酸素濃度を検出して、該排気ガスＧ中の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空燃比信号Ｖ１，Ｖ２を発生する。空燃比制御手段Ａ３はこの空燃比信号Ｖ１，Ｖ２に基づいてエンジン１の空燃比制御を行う。また、触媒活性化判定手段Ａ１は触媒コンバータ１２が活性化しているか否かを判定し、触媒劣化判定手段Ａ２に出力する。触媒劣化判定手段Ａ２は、触媒活性化判定手段Ａ１が、触媒コンバータ１２が活性化していると判定したときのみ、空燃比センサ１０，１１からの空燃比信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて触媒劣化の判定を行う。この触媒劣化判定手段Ａ２が触媒コンバータ１２の触媒が劣化していると判定したときは、警報手段１１２により警報を発する。
【００１５】
次に参考例１の具体的な構成について説明する。図２は参考例１のハードウェアの構成を示す構成図である。本図においても図１１に示した従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明を省略する。図２において、２は吸入する空気の粉塵を吸着して除去するエアクリーナ、３はエンジン１に混合気を供給する吸気管、４は吸気管３の下流側とエンジン１との接続部に形成されたインテークマニホールド、５は吸気管２の上流側に設けられた燃料噴射用のインジェクタである。
【００１６】
６は吸気管３からインテークマニホールド４を経てエンジン１に吸入される空気量を測定する熱線式空気量センサ（以下「ＡＦＳ」と称する）（運転状態検出手段）、７は吸気管３内のインジェクタ５の下流側に設けられたスロットル弁である。８はスロットル弁７のスロットル開度を検出するスロットルセンサ、９はスロットルセンサ８と一体構造のアイドルスイッチであり、スロットル弁７の全閉時にアイドリング運転状態を検出してオンする。
【００１７】
１３は昇圧トランスから成る点火コイル（運転状態検出手段）で、イグナイタ１４からの信号により点火を行うとともに、発生した点火信号をＥＣＵ２１へ送出する。１４は点火コイル１３の一次巻線を通電遮断するパワートランジスタから成るイグナイタ（運転状態検出手段）である。１６はエンジン１の冷却水温度Ｔを検出するサーミスタ型の水温センサ（運転状態検出手段）、１８は電源となるバッテリ、１７はバッテリ１８からの給電を開始させてイグニッション駆動させるためのキースイッチ、１９は種々の異常検出時に駆動される警報ランプである。
【００１８】
２０はエンジン１を搭載した車両の車軸の回転速度に比例した周波数のパルス信号を車速として出力する車速センサ（運転状態検出手段）、２１は該車両の各種の運転状態に応じてインジェクタ５及び警報ランプ１９等を駆動制御する電子式制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）（触媒活性化判定手段、触媒劣化判定手段）、２２は触媒コンバータ１２の触媒温度を検出する触媒温度センサである。ＥＣＵ２１には、ＡＦＳ６からの吸気量信号、スロットルセンサ８からのスロットル開度信号、アイドルスイッチ９からのアイドル信号、各空燃比センサ１０，１１からの空燃比信号Ｖ１，Ｖ２、点火コイル１３の通電遮断に基づく回転信号、水温センサ１６からの冷却水温度信号、車速センサ２０からの車速信号及び触媒温度センサ２２からの触媒温度信号が車両の運転状態を示す信号として入力される。
【００１９】
ＥＣＵ２１は、キースイッチ１７の閉成によりバッテリ１８から給電されて機能し、空燃比信号Ｖ１，Ｖ２及び運転状態に応答してインジェクタ５に対する燃料噴射量を生成して空燃比をフィードバック制御すると共に、異常発生時には警報ランプ１９に対する異常信号を生成する。また、イグナイタ１４に対する点火信号は、ＥＣＵ２１から生成されてもよい。
【００２０】
