CN101050733A - 内燃机空燃比控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的空燃比控制装置。当在空燃比反馈控制中使用的氧浓度传感器的响应特性劣化时，该控制装置可进行更适当的氧浓度传感器输出的补偿，可良好地维持空燃比的控制性能。响应劣化诊断部(27)根据表示LAF传感器输出(VLAF)的响应特性的延迟时间参数(CLAFDT)计算一次延迟时间常数(T)。响应劣化补偿部(28)进行使用应用了一次延迟时间常数T的运算式的一次延迟补偿运算和低通滤波运算来计算补偿传感器输出(VLAFC)，并输出补偿传感器输出(VLAFC)。根据补偿传感器输出(VLAFC)计算检测当量比(KACT)，进行基于空燃比校正系数(KAF)的燃料供给控制，以使检测当量比(KACT)与目标当量比(KCMD)一致。

Description

内燃机空燃比控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机空燃比控制装置，特别涉及具有判定设置在排气系统内的氧浓度传感器的特性劣化的功能的内燃机空燃比控制装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种方法，即：根据内燃机的燃料供给切断运转开始时或者燃料供给重新开始时的氧浓度传感器的输出，判定该氧浓度传感器的劣化，当判定为氧浓度传感器劣化时，调节与该氧浓度传感器的输出对应的空燃比反馈控制的控制增益。

更具体地说，空燃比反馈控制的控制增益被调节为，氧浓度传感器的劣化程度越大就越小。

【专利文献1】日本特开平4-36651号公报

在空燃比反馈控制中，在使目标空燃比按图21(a)的细实线L1所示变化的情况下，只要氧浓度传感器不劣化，则根据传感器输出计算出的传感器检测空燃比AFS就按图21(a)的粗实线L2所示变化。而且，根据该传感器检测空燃比AFS通过PID控制而生成的空燃比控制信号SCTL按图21(a)的虚线L3所示变化。

当氧浓度传感器劣化时，传感器检测空燃比AFS按图21(b)的实线L2所示变化，空燃比控制信号SCTL按图21(b)的虚线L3所示大幅过冲。当在该状态下进行上述控制增益的调节时，传感器检测空燃比AFS和空燃比控制信号SCTL分别如图21(c)的实线L2和虚线L3所示。即，空燃比控制信号SCTL的过冲得到改善，但不能获得图21(a)的虚线L3所示的正常时的空燃比控制信号SCTL。在图21(b)和(c)中，由于氧浓度传感器劣化，因而认为，传感器检测空燃比AFS不表示实际空燃比，而空燃比控制信号SCTL表现出与实际空燃比的变化接近的空燃比变化特性(参照图21(a))。

发明内容

本发明是着眼于这一点而作成的，本发明的目的是提供一种当在空燃比反馈控制中使用的氧浓度传感器的响应特性劣化时，可进行更恰当的氧浓度传感器输出的补偿，可良好地维持空燃比的控制性能的内燃机空燃比控制装置。

为了达到上述目的，发明之一的内燃机空燃比控制装置，其控制提供给内燃机1的混合气的空燃比，该内燃机1在排气系统内具有排气净化用催化剂14a，其特征在于，该空燃比控制装置具有：第1氧浓度传感器17，其设置在上述催化剂14a的上游侧；补偿单元，其补偿该第1氧浓度传感器的响应延迟，并计算补偿传感器输出(VLAFC)；传感器劣化检测单元，其检测上述第1氧浓度传感器的响应劣化度(T)；调节单元，其根据由该传感器劣化检测单元检测出的劣化度(T)调节上述补偿单元的频率特性；以及控制单元，其控制上述空燃比，以使根据上述补偿传感器输出(VLAFC)所计算出的检测空燃比(KACT)与目标空燃比(KCMD)一致。

发明之二的特征在于，在发明之一的内燃机空燃比控制装置中，该空燃比控制装置还具有：吸入空气流量检测单元，其检测上述内燃机的吸入空气流量(GAIR)；第2氧浓度传感器18，其设置在上述催化剂14a的下游侧；流入氧气量计算单元，其基于按照上述补偿传感器输出(VLAFC)而计算出的氧浓度(O2N)和上述吸入空气流量检测单元所检测出的吸入空气流量(GAIR)来计算流入上述催化剂14a内的流入氧气量(OS)；空燃比切换控制单元，其根据上述流入氧气量(OS)与上述流入氧气量的目标值(OSOBJR，OSOBJL)之间的比较结果，把提供给上述内燃机的混合气的空燃比交替控制为与理论空燃比相比稀侧的稀空燃比和浓侧的浓空燃比；以及催化剂劣化检测单元，其在该空燃比切换控制单元的工作中，根据上述第2氧浓度传感器的输出(SVO2)检测上述催化剂的劣化程度(RESULT)。

发明之三的特征在于，在发明之二的内燃机空燃比控制装置中，该空燃比控制装置具有：切换单元，其根据由上述传感器劣化检测单元检测出的劣化度(T)，在上述第1氧浓度传感器的输出(VLAF)与上述补偿传感器输出(VLAFC)之间进行切换；上述控制单元和上述流入氧气量计算单元根据上述切换单元的输出来计算上述检测空燃比(KACT)和氧浓度(O2N)。

根据发明之一，根据检测出的劣化度来调节补偿单元的频率特性，该补偿单元检测设置在催化剂上游侧的第1氧浓度传感器的劣化度，补偿第1氧浓度传感器的响应延迟并计算补偿传感器输出。由此，可获得与第1氧浓度传感器未劣化时的传感器输出大致一致的补偿传感器输出。因此，通过控制混合气的空燃比，以使根据补偿传感器输出而计算出的检测空燃比与目标空燃比一致，可高精度地使实际空燃比与目标空燃比一致，即使在第1氧浓度传感器的响应劣化时，也能良好地维持空燃比控制性能。

根据发明之二，检测内燃机的吸入空气流量，根据该检测出的吸入空气流量和上述补偿传感器输出来计算流入催化剂内的流入氧气量，根据流入氧气量与流入氧气量的目标值之间的比较结果，进行把空燃比交替控制为与理论空燃比相比稀侧的稀空燃比和浓侧的浓空燃比的空燃比切换控制。而且，在空燃比切换控制中，根据第2氧浓度传感器的输出检测催化剂的劣化程度。通过把流入氧气量的目标值设定成，当催化剂正常时第2氧浓度传感器输出几乎不变化，而当催化剂劣化时第2氧浓度传感器输出大幅变化，从而在催化剂正常状态下完全不会使排气特性恶化，在催化剂开始劣化的时刻几乎不会使排气特性恶化，可迅速检测劣化程度。此外，通过使用补偿传感器输出，即使在第1氧浓度传感器的响应劣化时，也能适当地控制催化剂的流入氧气量，能可靠地防止排气特性的恶化。

根据发明之三，根据检测出的第1氧浓度传感器的劣化度，在第1氧浓度传感器的输出与补偿传感器输出之间进行切换。即，当劣化度小时，直接使用第1氧浓度传感器输出来计算检测空燃比和氧浓度，当劣化度增大时，在检测空燃比和氧浓度的计算中使用补偿传感器输出，从而不论第1氧浓度传感器的响应特性是否劣化，总是能进行准确的空燃比控制，并能进行不使排气特性恶化的催化剂劣化检测。

