JP2001271698A

JP2001271698A - 触媒劣化診断装置

Info

Publication number: JP2001271698A
Application number: JP2000091357A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nishimura; 博文西村; Hiroshi Tokushige; 大志徳重; Takayuki Okano; 隆行岡野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】リーンバーンエンジンにおいて触媒劣化診断
を早期に実行し終了できるようにする。【解決手段】理論空燃比にフィードバック制御してい
る状態で、触媒上流側および下流側の両空燃比センサの
それぞれの出力の反転回数の比を基準値と比較する方法
で触媒劣化を判定するものとし、触媒劣化診断を実行し
終了まではリーン運転領域（成層領域）を縮小する。そ
して、リーン制御中に触媒劣化診断条件が成立した時
は、リーン制御を中止し、λ＝１フィードバック制御に
移行して、触媒劣化診断を実行し、劣化診断が終了する
までλ＝１運転を続行する。また、リーン運転から加速
に入ってλ＝１運転に切り換わった状態で触媒劣化診断
条件が成立した時に、劣化診断を開始し、劣化診断が終
了するまでリーン制御への移行を禁止して、触媒劣化検
出を完結させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンの排気
通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒の劣化診断を行
う触媒劣化診断装置、特に、空燃比を理論空燃比にフィ
ードバック制御するフィードバック制御手段を備えると
ともに所定のリーン運転条件が成立した時に空燃比のリ
ーン制御を行うリーン制御手段を備えたエンジンに好適
な触媒劣化診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用等のエンジンでは、排気通路に
排気ガス浄化用の触媒が配設されるのが普通である。そ
して、この触媒は熱等で劣化すると浄化率が低下するの
で、劣化診断を行う必要があり、そのため、例えば特開
平５−３１２０２５号公報等に記載されているように、
排気通路の触媒上流側と下流側とにそれぞれ空燃比セン
サを設け、両空燃比センサの出力に基づいて触媒の劣化
を診断することが提案されている。

【０００３】触媒上流側と下流側の両空燃比センサの出
力に基づく触媒劣化の診断は、通常、両空燃比センサの
出力のリッチ（燃料リッチ側出力）とリーン（燃料リー
ン側出力）との間の反転回数の比（反転回数比）を所定
のしきい値と比較することにより行われる。つまり、エ
ンジンの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御した
状態で、触媒上流側センサの出力は、周期的にリッチ、
リーンの反転を繰り返すのに対して、下流側センサの出
力は、正常状態では触媒に酸素吸蔵機能（トラッブ機
能）があるために、出力反転の周期が上流側センサに比
べてかなり長くなるが、触媒が劣化してくると、酸素吸
蔵機能がなくなることによって、下流側センサ出力の反
転周期が短くなり、上流側センサ出力の反転周期に近づ
く。そこで、両空燃比センサの出力反転周期の比に関連
した検出値である反転比（下流側センサの出力反転回数
に対する上流側センサの出力反転回数の比）を、所定の
しきい値と比較することにより、触媒劣化を診断するの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば低回
転、低負荷側の所定運転領域で、燃料を圧縮行程で燃焼
室内に直接噴射することにより、点火プラグ周りに燃料
を集め、成層化して、全体としてはリーン（燃料リー
ン）な空燃比で燃焼させる直噴エンジン等のリーンバー
ンエンジンでは、空燃比を理論空燃比にフィードバック
制御した状態で触媒上流側と下流側の両空燃比センサの
出力に基づいて触媒の劣化を診断する上記の方法を適用
しようとすると、空燃比を理論空燃比にフィードバック
制御する領域というのは、加速時等の高回転、高負荷側
の領域に限られるため、触媒劣化診断をなかなか実行で
きず、劣化判定終了が遅くなるという問題が生ずる。