図３はＥＣＵ２１の具体的な構成を示すブロック図である。図３において、１００はマイクロコンピュータ、１０１は点火コイル１３から出力される回転信号を波形整形して割込信号ＩＮＴとし、マイクロコンピュータ１００に出力する第一入力インタフェース回路、１０２は触媒温度センサ２２からの触媒温度信号、空燃比センサ１０，１１からの空燃比信号Ｖ１，Ｖ２、ＡＦＳ６からの吸気量信号、水温センサ１６からの水温信号及びスロットルセンサ８からのスロットル開度信号を取り込み、マイクロコンピュータ１００のＡ／Ｄ変換器２０３に出力する第二入力インタフェース回路、１０３はアイドルスイッチ９からのアイドル信号及び車速センサ２０からの車速信号を取り込み、マイクロコンピュータ１００の入力ポート２０４に出力する第三入力インタフェース回路、１０４はマイクロコンピュータ１００の出力ポート２０７から出力される異常信号及び燃料噴射信号Ｊ等を警報ランプ１９、インジェクタ５に出力する出力インタフェース回路、１０５はキースイッチ１７を介してバッテリ１８に接続された電源回路である。
【００２１】
マイクロコンピュータ１００は、空燃比信号Ｖ１及びＶ２等に応じて空燃比フィードバック制御量（以下、単に空燃比制御量という）を算出するＣＰＵ２００と、点火コイル１３からの回転信号に基づいてエンジン１の回転周期を計測するフリーランニングのカウンタ２０１と、各種の制御のための計時を行うタイマ２０２と、第二入力インタフェース回路１０２を介して入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０３と、第三入力インタフェース回路１０３を介して入力されるアイドル信号を取り込む入力ポート２０４と、ＣＰＵ２００のワークメモリとして使用されるＲＡＭ２０５と、ＣＰＵ２００の動作プログラム等が記憶されたＲＯＭ２０６と、出力インタフェース回路１０４を介して各種制御信号及び燃料噴射信号Ｊを出力するための出力ポート２０７と、各要素２０１〜２０７をＣＰＵ２００に結合するコモンバス２０８とから構成される。
【００２２】
ＣＰＵ２００は、第一入力インタフェース回路１０１を介して割込信号ＩＮＴが入力されると、カウンタ２０１の値を読み取ると共に、カウンタ２０１の今回値と前回値との偏差からエンジン１の回転周期を算出してＲＡＭ２０５に格納する。
【００２３】
次に、以上の如く構成された参考例１による触媒コンバータの劣化検出装置の動作を、図４の機能ブロック図、図５、図６の波形図及び図７、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２４】
最初に、参考例１の空燃比制御の方法を説明する。図４はマイクロコンピュータ１００による空燃比フィードバック制御演算動作を図式的に示す機能ブロック図である。図４において、４１は第一の空燃比センサ１０からの空燃比信号Ｖ１に対してＰＩ（比例積分）制御を行う第一のＰＩコントローラ、４２は第二の空燃比センサ１１からの空燃比信号Ｖ２に対してＰＩ制御を行う第二のＰＩコントローラである。
【００２５】
各ＰＩコントローラ４１及び４２は、各空燃比信号Ｖ１及びＶ２に基づいて各空燃比制御量Ｃ１及びＣ２を演算するための演算手段を構成しており、第二の空燃比制御量Ｃ２は、第一の空燃比制御量Ｃ１に対する補正量として作用する。また、第一の空燃比制御量Ｃ１は空燃比補正量に相当し、これにより最終的なインジェクタ５に対する燃料噴射信号Ｊをフィードバック制御し、第二の空燃比信号Ｖ２を第二の目標値ＶＲ２に一致させるようになっている。
【００２６】
ＶＲ１及びＶＲ２は各空燃比信号Ｖ１及びＶ２に対して予め設定された空燃比制御用の第一及び第二の目標値であり、いずれも最適空燃比１４．７にほぼ対応する電圧値に設定されているが、第二の目標値ＶＲ２は、第一の目標値ＶＲ１よりもわずかに高い電圧値（リッチ側、すなわち１４．７より小さい空燃比に対応する）に設定されてもよい。
【００２７】