附图说明

图1是示出本发明一个实施方式的内燃机及其空燃比控制装置的结构的图。

图2是用于对催化剂劣化检测方法进行说明的图。

图3是示出进行氧浓度传感器的响应劣化补偿、空燃比控制以及催化剂劣化检测的模块结构的框图。

图4是示出进行氧浓度传感器的响应劣化补偿的响应劣化补偿部的结构的框图。

图5是示出图4所示的一次延迟补偿器的频率特性的图。

图6是实现构成图3所示模块的功能块的功能的处理的流程图。

图7是在图6的处理中执行的响应劣化诊断处理的流程图。

图8是用于对图7进行说明的时序图。

图9是示出在图7的处理中参照的表的图。

图10是在图6的处理中执行的扰动信号生成处理的流程图。

图11是在图6的处理中执行的扰动信号生成处理的流程图。

图12是示出在图11或图12的处理中参照的表的图。

图13是在图6的处理中执行的KCMD计算处理的流程图。

图14是用于对图13的处理进行说明的时序图。

图15是在图6的处理中执行的校正量(PO2C)计算处理的流程图。

图16是在图6的处理中执行的校正量(PO2C)计算处理的流程图。

图17是示出在图15的处理中参照的表的图。

图18是用于对图15和图16的处理进行说明的时序图。

图19是在图6的处理中执行的劣化判定处理的流程图。

图20是在图6的处理中执行的劣化判定处理的流程图。

图21是用于对现有技术的课题和本发明的效果进行说明的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明一个实施方式的内燃机(以下称为“发动机”)及其空燃比控制装置的整体结构图，在例如4缸发动机1的进气管2的中途配置有节气门3。节气门开度(TH)传感器4与节气门3连接，并输出与该节气门3的开度对应的电信号而提供给电子控制单元(以下称为“ECU”)5。

燃料喷射阀6按照每个气缸而设置，设置在发动机1与节气门3之间且进气管2的未作图示的进气门的稍靠上游侧，各喷射阀与未作图示的燃料泵连接，并与ECU 5电连接，根据来自该ECU 5的信号控制燃料喷射阀6的开启时间。

在节气门3的上游侧设置有检测吸入空气流量GAIR的吸入空气流量传感器7。并且，在节气门3的下游侧设置有检测进气压力PBA的进气压力传感器8以及检测进气温度TA的进气温度传感器9。这些传感器的检测信号被提供给ECU 5。

安装在发动机1主体上的发动机水温(TW)传感器10由热敏电阻等构成，检测发动机水温(冷却水温)TW，输出对应的温度信号而提供给ECU 5。

检测发动机1的曲轴(未作图示)旋转角度的曲轴角度位置传感器11与ECU 5连接，向ECU 5提供与曲轴的旋转角度相应的信号。曲轴角度位置传感器11由以下传感器组成，即：气缸判别传感器，其在发动机1的特定气缸的预定曲轴角度位置处输出脉冲(以下称为“CYL脉冲”)；TDC传感器，其对于各气缸的吸入行程开始时的上止点(TDC)，在预定曲轴角度前的曲轴角度位置(在4缸发动机中每180度曲轴角)输出TDC脉冲；以及CRK传感器，其以比TDC脉冲短的一定曲轴角周期(例如30度周期)产生1个脉冲(以下称为“CRK脉冲”)，CYL脉冲、TDC脉冲以及CRK脉冲被提供给ECU 5。这些脉冲在燃料喷射正时、点火正时等的各种定时控制、发动机转速NE的检测中使用。

在排气管13内设置有将三元催化剂14a和14b收容在1个容器内的催化剂单元15。

三元催化剂14a和14b具有氧蓄积能力，并具有以下功能，即：在提供给发动机1的混合气的空燃比被设定为与理论空燃比相比的稀侧、排气中的氧浓度较高的排气稀的状态下，蓄积排气中的氧，反之在提供给发动机1的混合气的空燃比被设定为与理论空燃比相比的浓侧、排气中的氧浓度低、HC、CO成分多的排气浓的状态下，使用所蓄积的氧来氧化排气中的HC、CO。

在催化剂单元15的上游侧安装有比例型氧浓度传感器17(以下称为“LAF传感器17”)，该LAF传感器17输出与排气中的氧浓度(空燃比)大致成正比的电信号，并提供给ECU 5。

在三元催化剂14a和14b之间安装有二值型氧浓度传感器(以下称为O2传感器)18，其检测信号被提供给ECU 5。该O2传感器18具有其输出在理论空燃比的前后急剧变化的特性，其输出在与理论空燃比相比的浓侧为高电平，在与理论空燃比相比的稀侧为低电平。并且，在三元催化剂14a内设置有检测其温度(以下称为“催化剂温度”)TCAT的催化剂温度传感器19，其检测信号被提供给ECU 5。

ECU 5由具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形、把电压电平校正为预定电平、把模拟信号值转换成数字信号值等的功能的输入电路、中央运算处理单元(以下称为“CPU”)、存储由该CPU执行的各种运算程序和运算结果等的存储电路、把驱动信号提供给上述燃料喷射阀6的输出电路等构成。

ECU 5的CPU根据上述各种发动机参数信号判别各种发动机运转状态，并根据该所判别的发动机运转状态，使用下式(1)运算与上述TDC信号脉冲同步进行开启动作的燃料喷射阀6的燃料喷射时间TOUT。

TOUT＝TIM×KCMD×KAF×K1+K2   (1)

其中，TIM是基本燃料量，具体地说是燃料喷射阀6的基本燃料喷射时间，是根据吸入空气流量GAIR检索所设定的TIM表来决定的。TIM表被设定成使提供给发动机的混合气的空燃比大致为理论空燃比。

KCMD是目标空燃比系数，在通常控制中是根据O2传感器输出SVO2来设定的。目标空燃比系数KCMD与空燃比A/F的倒数，即燃空比F/A成正比，在理论空燃比时取值1.0，因而也称为目标当量比。当进行后述的催化剂劣化判定时，目标空燃比系数KCMD被设定为把空燃比交替控制到与理论空燃比相比的浓侧和与理论空燃比相比的稀侧。

KAF是当反馈控制的执行条件成立时，通过PID(比例积分微分)控制或者使用自适应控制器(Self Tuning Regulator)的自适应控制而计算成使根据LAF传感器17的输出VLAF计算出的检测当量比KACT与目标当量比KCMD一致的空燃比校正系数。当LAF传感器17的检测值与O2传感器18的检测值产生偏差时，根据后述的校正量PO2C校正检测当量比KACT，计算校正当量比KACTM。即，空燃比校正系数KAF被计算成使校正当量比KACTM与目标当量比KCMD一致。

K1和K2分别是根据各种发动机参数信号所运算的其它校正系数和校正变量，并被确定为实现与发动机运转状态对应的燃料效率特性、发动机加速特性等诸特性的最优化的预定值。

ECU 5的CPU根据按上述这样求出的燃料喷射时间TOUT，经由输出电路向燃料喷射阀6提供开启燃料喷射阀6的驱动信号。并且，ECU 5的CPU如以上说明那样进行三元催化剂14a的劣化判定。另外，当判定为三元催化剂14a已发生劣化时，估计为三元催化剂14b也大致同样劣化，进行例如警告灯的亮灯。

三元催化剂的劣化判定是根据当以理论空燃比为中心使提供给发动机1的混合气的空燃比变动时(交替进行稀运转和浓运转时)的O2传感器输出SVO2来进行的。这样交替执行稀运转和浓运转的控制在以下称为“扰动控制”。具体地说，执行稀运转，以便把正常的三元催化剂可蓄积、而劣化的三元催化剂不可蓄积程度的量的氧提供给三元催化剂，之后切换到浓运转来执行浓运转，以便将所蓄积的氧大致全部排放。当执行这种扰动控制时，只要三元催化剂未劣化，如图2(a)所示，O2传感器18的输出SVO2几乎不变化，然而当三元催化剂劣化时，如图2(b)所示大幅变化。因此，在本实施方式中，通过检测该差异，来进行三元催化剂的劣化判定。

图3是示出进行LAF传感器17的响应劣化诊断、空燃比控制以及三元催化剂的劣化判定的模块的结构框图。构成该模块的各功能块的功能实际上是通过ECU 5的CPU的运算处理来实现的。