【０００５】そこで、所定運転領域において空燃比をリ
ーン制御するエンジンにおいて、触媒劣化診断を早期に
実行し終了できるようにすることが課題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る触媒劣化
診断装置は、エンジンの空燃比を理論空燃比にフィード
バック制御するフィードバック制御手段を備えるととも
に所定のリーン運転条件が成立した時にエンジンの空燃
比を理論空燃比よりも燃料リーン側に制御するリーン制
御手段を備えたエンジンの排気通路に設けられた排気ガ
ス浄化用の触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断装置であ
って、上記排気通路の触媒上流側および触媒下流側に配
置された各空燃比センサと、所定の触媒劣化診断条件が
成立した時に上記フィードバック制御手段によりエンジ
ンの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御した状態
で上記触媒上流側および触媒下流側の両空燃比センサの
出力に基づいて上記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断
手段と、該触媒劣化診断手段により触媒劣化診断を実行
し終了するまでは上記リーン制御手段によるリーン制御
に制限を加えるリーン制限手段とを備えたことを特徴と
する。

【０００７】この触媒劣化診断装置によれば、触媒劣化
診断が実行され終了するまでは、リーン制御が制限され
ることにより、理論空燃比にフィードバック制御できる
領域が広がり、触媒劣化診断が早期に実行可能となる。
そして、触媒上流側と下流側の両空燃比センサの出力に
基づいて、例えば両空燃比センサの出力のリッチとリー
ンの間の出力反転回数の比を所定のしきい値と比較する
ことにより触媒劣化診断が行われる。

【０００８】請求項２に係る触媒劣化診断装置は、上記
請求項１に係る触媒劣化診断装置において、上記リーン
制限手段を、上記リーン制御手段によりリーン制御を実
行している時に、上記触媒劣化診断条件が成立した時に
は、リーン制御を一旦中止させて、上記フィードバック
制御手段による理論空燃比へのフィードバック制御を実
行させ、そのリーン制御を中止し理論空燃比へのフィー
ドバック制御を実行させた状態で上記触媒劣化診断手段
を作動させる構成としたものである。

【０００９】この場合、リーン制御中であっても、触媒
劣化診断条件が成立したときには、リーン制御が一旦中
止されて、理論空燃比へのフィードバック制御が実行さ
れ、触媒劣化診断が行われる。そのため、触媒劣化診断
を早期に行うことができる。

【００１０】請求項３に係る触媒劣化診断装置は、上記
請求項１に係る触媒劣化診断装置において、上記触媒劣
化診断手段を、リーン制御から理論空燃比へのフィード
バック制御に移行してから所定時間が経過した後に触媒
劣化診断を開始する構成としたものである。

【００１１】リーン制御から理論空燃比への制御に移行
した直後は、それまでのリーン状態の影響が残るために
空燃比センサの出力が安定しない。特に、触媒下流側の
空燃比センサは、リーン制御の間触媒が酸素を吸蔵する
状態にあったものが、フィードバック制御によるリッ
チ、リーンの反転出力を示すものとなるまでに時間がか
かり、その間は、触媒劣化診断を行っても誤検出となる
恐れがある。そのため、移行後所定時間が経過した後に
触媒劣化診断を開始するものとするのがよい。

【００１２】また、請求項４に係る触媒劣化診断装置
は、上記請求項１に係る触媒劣化診断装置において、上
記リーン制限手段を、上記フィードバック制御手段によ
りエンジンの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御
した状態で上記触媒劣化診断手段により触媒劣化診断を
実行している時に、上記リーン運転条件が成立した時に
は、触媒劣化診断が終了するまでリーン制御への移行を
禁止するよう構成したものである。