ＦＲはＡＦＳ６により検出した吸入空気量に対応した圧力から演算される基本燃料量、ＣＦは水温センサ１６により検出された水温及びスロットルセンサ８により検出されたスロットル開度に基づく加減速状態に対応した燃料補正量、ＫＦは目標燃料量に対するインジェクタ５の噴射時間補正係数、Ｑはインジェクタ５の駆動時間に対する無駄時間補正量である。
【００２８】
４３は第二の目標値ＶＲ２と空燃比信号Ｖ２との偏差ΔＶ２を求めて第二のＰＩコントローラ４２に入力する減算器、４４は第一の目標値ＶＲ１に第二の空燃比制御量Ｃ２を加算して補正目標値ＶＴ１を求める加算器、４５は補正目標値ＶＴ１と空燃比信号Ｖ１との偏差ΔＶ１を求めて第一のＰＩコントローラ４１に入力する減算器である。
【００２９】
加算器４４は、第一のＰＩコントローラ４１により演算される空燃比制御量Ｃ１を補正するための補正手段を構成している。
【００３０】
４６は第一のＰＩコントローラ４１からの空燃比制御量Ｃ１に基本燃料量ＦＲを乗算して目標燃料量Ｆ１を生成する乗算器、４７は目標燃料量Ｆ１に燃料補正量ＣＦを乗算して補正燃料量Ｆを生成する乗算器、４８は補正燃料量Ｆに噴射時間補正係数ＫＦを乗算してインジェクタ５の駆動時間Ｇを生成する乗算器、４９は駆動時間Ｇに無駄時間補正量Ｑを加算してインジェクタ５に対する最終的な燃料噴射信号Ｊを生成する加算器である。これらの乗算器４６〜４８及び加算器４９は、空燃比制御量Ｃ１を燃料噴射信号Ｊに変換するための制御量変換手段を構成している。
【００３１】
次に、図５の波形図を参照しながら、この参考例１の具体的な空燃比制御動作について説明する。
まず、図５の（２）に示すように、減算器４３は、触媒コンバータ１２の下流側の空燃比センサ１１からの第二の空燃比信号Ｖ２と第二の目標値ＶＲ２とを比較して偏差ΔＶ２（＝ＶＲ２−Ｖ２）を生成し、第二のＰＩコントローラ４２は、偏差ΔＶ２をＰＩ制御して空燃比制御量Ｃ２を演算する。
【００３２】
一方、図５の（１）に示すように、加算器４４は、第一の目標値ＶＲ１に空燃比制御量Ｃ２すなわち補正量を加算し、第一の空燃比センサ１１に対する補正目標値ＶＴ１（＝ＶＲ１＋Ｃ２）を生成する。また、図５の（３）に示すように、減算器４５は、触媒１０の上流側の第一の空燃比信号Ｖ１と補正目標値ＶＴ１とを比較して偏差ΔＶ１（＝ＶＴ１−Ｖ１）を生成し、第一のＰＩコントローラ４１は、偏差ΔＶ１をＰＩ制御してフィードバック用の空燃比制御量Ｃ１を演算する。
【００３３】
こうして、第一の空燃比信号Ｖ１に基づく空燃比制御量Ｃ１は、図５の（３）の破線で示す偏差ΔＶ２による補正のない状態から、図５の（３）の実線で示す偏差ΔＶ２ひいては第二の空燃比制御量Ｃ２により補正された状態となり、最終的な空燃比制御量となる。
【００３４】
次に、ＡＦＳ６により検出された吸入空気量から基本燃料量ＦＲを演算し、乗算器４６により、空燃比制御量Ｃ１に基本燃料量ＦＲを乗算して目標燃料量Ｆ１を求める。
【００３５】
続いて、水温センサ１６からの水温に基づいてエンジン１の暖気状態に対応した補正量を演算すると共に、この補正量とスロットルセンサ８からのスロットル開度とに基づいて加減速状態を検出し、加減速状態に対応した補正量等により燃料補正量ＣＦを演算する。そして、乗算器４７により、目標燃料量Ｆ１に燃料補正量ＣＦを乗算して、最終的な燃料噴射量に相当する燃料補正量Ｆを求める。
【００３６】
さらに、乗算器４８は、補正燃料量Ｆに噴射時間補正係数ＫＦを乗算してインジェクタ５の駆動時間Ｇを求め、加算器４９は、駆動時間Ｇに無駄時間補正量Ｑを加算して、インジェクタ５に対する最終的な燃料噴射信号Ｊを求める。
【００３７】
このように、第二の空燃比センサ１１からの空燃比信号Ｖ２を用いて、第一の空燃比センサ１０に対する目標値ＶＲ１を補正することにより、触媒コンバータ１２の下流側の空燃比信号Ｖ２が第二の目標値ＶＲ２となるように空燃比フィードバック制御が行われる。
【００３８】