图3所示的模块具有：响应劣化诊断部27，其根据LAF传感器17的输出VLAF进行LAF传感器17的响应劣化诊断；响应劣化补偿部28，其进行LAF传感器输出VLAF的响应劣化补偿运算，并输出补偿传感器输出VLAFC；开关部29；KACT计算部30，其把从开关部29输出的LAF传感器输出VLAF或者补偿传感器输出VLAFC转换成当量比，并计算检测当量比KACT；减法部31；KCMDB计算部32，其计算目标当量比的基本值KCMDB；PO2C计算部33，其计算对检测当量比KACT进行校正的校正量PO2C；加法部34；KAF计算部35，其计算空燃比校正系数KAF；以及劣化判定部36，其进行三元催化剂14a的劣化判定。

如图4所示，响应劣化补偿部28由一次延迟补偿器41和低通滤波器42构成。响应劣化诊断部27根据开始切断向发动机1的燃料供给的燃料切断运转时的LAF传感器输出VLAF来计算一次延迟时间常数T，并根据一次延迟时间常数T生成切换控制信号SWCTL。具体地说，当一次延迟时间常数T小于等于预定时间TDTH(例如200毫秒)时，把切换控制信号SWCTL设定为“0”，当一次延迟时间常数T大于预定时间TDTH时，把切换控制信号SWCTL设定为“1”。开关部29当切换控制信号SWCTL是“0”时，选择LAF传感器输出VLAF，当切换控制信号SWCTL是“1”时，选择补偿传感器输出VLAFC。

一次延迟补偿器41使用下式(2)计算一次延迟补偿输出VLAFC1。其中，k是以运算执行周期(例如10毫秒)进行了离散化的运算时刻，TD是与从响应劣化诊断部27输入的一次延迟时间常数T对应的时间常数参数。在本实施方式中，由于把运算周期设定为10毫秒，因而时间常数参数TD为T[ms]/10[ms]。一次延迟补偿器41是强调输入信号的高频成分来进行放大的放大器，其频率特性如图5所示。图5的实线所示的频率特性C1与一次延迟时间常数T为300毫秒的情况相对应，虚线所示的频率特性C2与一次延迟时间常数T为720毫秒的情况相对应。

VLAFC1(k)＝(TD+1)VLAF(k)-TD·VLAF(k-1)   (2)

低通滤波器42是以去除噪声成分为目的而插入的装置，把一次延迟补偿输出VLAFC1代入下式(3)，计算补偿传感器输出VLAFC。基于式(3)的低通滤波器运算的截止频率被设定为例如5Hz左右。

VLAFC(k)＝

b0·VLAFC1(k)+b1·VLAFC1(k-1)+…

+bm·VLAFC1(k-m)

+a1·VLAFC(k-1)+a2·VLAFC(k-2)+…

+an·VLAFC(k-n)                          (3)

其中，b0～bm和a1～an是滤波器系数，m和n分别被设定为例如3和2。

减法部31通过从检测当量比KACT中减去校正量PO2C，来计算校正当量比KACTM。KCMDB计算部32根据吸入空气流量GAIR、校正当量比KACTM以及O2传感器输出SVO2来计算基本值KCMDB。更具体地说，KCMDB计算部32设定基本值KCMDB，以便执行交替进行浓运转和稀运转的扰动控制。

PO2C计算部33根据吸入空气流量GAIR、校正当量比KACTM以及O2传感器输出SVO2计算检测当量比KACT的校正量PO2C。该校正量PO2C是用于校正由于LAF传感器17的检测特性的经时变化(但响应劣化除外)或者发动机1的运转状态变化而产生的检测当量比KACT的偏差的参数。

加法部34通过对基本值KCMDB加上校正量PO2C，来计算目标当量比KCMD。KAF计算部35计算空燃比校正系数KAF，以使校正当量比KACTM与目标当量比KCMD一致。

并且，劣化判定部36根据执行扰动控制时的O2传感器输出SVO2进行三元催化剂14a的劣化判定。

图6是实现上述的响应劣化诊断部27、响应劣化补偿部28、开关部29、KACT计算部30、减法部31、KCMDB计算部32、PO2C计算部33、加法部34以及劣化判定部36的功能的运算处理的主例程的流程图。该处理由ECU 5的CPU每隔预定时间(例如10毫秒)执行。

在步骤S1中，执行图7所示的响应劣化诊断处理，计算一次延迟时间常数T。在步骤S2中，判别计算出的一次延迟时间常数T是否大于预定时间TDTH，当该回答是否定(“否”)，即LAF传感器17的响应特性未劣化时，直接进到步骤S4。

当在步骤S2中T＞TDTH时，进行基于上述式(2)和(3)的响应劣化补偿运算，计算补偿传感器输出VLAFC(步骤S3)。在步骤S4中，根据LAF传感器输出VLAF或补偿传感器输出VLAFC计算检测当量比KACT。

在步骤S5中，执行图10和图11所示的处理，生成用于使空燃比变化的扰动信号。具体地说，扰动信号的生成相当于把空燃比切换参数KOSFB设定为“1”或“-1”。在步骤S6中，执行图13所示的处理，根据空燃比切换参数KOSFB进行目标空燃比系数KCMD的设定。目标空燃比系数KCMD在通常控制中是根据O2传感器18的输出SVO2来设定的，而当进行三元催化剂的劣化判定时，是根据在步骤S5中设定的空燃比切换参数KOSFB来设定的。由此，进行空燃比的扰动控制。

在步骤S7中，执行图15和图16所示的处理，计算检测当量比KACT的校正量PO2C。

在步骤S8中，执行图19和图20所示的处理，根据扰动控制中的O2传感器输出SVO2，计算表示三元催化剂14a的劣化程度的判定参数RESULT，并且当判定参数RESULT超过劣化判定阈值RSTTH时，判定为三元催化剂14a异常。

图7是在图6的步骤S1中执行的响应劣化诊断处理的流程图。并且，图8是用于对图7的处理进行说明的时序图，一并参照两图。

在步骤S201中，判别是否是燃料切断运转中(图8，FFC＝1)，当不是燃料切断运转中(FFC＝0)时，把输出电平参数CALLAFDT和延迟时间参数CLAFDT全都设定为“0”(步骤S202)，结束本处理。

当是燃料切断运转中时，从步骤S201进到S203，判别LAF传感器输出VLAF是否高于预定传感器输出值VLAFL(例如3.0V)。由于燃料切断运转刚开始，步骤S203的回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S205。当LAF传感器输出VLAF超过预定传感器输出值VLAFL时，从步骤S203进到S204，把输出电平参数CALLAFDT设定为“1”。之后进到步骤S205。

在步骤S205中，把燃料切断运转中的LAF传感器输出的最大值VLAFFC(例如4.04V)和预定传感器输出值VLAFL代入下式(4)，计算传感器输出阈值VLAFH。

VLAFH＝VLAFFC-(1-0.63)×(VLAFFC-VLAFL)    (4)

在步骤S206中，判别LAF传感器输出VLAF是否高于传感器输出阈值VLAFH。由于最初该回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S208，判别输出电平参数CALLAFDT是否是“1”。由于最初该回答也为否定(“否”)，因而进到步骤S210，判别输出电平参数CALLAFDT是否是“2”。由于最初该回答也为否定(“否”)，因而直接结束本处理。

当LAF传感器输出VLAF上升且超过预定传感器输出值VLAFL时(图8，时刻tr1)，在步骤S204中把输出电平参数CALLAFDT设定为“1”。结果，步骤S208的回答变为肯定(“是”)，使延迟时间参数CLAFDT加“1”(步骤S209)。之后反复执行步骤S209，增加延迟时间参数CLAFDT，直到步骤S206的回答变为肯定(“是”)。

当在步骤S206中，LAF传感器输出VLAF超过传感器输出阈值VLAFH时(图8，时刻tr2)，进到步骤S207，把输出电平参数CALLAFDT设定为“2”。此时的延迟时间参数CLAFDT的值成为与从图8的时刻tr1到tr2的时间(延迟时间)成正比的值。