すなわち、触媒コンバータ１２の下流側の空燃比信号Ｖ２がリーン側（空燃比が１４．７より大）を示せば、燃料噴射信号Ｊが長く設定されて、空燃比はリッチ側に制御される。また、触媒コンバータ１２の下流側の空燃比信号Ｖ２がリッチ側（空燃比が１４．７より小）を示せば、燃料噴射信号Ｊが短く設定されて、空燃比はリーン側に設定される。
【００３９】
ところで、触媒コンバータ１２が劣化すると第二の空燃比センサ１１の出力電圧である空燃比信号Ｖ２は変化する。この状態を図６に示す。
【００４０】
図６の（１）はエンジン１が定常運転をしている状態での、第一の空燃比センサ１０の出力電圧である空燃比信号Ｖ１の波形を示し、図６の（２）は触媒コンバータ１２の触媒が正常であるときの第二の空燃比センサ１１からの空燃比信号Ｖ２を示し、図６の（３）は前記触媒が劣化したときの空燃比信号Ｖ２の波形を示す。また、図６の（４）はエンジン１の定常運転時の触媒コンバータ１２の触媒温度Ｔｃを示す。
【００４１】
図６の（４）において、Ｔｃ１は触媒コンバータ１２中の触媒が効率よく酸化還元している活性化温度であり、触媒がこの活性化温度Ｔｃ１以上である期間ｔ０における、空燃比信号Ｖ２は、図６（２）より、触媒が正常である場合は、触媒の浄化作用により、ほぼ一定の電圧値を取る。また、図６（３）より、触媒が劣化している場合は、触媒の浄化作用が低下しているため、図６（１）の空燃比信号Ｖ１と同様に正弦波状の出力波形となる。この空燃比信号Ｖ２の波形の変化により触媒コンバータ１２中の触媒の劣化を検出できる。
【００４２】
しかしながら、図６の（２）〜（４）に示すように、触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１よりも低いとき、すなわち触媒が効率よく酸化還元反応を行っていないときには、空燃比信号Ｖ２は触媒が劣化していなくとも触媒劣化時と同様の波形を示し、空燃比信号Ｖ２の波形から触媒の劣化を判定すると、劣化していないのに劣化していると誤判定してしまうので、参考例１では触媒の温度が活性化温度Ｔｃ１以上になったときのみ触媒の劣化の判定を行う。
【００４３】
図７は、この触媒活性化の判定処理動作を示すフローチャートである。図７において、まず、マイクロコンピュータ１００は触媒温度センサ２２から、第二入力インタフェース回路１０２を介して触媒温度Ｔｃを読み込み（ステップＳＴ７０１）、この読み込まれた触媒温度ＴｃをＲＯＭ２０６に記憶された活性化温度Ｔｃ１と比較する（ステップＳＴ７０２）。
【００４４】
触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１よりも高いときには触媒が活性化していると判定して触媒活性化フラグを“１”として（ステップＳＴ７０３）、触媒活性化判定処理を終了する。また、触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１よりも低いときには、触媒は活性化していないと判定して触媒活性化フラグを“０”として（ステップＳＴ７０４）、触媒活性化判定処理を終了する。
【００４５】
次に、図８のフローチャートを参照しながら参考例１の触媒劣化判定処理動作を説明する。
触媒劣化の判定処理を行う場合には、まず、マイクロコンピュータ１００は、エンジン１の運転状態が所定の運転状態にあるか否かを判定する（ステップＳＴ８０１）。ここで、所定の運転状態とは触媒コンバータの劣化を判定するのに適した状態のことであり、エンジン１がそのアイドリング状態又は加減速状態を除いた定常状態にあることである。
【００４６】
また、この判定は、ＥＣＵ２１に入力される吸気量信号、スロットル開度信号、アイドル信号、回転信号、冷却水温度信号、車速信号等の運転状態を示す信号に基づいて行う。この判定の結果、エンジン１が所定運転状態になければ触媒劣化判定処理を終了する。
【００４７】