通过执行步骤S207，步骤S208的回答变为否定(“否”)，而且步骤S210的回答变为肯定(“是”)，进到步骤S211，根据延迟时间参数CLAFDT检索图9所示的T表，计算一次延迟时间常数T。

通过图7的处理，根据表示LAF传感器输出的响应特性的延迟时间参数CLAFDT计算一次延迟时间常数T。然后，当一次延迟时间常数T大于预定时间TDTH时，根据使用代入了一次延迟时间常数T的式(2)和进行低通滤波处理的式(3)所计算出的补偿传感器输出VLAFC来计算检测当量比KACT，而不使用LAF传感器输出VLAF。因此，即使在LAF传感器17的响应特性劣化的情况下，也能高精度地进行以下说明的空燃比控制和催化剂劣化检测。

图10和图11是在图6的步骤S5中执行的扰动信号生成处理的流程图。

在步骤S10中，通过从检测当量比KACT中减去校正量PO2C，计算校正当量比KACTM。在步骤S11中，根据校正当量比KACTM检索图12(a)所示的O2N表，计算与排气中的氧浓度成正比的氧浓度参数O2N。O2N表被设定成，在与理论空燃比相当的氧浓度O2ST(KACTM＝1.0)时氧浓度参数O2N为“0”，当由LAF传感器17检测出的氧浓度高于氧浓度O2ST时(当空燃比在与理论空燃比相比的稀侧时)取正值，当低于氧浓度O2ST时(当空燃比在与理论空燃比相比的浓侧时)取负值。

在步骤S12中，根据吸入空气流量GAIR检索图12(b)所示的OSC表，计算作为劣化催化剂基准的基准氧量OSC[g]。OSC表被设定成，吸入空气流量GAIR越大，基准氧量OSC就越小。吸入空气流量GAIR越大，排气通过三元催化剂的时间就越短，另一方面，只要催化剂温度以及流入三元催化剂内的排气中的氧浓度(a)与三元催化剂内的排气中的氧浓度(b)之差(b-a)恒定，三元催化剂中的反应速度(氧的蓄积速度)就大致恒定。因此，吸入空气流量GAIR越大，可蓄积在三元催化剂内的氧量就越少。因此，按图12(b)所示来设定OSC表。

在步骤S13中，根据催化剂温度TCAT检索图12(c)所示的KTCATR表，计算第1温度校正系数KTCATR。KTCATR表被设定成，第1温度校正系数KTCATR取负值，并且催化剂温度TCAT越高，第1温度校正系数KTCATR就越小(KTCATR的绝对值越大)。

在步骤S14中，根据催化剂温度TCAT检索图12(d)所示的KTCATL表，计算第2温度校正系数KTCATL。KTCATL表被设定成，第2温度校正系数KTCATL取正值，并且催化剂温度TCAT越高，第2温度校正系数KTCATL就越大。

在步骤S15中，把基准氧量OSC、温度校正系数KTCATR和KTCATL代入下式(5)、(6)，计算浓侧极限值OSOBJR和稀侧极限值OSOBJL。

OSOBJR＝OSC×KTCATR            (5)

OSOBJL＝OSC×KTCATL            (6)

这样计算出的浓侧极限值OSOBJR和稀侧极限值OSOBJL是在步骤S18中计算的第1流入氧气量OS的目标值，作为用于确定切换空燃比的时刻的阈值，在后述的步骤S31或S32中使用。稀侧极限值OSOBJL相当于正常的三元催化剂可蓄积、而劣化的三元催化剂不可蓄积程度的流入氧气量，浓侧极限值OSOBJR被设定为绝对值与稀侧极限值OSOBJL大致相等的负值。换句话说，浓侧极限值OSOBJR和稀侧极限值OSOBJL被设定成，当三元催化剂正常时O2传感器输出SVO2几乎不变化，而当三元催化剂劣化时O2传感器输出SVO2大幅变化。

在步骤S16中，判别计数器CDO2的值是否小于预定值CCR0(例如2)。计数器CDO2是在后述的图15的步骤S112中递增的计数器，对计算校正量PO2C所需参数的计算次数进行计数。在扰动控制开始后，可在O2传感器输出SVO2至少反转2次(从表示稀空燃比的值变化为表示浓空燃比的值或者相反地变化)的时刻，计算校正量PO2C。因此，当在步骤S16中，CDO2＜CCR0时，使用下式(7a)和(7b)来减小浓侧极限值OSOBJR，并增大稀侧极限值OSOBJL(步骤S17)。

OSOBJR＝OSOBJR-ΔOS            (7a)

OSOBJL＝OSOBJL+ΔOS            (7b)

通过步骤S16和S17，可使O2传感器输出SVO2可靠地反转CCR0次，可计算校正量PO2C。

在步骤S18中，把氧浓度参数O2N代入下式(8)来计算流入氧气流量O2，把流入氧气流量O2代入下式(9)来计算第1流入氧气量OS，并把空燃比切换参数的上次值KOSFBZ设定为当前次值KOSFB。

O2＝O2N×GAIRAVE               (8)

OS＝OS+O2                      (9)

其中，GAIRAVE是吸入空气流量GAIR的例如6个左右的数据的移动平均值，式(9)的右边的OS是上次计算值。平均空气流量GAIRAVE的计算处理(未作图示)与CRK脉冲的产生同步执行。

在步骤S19中，判别空燃比切换参数KOSFB是否是“-1”，当该回答是肯定(“是”)即是稀运转中时，判别复位标志FRESETOS是否是“1”(步骤S25)。当变更了空燃比切换参数KOSFB的值时(参照步骤S38、S40)，复位标志FRESETOS被设定为“1”。当空燃比切换参数KOSFB刚变更为“-1”时，步骤S25的回答为肯定(“是”)，因而进到步骤S28，判别流入氧气流量O2是否是正值。在稀运转刚开始时，步骤S28的回答为否定(“否”)，直接进到步骤S32(图11)。当进行稀运转而排气中的氧浓度增高时，步骤S28的回答为肯定(“是”)，进到步骤S29，把第1流入氧气量OS设定为“0”，并使复位标志FRESETOS归“0”。之后进到步骤S32。

当复位标志FRESETOS归为“0”时，步骤S25的回答为否定(“否”)，进到步骤S26，判别第1流入氧气量OS是否是负值。由于通常该回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S32。当第1流入氧气量OS为负值时，复位到“0”(步骤S27)，进到步骤S32。

在步骤S32中，判别第1流入氧气量OS是否大于稀侧极限值OSOBJL。由于在稀运转刚开始时该回答为否定(“否”)，因而进到步骤S33，判别是否O2传感器输出SVO2小于与和理论空燃比相比稍靠稀侧的空燃比相当的第1稀侧预定值SVO2LEAN、且下游侧氧浓度参数KOSLEAN是“1”(步骤S33)。下游侧氧浓度参数KOSLEAN是当O2传感器输出SVO2是表示稀空燃比的值时被设定为“0”的参数(参照步骤S39)。由于通常该回答为否定(“否”)，因而进到步骤S35，判别是否O2传感器输出SVO2大于与和理论空燃比相比稍靠浓侧的空燃比相当的第1浓侧预定值SVO2RICH(＞SVO2LEAN)、且下游侧氧浓度参数KOSLEAN是“0”。由于通常该回答也为否定(“否”)，因而直接进到步骤S41。

之后当继续稀运转时，第1流入氧气量OS逐渐增加。然后，当在步骤S32中第1流入氧气量OS超过稀侧极限值OSOBJL时，进到步骤S40，把空燃比切换参数KOSFB设定为“1”，并把复位标志FRESETOS设定为“1”。由此，开始浓运转。