また、エンジン１が所定の運転状態にあれば、マイクロコンピュータ１００は、ステップＳＴ８０２に進み、触媒活性化フラグが“１”であるか否かを判定する。触媒活性化フラグが“１”でなければ、触媒劣化判定処理を終了する。触媒活性化フラグが“１”であれば触媒が活性化しているのであるから、マイクロコンピュータ１００は、触媒活性化の判定をするために第一、第二の空燃比センサ１０，１１の出力電圧である空燃比信号Ｖ１，Ｖ２を読み込む（ステップＳＴ８０３）。
【００４８】
次に、マイクロコンピュータ１００は、読み込んだ空燃比信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて触媒劣化判定パラメータＣＨＫを演算処理する（ステップＳＴ８０４）。この演算処理においては、まず空燃比信号と所定電圧値とにより形成されるグラフ上の面積相当値Ｓと、空燃比信号が前記所定電圧値に関して反転する周期Ｔｔとを、空燃比信号Ｖ１，Ｖ２につきそれぞれ求める。
【００４９】
空燃比信号Ｖ１につき求まった面積相当値をＳｆ、反転周期をＴｔｆ、空燃比信号Ｖ２につき求まった面積相当値をＳｒ、反転周期をＴｔｒとすると、触媒劣化判定パラメータＣＨＫは、演算式ＣＨＫ＝（Ｓｒ／Ｔｔｒ）／（Ｓｆ／Ｔｔｆ）により演算される。これはそれぞれ反転周期当たりの面積相当値の比を求めることとなる。
【００５０】
このようにして求めた触媒劣化判定パラメータＣＨＫを次に所定値と比較する（ステップＳＴ８０５）。触媒劣化判定パラメータＣＨＫが所定値より大きい場合、すなわち図６の（３）に示すように第二の空燃比信号Ｖ２が短い周期の間に大きな電圧値で変動し、その第一の空燃比信号Ｖ１の変動の割合に対する比が所定値より大きい場合には、マイクロコンピュータ１００は触媒コンバータ１２の触媒が劣化していると判定し（ステップＳＴ８０６）、警告ランプ１９を点灯し（ステップＳＴ８０７）、運転者に触媒の劣化を警告して触媒劣化判定処理を終了する。
【００５１】
また、触媒劣化判定パラメータＣＨＫが所定値より小さい場合、すなわち空燃比信号Ｖ２の変動が小さく空燃比信号Ｖ１の変動の割合に対する比が所定値より小さい場合には、マイクロコンピュータ１００は触媒が正常であると判定し（ステップＳＴ８０８）、警告ランプ１９が点灯している場合はそれを消灯し（ステップＳＴ８０９）、点灯していない場合にはそのままとして触媒劣化判定処理を終了する。以上の処理により触媒が活性化しているときのみ触媒コンバータ１２の劣化の判定が行われる。
【００５２】
なお、上記参考例１においては第一、第二の空燃比信号Ｖ１、Ｖ２から触媒劣化判定パラメータＣＨＫを求めたが、第二の空燃比信号Ｖ２のみから触媒劣化判定パラメータＣＨＫを求めるようにしてもよい。また、触媒劣化判定パラメータＣＨＫを比較する所定値はエンジン１の運転状態に応じて変化するようにしてもよい。
【００５３】
実施の形態１．
次に、本発明の実施の形態１について説明する。この実施の形態１のハードウェアの構成は図２及び図３に示した参考例１の構成と同一であるのでその説明を省略する。また、この実施の形態１の空燃比制御動作は、図４の機能ブロック図、図５の波形図を用いて説明した参考例１の空燃比制御動作と同一であるので、その説明も省略する。
【００５４】
以下、図９のフローチャート及び図１０の波形図を参照しながら本実施の形態の触媒活性化判定処理動作について説明する。
まず、マイクロコンピュータ１００のＣＰＵ（触媒活性化判定手段、触媒劣化判定手段）２００は、この触媒活性化判定処理がキースイッチ１７オン後初めての触媒活性化判定処理であるか否かを判定し（ステップＳＴ９０１）、初めての触媒活性化判定処理であれば触媒活性化フラグ（触媒活性化判定手段）を“０”とし、カウンタ（触媒温度モニタカウンタ）２０１の計数値（以下、「ＣＮＴ」と表記する）を“０”として（ステップＳＴ９０２）、ステップＳＴ９０３に進む。初めての触媒活性化判定処理でなければそのままステップＳＴ９０３に進む。
【００５５】