当空燃比切换参数KOSFB从“-1”变更为“1”时，从步骤S19进到步骤S20，判别复位标志FRESETOS是否是“1”。由于最开始步骤S20的回答为肯定(“是”)，因而进到步骤S23，判别流入氧气流量O2是否是负值。在浓运转刚开始时，步骤S23的回答为否定(“否”)，直接进到步骤S31(图11)。当开始浓运转而排气中的氧浓度下降时，步骤S23的回答为肯定(“是”)，进到步骤S24，把第1流入氧气量OS设定为“0”，并使复位标志FRESETOS归为“0”。之后进到步骤S31。第1流入氧气量OS在以后的浓运转中取负值。这意味着，还原剂(HC，CO)被提供给三元催化剂14a，并且所蓄积的氧用于还原剂的氧化而减少(流出)。

当复位标志FRESETOS归为“0”时，步骤S20的回答为否定(“否”)，进到步骤S21，判别第1流入氧气量OS是否是正值。由于通常该回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S31。当第1流入氧气量OS为正值时，复位到“0”(步骤S22)，进到步骤S31。

在步骤S31中，判别第1流入氧气量OS是否小于浓侧极限值OSOBJR。由于在浓运转刚开始时该回答为否定(“否”)，因而进到步骤S33。通常，步骤S33和S35的回答全都为否定(“否”)。

之后当继续浓运转时，第1流入氧气量OS逐渐减少(负值的绝对值增加)。然后，当在步骤S31中第1流入氧气量OS低于浓侧极限值OSOBJR时，进到步骤S38，把空燃比切换参数KOSFB设定为“-1”，并把复位标志FRESETOS设定为“1”。由此，开始稀运转。

当三元催化剂14a的劣化不断进行时，有时在稀运转中步骤S33的回答为肯定(“是”)。此时，从步骤S33进到步骤S39，把下游侧氧浓度参数KOSLEAN设定为“0”。之后进到步骤S40，转移到浓运转。即，在该情况下，在第1流入氧气量OS超过稀侧极限值OSOBJL之前，进行向浓运转的切换。此外，也有时在浓运转中步骤S35的回答为肯定(“是”)。此时，从步骤S35进到步骤S37，把下游侧氧浓度参数KOSLEAN设定为“1”。之后进到步骤S38，转移到稀运转。即，在该情况下，在第1流入氧气量OS低于浓侧极限值OSOBJR之前，进行向稀运转的切换。

除了O2传感器输出SVO2以外，还使用下游侧氧浓度参数KOSLEAN来进行判定，这是为了通过迟滞作用防止控制波动。

通过上述步骤S16、S17、步骤S33、S35、S37和S39，可使O2传感器输出SVO2反转，可靠地计算校正量PO2C。并且，即使在三元催化剂14a劣化、在第1流入氧气量OS超过极限值OSOBJL或OSLBJR之前O2传感器输出SVO2发生了变化的情况下，也能防止排气特性恶化。

在步骤S41中，根据催化剂温度TCAT检索图12(e)所示的KTCATD表，计算第3温度校正系数KTCATD。KTCATD表与KTCATL表一样被设定成，催化剂温度TCAT越高，第3温度校正系数KTCATD就越大，而且在相同催化剂温度TCAT下，变为大于第2温度校正系数KTCATL的值。

在步骤S42中，把第3温度校正系数和在步骤S12中计算出的基准氧量OSC代入下式(10)，计算禁止判定阈值OSDISABLE。

OSDISABLE＝OSC×KTCATD             (10)

在步骤S43中，判别第1流入氧气量OS的绝对值是否大于禁止判定阈值OSDISABLE，当该回答是肯定(“是”)时，把禁止标志FDISABLEOS设定为“1”(步骤S45)。当|OS|≤OSDISABLE时，把禁止标志FDISABLEOS设定为“0”(步骤S44)。当禁止标志FDISABLEOS被设定为“1”时，中止催化剂的劣化判定(参照图19，步骤S71)。

例如，在节气门开度急剧变化时空燃比控制不能迅速跟随吸入空气量的变化的情况下，存在第1流入氧气量OS的绝对值异常增大的可能性。在这种情况下，不能进行准确的劣化判定，因而通过禁止劣化判定，可防止判定精度的下降。

图13是在图6的步骤S6中执行的KCMD计算处理的流程图。

在步骤S51中，判别是否正在执行空燃比的扰动，当该回答是肯定(“是”)时，判别在图10和图11的处理中所设定的空燃比切换参数KOSFB是否等于其上次值KOSFBZ(步骤S52)。

当步骤S51或S52的回答是否定(“否”)，即未执行扰动时，或者当空燃比切换参数KOSFB的值变化时，把目标空燃比系数的基本值KCMDB设定为“1.0”(步骤S53)，进到步骤S54。当KOSFB＝KOSFBZ时，直接进到步骤S54。

在步骤S54中，判别空燃比切换参数KOSFB是否是“1”。当该回答是肯定(“是”)时，使用下式(11)更新基本值KCMDB(步骤S55)。

KCMDB＝KCMDB+ΔKCMD            (11)

其中，ΔKCMD是预定更新值，被设定为例如0.0002。

当空燃比切换参数KOSFB是“1”时，通过重复执行步骤S55，基本值KCMDB从“1.0”开始逐渐增加。即，空燃比逐渐向浓方向变化。

当在步骤S54中，KOSFB＝-1时，使用下式(12)更新基本值KCMDB(步骤S56)。

KCMDB＝KCMDB-ΔKCMD            (12)

因此，当空燃比切换参数KOSFB是“-1”时，通过重复执行步骤S56，基本值KCMDB从“1.0”开始逐渐减小。即，空燃比逐渐向稀方向变化。

在步骤S57～S60中，进行计算出的基本值KCMDB的限值处理。即，当基本值KCMDB大于上限值KCMDH(例如1.03)时，把基本值KCMDB设定为上限值KCMDH(步骤S57、S58)，当基本值KCMDB小于下限值KCMDL(例如0.97)时，把基本值KCMDB设定为下限值KCMDL(步骤S59、S60)。

在步骤S61中，通过对基本值KCMDB加上校正量PO2C，计算目标空燃比系数(目标当量比)KCMD。

通过图13的处理，如图14所示，基本值KCMDB根据空燃比切换参数KOSFB的值(图14(a))，按图14(b)所示变化。

图15和图16是在图6的步骤S7中执行的PO2C计算处理的流程图。

在步骤S101中，判别是否是空燃比的扰动执行中，当该回答是否定(“否”)时，进到步骤S102，进行在本处理中使用的参数的初始化。即，把吸入空气量GAIRSUM、第2流入氧气量OSSVO2、峰值流入氧气量OSCSVO2、校正量PO2C以及计数器CDO2的值全都设定为“0”。吸入空气量GAIRSUM是在步骤S117中计算出的吸入空气流量GAIR的积分值，第2流入氧气量OSSVO2是在步骤S117中计算出的流入三元催化剂14a内的氧气量。

在步骤S103中，判别O2传感器输出SVO2是否大于与和理论空燃比相比稍靠浓侧的空燃比相当的第2浓侧预定值SVO2OBJH(被设定为比第1浓侧预定值SVO2RICH稍小的值)。当该回答是肯定(“是”)时，把下游侧浓度标志FSVO2LEAN设定为“1”(步骤S104)，进到步骤S105。当在步骤S103中是SVO2≤SVO2OBJH时，直接进到步骤S105。

在步骤S105中，判别O2传感器输出SVO2是否小于与和理论空燃比相比稍靠稀侧的空燃比相当的第2稀侧预定值SVO2OBJL(被设定为比第1稀侧预定值SVO2LEAN稍大的值)。当该回答是肯定(“是”)时，把下游侧浓度标志FSVO2LEAN设定为“0”(步骤S106)，之后结束本处理。当在步骤S105中是SVO2≥SVO2OBJL时，直接结束本处理。

当步骤S101的回答是肯定(“是”)，即正在执行扰动时，判别是否O2传感器输出SVO2大于第2浓侧预定值SVO2OBJH、流入氧气流量O2是正值、且下游侧浓度标志FSVO2LEAN是“0”(步骤S107)。即，在步骤S107中，判别是否O2传感器输出SVO2从表示稀空燃比的值变化为表示浓空燃比的值、且流入氧气流量O2从负值变化为正值(校正当量比KACTM是否低于1.0)。在扰动控制中，在O2传感器输出SVO2从表示稀空燃比的值变化为表示浓空燃比的值而开始稀运转之后，流入氧气流量O2变化为正值。

当步骤S107中的回答是否定(“否”)时，判别是否O2传感器输出SVO2小于第2稀侧预定值SVO2OBJL、流入氧气流量O2是负值、且下游侧浓度标志FSVO2LEAN是“1”(步骤S109)。即，在步骤S 1O9中，判别是否O2传感器输出SVO2从表示浓空燃比的值变化为表示稀空燃比的值、且流入氧气流量O2从正值变化为负值(校正当量比KACTM是否超过1.0)。在扰动控制中，在O2传感器输出SVO2从表示浓空燃比的值变化为表示稀空燃比的值而开始浓运转之后，流入氧气流量O2变化为负值。

当步骤S109中的回答是否定(“否”)时，进到步骤S117，使用下式(13)和(14)计算第2流入氧气量OSSVO2和吸入空气量GAIRSUM。

OSSVO2＝OSSVO2+O2                (13)

GAIRSUM＝GAIRSUM+GAIR            (14)

在步骤S118中，判别下游侧浓度标志FSVO2LEAN是否是“1”。当该回答是肯定(“是”)，即O2传感器输出SVO2表示浓空燃比、且流入氧气流量O2是正值时，使用下式(15)和(16)计算第2流入氧气量OSSVO2和峰值流入氧气量OSCSVO2(步骤S120)。

OSSVO2＝max(OSSVO2，0)           (15)

OSCSVO2＝max(OSCSVO2，OSSVO2)    (16)

当第2流入氧气量OSSVO2是负值时，通过式(15)复位为“0”。并且，使用式(16)，作为第2流入氧气量OSSVO2的最大值而计算出峰值流入氧气量OSCSVO2。

当在步骤S118中是FSVO2LEAN＝0时，即当O2传感器输出SVO2表示稀空燃比、且流入氧气流量O2是负值时，使用下式(17)和(18)计算第2流入氧气量OSSVO2和峰值流入氧气量OSCSVO2(步骤S119)。

OSSVO2＝min(OSSVO2，0)           (17)

OSCSVO2＝min(OSCSVO2，OSSVO2)    (18)

当第2流入氧气量OSSVO2是正值时，使用式(17)复位为“0”。并且，使用式(18)，作为第2流入氧气量OSSVO2的最小值而计算出峰值流入氧气量OSCSVO2。

当步骤S107的回答为肯定(“是”)时，进到步骤S108，把下游侧浓度标志FSVO2LEAN设定为“1”，把浓侧流入氧气量OSCR设定为该时刻的峰值流入氧气量OSCSVO2，并把浓侧吸入空气量GAIRSUMR设定为该时刻的吸入空气量GAIRSUM。

在步骤S112中，使用下式(19)来使第2流入氧气量OSSVO2复位，并使峰值流入氧气量OSCSVO2和吸入空气量GAIRSUM全都复位为“0”，使计数器CDO2加1。第2流入氧气量OSSVO2通常由式(19)复位为“0”。然而，当O2传感器18的响应延迟增大时，有时不能成为“0”。

OSSVO2＝OSSVO2-OSCSVO2           (19)

在步骤S113中，判别计数器CDO2的值是否大于等于“2”。由于最初该回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S117。

之后进行稀运转，当步骤S109中的回答为肯定(“是”)时，进到步骤S111，把下游侧浓度标志FSVO2LEAN设定为“0”，把稀侧流入氧气量OSCL设定为该时刻的峰值流入氧气量OSCSVO2，并把稀侧吸入空气量GAIRSUML设定为该时刻的吸入空气量GAIRSUM。之后经过步骤S112进到步骤S113。此时，步骤S113的回答为肯定(“是”)，进到步骤S114，把浓侧流入氧气量OSCR、稀侧流入氧气量OSCL、浓侧吸入空气量GAIRSUMR以及稀侧吸入空气量GAIRSUML代入下式(20)，计算氧浓度偏差量DO2。氧浓度偏差量DO2表示O2传感器输出SVO2检测出的氧浓度O2SVO2与LAF传感器17检测出的氧浓度O2LAF之间的偏差量。

DO2＝(OSCR+OSCL)/(GAIRSUMR+GAIRSUML)    (20)

当氧浓度O2LAF与氧浓度O2SVO2一致时，浓侧流入氧气量OSCR与稀侧流入氧气量OSCL之和为“0”，因而氧浓度偏差量DO2为“0”。此外，当氧浓度O2LAF低于氧浓度O2SVO2时，氧浓度偏差量DO2为负值，相反地当氧浓度O2LAF高于氧浓度O2SVO2时，氧浓度偏差量DO2为正值。

在步骤S115中，根据氧浓度偏差量DO2检索图17所示的DSO2表，计算氧浓度偏差量DO2的当量比换算值DSO2。在步骤S116中，使用下式(21)对当量比换算值DSO2进行累计，计算校正量PO2C。之后进到上述步骤S117。

PO2C＝PO2C+DSO2                         (21)

通过在步骤S115中的换算，当量比换算值DSO2的正负与氧浓度偏差量DO2的正负相反，校正量PO2C当检测当量比KACT偏向浓方向时为正值，当检测当量比KACT偏向稀方向时为负值。

图18是用于对图15和图16的处理进行说明的时序图。在时刻t4之前，通过图10的步骤S16和S17变更为使扰动控制的极限值OSOBJL和OSOBJR的绝对值增大，浓运转和稀运转的持续时间延长，因而O2传感器输出SVO2反转(图18(d)，时刻t1、t3)。在时刻t4，首先计算校正量PO2C，在减小方向上以校正量PO2C对检测当量比KACT的中心值进行校正(图18(b))。在图18(b)中示出检测当量比KACT的减少方向的校正是使当量比1.0的电平(图中虚线所示)等价地增加校正量PO2C。并且，在时刻4，目标空燃比系数KCMD增加校正量PO2C(图18(a))。之后在时刻t6、t8、t10、t12、…计算氧浓度偏差量DO2，更新校正量PO2C。

如图18(c)所示，当校正当量比KACTM取大于1.0的值时，第2流入氧气量OSSVO2逐渐减少，O2传感器输出SVO2变化为表示浓空燃比的值而开始稀运转(t3，t7，t11)，之后在校正当量比KACTM达到1.0的时刻(t4，t8，t12)，检测为浓侧流入氧气量OSCR。此外，当校正当量比KACTM取小于1.0的值时，第2流入氧气量OSSVO2逐渐增加，O2传感器输出SVO2变化为表示稀空燃比的值而开始浓运转(t1，t5，t9)，之后在校正当量比KACTM达到1.0的时刻(t2，t6，t10)，检测为稀侧流入氧气量OSCL。