ステップＳＴ９０３では、マイクロコンピュータ１００は、前述した吸気量信号、スロットル開度信号、アイドル信号、回転信号、冷却水温度信号、車速信号等のエンジン１の運転状態を示す信号を読み込む。次に、マイクロコンピュータ１００は、読み込んだ信号により、エンジン１が触媒コンバータ１２の触媒温度Ｔｃが上昇する運転状態にあるか否かを判定する（ステップＳＴ９０４）。これは、図１０の（４）に示すように、例えばエンジン１の吸気量Ｑａが所定の吸気量Ｑａ１より多いか少ないかにより判定し、吸気量Ｑａが吸気量Ｑａ１より多いときに触媒温度Ｔｃが上昇する運転状態にあると判定する。
【００５６】
触媒温度Ｔｃが上昇する運転状態にあるときは、計数値ＣＮＴを１だけインクリメントし（ステップＳＴ９０５）、続いて触媒温度Ｔｃが触媒活性化の状態まで上昇したとき、すなわち活性化温度Ｔｃ１を取るときの最大計数値ＣＮＴｍａｘと現在の計数値ＣＮＴとを比較する（ステップＳＴ９０６）。
【００５７】
この比較により計数値ＣＮＴが最大計数値ＣＮＴｍａｘ以上であるときは計数値ＣＮＴを最大計数値ＣＮＴｍａｘとしてそのまま保持するとともに触媒活性化フラグを“１”とする（ステップＳＴ９０７）。
【００５８】
また、ステップＳＴ９０６での比較の結果計数値ＣＮＴが最大計数値ＣＮＴｍａｘよりも小さいときには、そのまま触媒活性化判定処理を終了する。計数値ＣＮＴが最大計数値ＣＮＴｍａｘよりも小さいということは、図１０の（５）に示すように、エンジン１は触媒コンバータ１２の触媒温度Ｔｃが上昇する運転状態にあるが（図１０の（４）のｔａ期間）、カウンタ２０１の計数値ＣＮＴがまだ最大計数値ＣＮＴｍａｘまで達していず、触媒コンバータ１２中の触媒が活性化する活性化温度Ｔｃ１まで温まっていないことを意味する。
【００５９】
また、計数値ＣＮＴが最大計数値ＣＮＴｍａｘ以上であるということは、図１０の（５），（６）に示すように、触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上で触媒が活性化時点ｔ１以降になっていることを示す。したがって、この場合には触媒活性化フラグを“１”として触媒が活性化していることを示すとともに、図１０（５）の如く、計数値ＣＮＴを最大計数値ＣＮＴｍａｘに保持するのである。
【００６０】
ステップＳＴ９０４の判断によりエンジン１の運転状態が、触媒温度Ｔｃが上昇する運転状態ではないと判定された場合には、カウンタ２０１の計数値ＣＮＴを１だけデクリメントし（ステップＳＴ９０８）、続いてこのデクリメントした計数値ＣＮＴが０より小さい、すなわち０か負であるか否かを判定する（ステップＳＴ９０９）。
【００６１】
計数値ＣＮＴが０か負である場合には、計数値ＣＮＴを０とすると共に触媒活性化フラグを“０”として（ステップＳＴ９１０）触媒活性化判定処理を終了し、計数値ＣＮＴが正である場合には、そのまま触媒活性化判定処理を終了する。
【００６２】
エンジン１が触媒温度Ｔｃを上昇させる運転状態にないということは、エンジン１の吸気量が図１０の（４）の吸気量Ｑａ１よりも少ない運転状態にあることを示し、計数値ＣＮＴが正であるということは、図１０の（５），（６）より、触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１より高く触媒は活性状態にあって、かつその活性状態にある期間ｔ０のうち触媒温度Ｔｃが下降している期間ｔｂにあることを意味する。
【００６３】
したがって、この場合には触媒活性化フラグを“１”のままにして触媒活性化判定処理を終了するのである。また、エンジン１が触媒温度Ｔｃを上昇させる運転状態になく、計数値ＣＮＴが０か負であるということは、図１０の（５）より、触媒コンバータ１２は図１０の（４）の期間ｔ０に入る以前の状態か、図１０の（５）の時刻ｔ２以後の状態にあることを意味し、したがってこの場合にはカウンタ２０１の計数値ＣＮＴを０とするとともに、触媒活性化フラグを“０”として触媒コンバータ１２が活性化していないことを表示するのである。
【００６４】