另外，图18示出三元催化剂14a劣化，在时刻t3以后还继续劣化，发生O2传感器输出SVO2的反转的例子。

根据图15和图16的处理，计算表示在从检测当量比KACT(或校正当量比KACTM)变化为表示浓空燃比的值的时刻(t2，t6，t10)起、到O2传感器输出SVO2变化为表示浓空燃比的值的时刻(t3，t7，t11)的期间中，从三元催化剂14a流出的氧气量的浓侧流入氧气量OSCR，并计算表示在从检测当量比KACT(或校正当量比KACTM)变化为表示稀空燃比的值的时刻(t4，t8)起到O2传感器输出SVO2变化为表示稀空燃比的值的时刻(t5，t9)的期间中流入三元催化剂14a内的氧气量的稀侧流入氧气量OSCL。然后，使用浓侧流入氧气量OSCR、稀侧流入氧气量OSCL以及对应的吸入空气量GAIRSUMR和GAIRSUML来计算氧浓度偏差量DO2，根据氧浓度偏差量DO2计算校正量PO2C。由于校正量PO2C只要使O2传感器输出SVO2至少反转2次就可得到，因而可迅速校正像由发动机运转状态变化引起的偏差那样在短时间内发生的检测值的偏差，可得到准确的校正当量比KACTM。结果，可进行准确的空燃比切换控制，适当地控制流入三元催化剂14a内的排气中的氧浓度，维持良好的排气特性。

图19和图20是在图6的步骤S8中执行的劣化判定处理的流程图。

在步骤S71中，判别禁止标志FDISABLEOS是否是“1”。当该回答是否定(“否”)时，判别是否是空燃比的扰动执行中(步骤S72)。当步骤S71中的回答是肯定(“是”)或者步骤S72的回答是否定(“否”)时，把O2传感器输出SVO2的最大值SVO2MAX设定为“0”，并把最小值SVO2MIN设定为“1500”(步骤S73)，直接结束本处理。

当步骤S72的回答是肯定(“是”)，即正在执行空燃比的扰动时，判别空燃比切换参数KOSFB是否等于上次值KOSFBZ(步骤S74)。当KOSFB＝KOSFBZ时，使用下式(22)和(23)更新最大值SVO2MAX和最小值SVO2MIN。式(22)的右边是选择在上次之前计算出的最大值SVO2MAX和当前次的O2传感器输出SVO2中的较大一方的运算，式(23)的右边是选择在上次之前计算出的最小值SVO2MIN和当前次的O2传感器输出SVO2中的较小一方的运算。在执行了步骤S75之后，进到步骤S89。

SVO2MAX＝max(SVO2MAX，SVO2)           (22)

SVO2MIN＝min(SVO2MIN，SVO2)           (23)

当步骤S74中的回答是否定(“否”)，即刚刚变更了空燃比切换参数KOSFB时，把最大值SVO2MAX或最小值SVO2MIN的第2存储值SVO2LP2设定为第1存储值SVO2LP1(步骤S76)。第1存储值SVO2LP1在刚进行了上次空燃比切换时，在步骤S78或S80中被设定为最大值SVO2MAX或最小值SVO2MIN。

在步骤S77中，判别空燃比切换参数KOSFB是否是“1”。当该回答是肯定(“是”)时，把第1存储值SVO2LP1设定为此时的最大值SVO2MAX，并使最大值SVO2MAX复位为“0”(步骤S78)。当空燃比切换参数KOSFB是“-1”时，步骤S77的回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S79。

在步骤S79中，判别空燃比切换参数KOSFB是否是“-1”。当空燃比切换参数KOSFB是“-1”时，进到步骤S80，把第1存储值SVO2LP1设定为此时的最小值SVO2MIN，并使最小值SVO2MIN复位为“1500”(步骤S78)。当空燃比切换参数KOSFB是“1”时，步骤S79的回答为否定(“否”)，因而直接进到步骤S81。

在步骤S81中，把表示最大值SVO2MAX与最小值SVO2MIN的差分的第3差分参数SVO2D3设定为第2差分参数SVO2D2，并把第2差分参数SVO2D2设定为第1差分参数SVO2D1。然后，通过步骤S82～S87进行第1差分参数SVO2D1的更新。

在步骤S82中，判别是否第2存储值SVO2LP2大于与理论空燃比相当的预定值SVO2OBJ、且第1存储值SVO2LP1小于预定值SVO2OBJ。当该回答是否定(“否”)时，进一步判别是否第2存储值SVO2LP2小于预定值SVO2OBJ、且第1存储值SVO2LP1大于预定值SVO2OBJ(步骤S84)。当步骤S82和S84的回答均为否定(“否”)时，即，当第1和第2存储值SVO2LP1、SVO2LP2全都小于预定值SVO2OBJ，或者第1和第2存储值SVO2LP1、SVO2LP2全都大于预定值SVO2OBJ时，表示O2传感器输出SVO2几乎不变化。因此，把第1差分参数SVO2D1设定为“0”(步骤S87)，进到步骤S88。

当步骤S82或S84的回答是肯定(“是”)时，即当连续的空燃比切换时刻的最大值SVO2MAX大于预定值SVO2OBJ且最小值SVO2MIN小于预定值SVO2OBJ时，把第1存储值SVO2LP1和第2存储值SVO2LP2代入下式(24)，计算第1差分参数SVO2D1(步骤S86)。之后，进到步骤S88。

SVO2D1＝|SVO2LP1-SVO2LP2|         (24)

在步骤S88中，使用下式(25)作为第1～第3差分参数SVO2D1、SVO2D2、SVO2D3的最小值而计算最小差分值SVO2D，然后使用下式(26)对最小差分值SVO2D进行累计来计算判定参数RESULT，并使计数器CRESULT加“1”。判定参数RESULT表示三元催化剂14a的劣化程度。

SVO2D＝min(SVO2D1，SVO2D2，SVO2D3)   (25)

RESULT＝RESULT+SVO2D                 (26)

只要不是差分参数SVO2D1连续3次以上取较大的值，则最小差分值SVO2D就为较小的值。因此，通过使用作为连续3个采样时刻的差分参数SVO2D1、SVO2D2、SVO2D3的最小值的最小差分值SVO2D，可排除O2传感器输出SVO2的暂时变动的影响，可取得准确的判定参数RESULT。

在步骤S89中，判别计数器CRESULT的值是否大于预定次数CRST0(例如6)，当该回答是否定(“否”)时，直接结束本处理。当在步骤S89中计数器CRESULT的值超过预定次数CRST0时，进到步骤S90，判别判定参数RESULT是否大于劣化判定阈值RSTTH。当该回答是否定(“否”)时，判定为三元催化剂14a正常(步骤S92)。当判定参数RESULT超过劣化判定阈值RSTTH时，判定为三元催化剂14a异常(步骤S91)。当判定为异常时，例如使警告灯亮灯。

当O2传感器输出SVO2如图2(a)所示变化时，即在三元催化剂14a正常时，判定参数RESULT大致为零，另一方面，当O2传感器输出SVO2如图2(b)所示变化时，即在三元催化剂14a劣化时，判定参数RESULT为较大的值，因而可根据判定参数RESULT准确地检测三元催化剂14a的劣化程度。

如以上详述，在本实施方式中，计算表示LAF传感器17的响应劣化度的一次延迟时间常数T，并根据计算出的一次延迟时间常数T调节响应劣化补偿运算的频率特性，因而可使图21(d)的细虚线L4所示发生了响应劣化的传感器的空燃比检测特性与未劣化时的检测特性(图21(a)，实线L2)大致同等。因此，如图21(d)的粗实线L3所示，可得到与未劣化时同等的空燃比控制信号SCTL，可良好地维持空燃比控制性能。

此外，在本实施方式中，根据按照LAF传感器17的输出计算出的氧浓度参数O2N以及由吸入空气流量传感器7检测出的吸入空气流量GAIR来计算流入三元催化剂14a内的氧气量OS，并根据该第1流入氧气量OS与浓侧极限值OSOBJR或稀侧极限值OSOBJL之间的比较结果，执行把空燃比交替控制为与理论空燃比相比的稀侧和与理论空燃比相比的浓侧的扰动控制。然后，根据扰动控制执行中的O2传感器输出SVO2计算表示三元催化剂14a的劣化程度的判定参数RESULT。作为第1流入氧气量OS的目标值的浓侧极限值OSOBJR和稀侧极限值OSOBJL被设定成，当三元催化剂正常时O2传感器输出SVO2几乎不变化，而当三元催化剂劣化时O2传感器输出SVO2大幅变化，因而在三元催化剂正常状态下完全不会使排气特性恶化，在三元催化剂开始劣化时刻几乎不会使排气特性恶化，可迅速检测劣化程度。

而且，由于在LAF传感器17的响应劣化时使用补偿传感器输出VLAFC来计算氧浓度参数O2N，因而即使在LAF传感器17的响应劣化时，也能适当地控制三元催化剂的流入氧气量，能可靠地防止排气特性的恶化。

此外，当表示LAF传感器17的响应劣化度的一次延迟时间常数T小于等于预定时间TDTH时，直接使用LAF传感器输出VLAF，当一次延迟时间常数T超过预定时间TDTH时，使用补偿传感器输出VLAFC，因而不论LAF传感器17的响应特性是否劣化，总是能进行准确的空燃比控制，并能进行不使排气特性恶化的催化剂劣化检测。

此外，当LAF传感器17检测出的氧浓度与O2传感器18检测出的氧浓度不一致时，即使三元催化剂14a劣化，如图2(b)所示，O2传感器输出SVO2也不变动，有可能会误判定为是正常。在本实施方式中，由于根据校正量PO2C校正氧浓度偏差，因而不论发动机1的运转状态的变化，可进行准确的判定。

此外，通过根据校正量PO2C校正目标空燃比系数的基本值KCMDB来计算目标空燃比系数KCMD，因而浓运转时的空燃比和稀运转时的空燃比与由LAF传感器17所检测出的氧浓度相对应，可把流入三元催化剂14a内的氧气量和从三元催化剂14a中流出的氧气量维持在大致相同的量，可维持三元催化剂14a的良好的氧蓄积状态。

在本实施方式中，吸入空气流量传感器7、LAF传感器17以及O2传感器18分别相当于吸入空气流量检测单元、第1氧浓度传感器以及第2氧浓度传感器。此外，ECU 5构成补偿单元、传感器劣化检测单元、调节单元、控制单元、流入氧气量计算单元、空燃比切换控制单元、催化剂劣化检测单元以及切换单元。具体地说，图6的步骤S2相当于补偿单元，图7的处理相当于传感器劣化检测单元，使用包含一次延迟时间常数T的式(2)来计算一次延迟补偿输出VLAFC1相当于调节单元，图3的KAF计算部35和基于式(1)的燃料喷射时间TOUT的运算处理相当于控制单元，图6的步骤S2相当于切换单元。并且，图10的步骤S 11和图16的步骤S117相当于流入氧气量计算单元，图10的步骤S12～S17、S19～S29、图11的步骤S31～S40以及图13的处理相当于空燃比切换控制单元，图19的步骤S72～S81和图20的步骤S82～S92相当于催化剂劣化检测单元。

另外，本发明不限于上述实施方式，可进行各种变形。例如，在上述实施方式中，三元催化剂14a和14b被贮存在一个容器内，但也可以单独构成。此外，即使在O2传感器18的下游侧不设置三元催化剂的情况下，也能应用本发明，与现有技术相比较，可进一步减轻劣化判定执行时的排气特性的恶化。

此外，在上述实施方式中，当进行三元催化剂14a的劣化判定时进行空燃比的扰动控制，但如专利文献1所示，也可以执行扰动控制，以使三元催化剂14a的流入氧气量总是为适量。在该情况下，期望的是，以适当的时间间隔TCR使O2传感器输出SVO2至少反转2次来计算校正量PO2C，进行检测当量比KACT的校正。期望的是，例如吸入空气量GAIR越大，时间间隔TCR就越短。

此外，即使在不进行上述扰动控制，而进行与LAF传感器输出VLAF对应的通常的空燃比反馈控制的情况下，也可以计算补偿传感器输出VLAFC，当氧浓度传感器的劣化程度加重时，可以根据补偿传感器输出VLAFC执行通常的空燃比反馈控制。

此外，本发明也能应用于把曲轴作为垂直方向的船外机等的船舶推进机用发动机等的空燃比控制装置。

Claims (6)

1.一种内燃机的空燃比控制装置，其控制提供给内燃机的混合气的空燃比，该内燃机在排气系统内具有排气净化用催化剂，其特征在于，该空燃比控制装置具有：

第1氧浓度传感器，其设置在上述催化剂的上游侧；

补偿单元，其补偿该第1氧浓度传感器的响应延迟，并计算补偿传感器输出；

传感器劣化检测单元，其检测上述第1氧浓度传感器的响应劣化度；

调节单元，其根据由该传感器劣化检测单元检测出的劣化度调节上述补偿单元的频率特性；以及

控制单元，其控制上述空燃比，以使根据上述补偿传感器输出所计算出的检测空燃比与目标空燃比一致。

2.根据权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，该空燃比控制装置还具有：

吸入空气流量检测单元，其检测上述内燃机的吸入空气流量；

第2氧浓度传感器，其设置在上述催化剂的下游侧；

流入氧气量计算单元，其基于根据上述补偿传感器输出而计算出的氧浓度和上述吸入空气流量检测单元所检测出的吸入空气流量来计算流入上述催化剂内的流入氧气量；

空燃比切换控制单元，其根据上述流入氧气量与上述流入氧气量的目标值之间的比较结果，把提供给上述内燃机的混合气的空燃比交替地控制为与理论空燃比相比稀侧的稀空燃比和浓侧的浓空燃比；以及

催化剂劣化检测单元，其在该空燃比切换控制单元的工作中，根据上述第2氧浓度传感器的输出检测上述催化剂的劣化程度。

3.根据权利要求2所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，

该空燃比控制装置具有：切换单元，其根据由上述传感器劣化检测单元检测出的劣化度，在上述第1氧浓度传感器的输出与上述补偿传感器输出之间进行切换，

上述控制单元和流入氧气量计算单元根据上述切换单元的输出来计算上述检测空燃比和氧浓度。

4.一种内燃机的空燃比控制方法，该内燃机在排气系统内具有排气净化用催化剂以及设置在上述催化剂的上游侧的第1氧浓度传感器，该空燃比控制方法对提供给上述内燃机的混合气的空燃比进行控制，其特征在于，该空燃比控制方法具有以下步骤：

a)检测上述第1氧浓度传感器的响应劣化度；

b)根据在步骤a)中检测出的劣化度补偿上述第1氧浓度传感器的响应延迟，计算补偿传感器输出；以及

c)控制上述空燃比，以使根据上述补偿传感器输出所计算出的检测空燃比与目标空燃比一致；

根据在上述步骤a)中所检测出的劣化度来调节在上述步骤b)中进行的补偿的频率特性。

5.根据权利要求4所述的空燃比控制方法，上述内燃机具有设置在上述催化剂的下游侧的第2氧浓度传感器，其特征在于，该空燃比控制方法还包含下述步骤：

d)检测上述内燃机的吸入空气流量；

e)基于根据上述补偿传感器输出所计算出的氧浓度和所检测出的吸入空气流量来计算流入上述催化剂内的流入氧气量；

f)根据上述流入氧气量与上述流入氧气量的目标值之间的比较结果，把提供给上述内燃机的混合气的空燃比交替地控制为与理论空燃比相比稀侧的稀空燃比和浓侧的浓空燃比；以及

g)在该空燃比切换执行中，根据上述第2氧浓度传感器的输出检测上述催化剂的劣化程度。

6.根据权利要求5所述的空燃比控制方法，其特征在于，该空燃比控制方法还包括：根据在上述步骤a)中所检测出的劣化度，在上述第1氧浓度传感器的输出与上述补偿传感器输出之间进行切换的步骤，

上述检测空燃比和氧浓度是分别根据所切换的输出来计算的。

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