上記のようにして触媒の活性化が判定されると、上記参考例１と同様にして触媒の劣化判定処理が行われる。
【００６５】
本実施の形態においてはエンジン１の運転状態を判定するのに吸気量Ｑａを用いたが、これに限定されることなく、運転状態判定のための信号として、エンジン１の回転数信号、吸気管圧力信号、冷却水温度信号、車速信号等を組み合わせて、触媒コンバータ１２の温度上昇を判定するようにしてもよい。また、カウンタ２０１の計数値ＣＮＴの増減を判定する条件として、計数値ＣＮＴの増加条件、計数値ＣＮＴの減少条件として個別の設定し、若しくは計数値ＣＮＴの増減量を個別に設定する等の処理を追加することにより、より正確な触媒活性化判定が可能となる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、触媒コンバータの触媒温度が上昇する運転状態にあるとき計数される触媒温度モニタカウンタの計数値が、触媒が活性化温度を取るときの最大計数値以上となると、触媒コンバータ中の触媒が活性化していると判定すると共に、触媒が活性化していると判定されたときのみ触媒の劣化を判定するので、触媒コンバータの活性化を容易にかつ正確に判定でき、触媒の温度が酸化、還元反応できる温度以上に達していない状態で触媒の劣化判定を行った場合に生じる誤判定を回避して、正確で高精度に触媒コンバータの劣化の判定ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置の基本的構成を示す機能ブロック図である。
【図２】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置のハードウェアの構成を示す構成図である。
【図３】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置のＥＣＵの具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作を図式的に示す機能ブロック図である。
【図５】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作を示す波形図である。
【図６】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置のマイクロコンピュータによる空燃比フィードバック制御演算動作時の触媒正常時、劣化時の空燃比信号波形と触媒温度とを示す波形図である。
【図７】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図８】  参考例１の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒劣化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態１による触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】  実施の形態１の触媒コンバータの劣化検出装置の触媒活性化判定処理動作時の各種信号波形を示す波形図である。
【図１１】  従来の触媒コンバータの劣化検出装置の構成の一部を示す構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）、６  空気量センサ（運転状態検出手段）、１２  触媒コンバータ、１３  点火コイル（運転状態検出手段）、１４  イグナイタ（運転状態検出手段）、１６  水温センサ（運転状態検出手段）、２０  車速センサ（運転状態検出手段）、２２  触媒温度センサ、Ａ１  触媒活性化判定手段、Ａ２  触媒劣化判定手段、Ｇ  排気ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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