【００１３】直噴等のリーンバーンエンジンは本来リー
ン制御で運転するものであって、加速等で理論空燃比の
制御に入っても、その理論空燃比での運転は長くは続か
ないのが普通である。そのため、リーン運転条件が成立
しリーン制御で運転していたエンジンが、例えば加速に
入って、出力確保のため理論空燃比での運転に切り換わ
った状態で、触媒劣化診断条件が成立した場合に、触媒
劣化診断は開始されるが、そういった状況で触媒劣化診
断が開始された後、劣化診断の途中で加速が終了してリ
ーン制御に戻ったのでは、触媒劣化診断が完結しない。
そこで、そのような加速等で理論空燃比運転に入った後
触媒劣化診断を開始した場合には、触媒劣化診断が終了
するまでリーン制御への移行を禁止するのがよく、そう
することにより、触媒劣化診断を完結させることができ
る。また、そのように加速等で元々理論空燃比運転に入
っている状態で触媒劣化診断を実行し、劣化診断の途中
でリーン運転条件が成立した場合でも理論空燃比運転を
続けて劣化検出を完結させるので、最初からリーン運転
領域で触媒劣化診断のために理論空燃比の制御を開始す
る場合に比べて、触媒劣化診断のためにわざわざ理論空
燃比に制御する期間が短くてすむ。

【００１４】また、請求項５に係る触媒劣化診断装置
は、上記請求項１に係る触媒劣化診断装置において、上
記リーン運転条件は、エンジンの回転数と負荷とで設定
するリーン運転領域を含み、上記リーン制限手段は、上
記触媒劣化診断手段により触媒劣化診断を実行し終了す
るまでは、リーン運転領域を縮小する構成としたもので
ある。この場合、触媒劣化診断を実行し終了するまで
は、リーン運転領域が縮小され、その分、理論空燃比で
運転される期間が長くなって、触媒劣化診断の機会が増
え、触媒劣化診断を早期に行える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１６】図１はこの発明の実施の形態の全体図であ
る。この実施の形態は直噴エンジンに関するものであっ
て、図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、
３は排気通路を示す。吸気通路２には上流にエアクリー
ナ（図示せず）が配設され、その下流にエアフローメー
タ４が配設され、さらにその下流に電子制御式のスロッ
トル弁（エレキスロットル）５が配設され、その下流に
サージタンク６が配設されている。そして、サージタン
ク６からエンジン本体１までは、各気筒毎に独立した独
立吸気通路２ａとされ、各独立吸気通路２ａにスワール
コントロール弁（吸気流動制御弁）７が配設されてい
る。同図において、８はスロットル弁駆動用のアクチュ
エータであり、９はスワールコントロール弁駆動用のア
クチュエータである。

【００１７】エンジン本体１には、各気筒の燃焼室１０
の上部略中央に点火プラグ１１が配設され、それら点火
プラグ１１の近傍に燃料を噴射するよう各気筒の燃焼室
１０に燃料噴射弁１２が配設されている。

【００１８】１３は燃料タンクであり、１４は燃料タン
ク１３内に配設された低圧燃料ポンプである。燃料は低
圧燃料ポンプ１４により燃料タンク１３から汲み上げら
れ、、燃料供給通路１５を介して高圧燃料ポンプ１６へ
送られ、高圧燃料ポンプ１６で加圧されて、高圧燃料通
路１７を介して燃料噴射弁１２に供給される。そして、
余剰燃料は高圧燃料通路１７から分岐したリターン通路
１８を介して燃料タンク１３へと戻される。上記燃料供
給通路１５には、燃料フィルタ１９が配設されるととも
に、該燃料フィルタ１９をバイパスするバイパス通路２
０に低圧プレッシャレギュレータ２１が配設されてい
る。また、上記リターン通路１８に高圧プレッシャレギ
ュレータ２２が配設されている。

【００１９】低圧燃料ポンプ１４により汲み上げられた
燃料は、燃料フィルタ１９により濾過され、低圧プレッ
シャレギュレータ２１により例えば０．３ＭＰａ程度に
調圧されて、高圧燃料ポンプ１６へ送られる。

【００２０】高圧燃料ポンプ１６は、エンジンのカムシ
ャフト（図示せず）により駆動されるもので、低圧燃料
ポンプ１４から送られた燃料の燃圧を例えば７ＭＰａ程
度まで昇圧させる。そして、昇圧した燃料は、高圧プレ
ッシャレギュレータ２２により調圧され、燃料噴射弁１
２から噴射される。

【００２１】また、２３は蒸発燃料吸着用のキャニスタ
である。燃料タンク１３内の蒸発燃料を吸気系のサージ
タンク６に回収するよう、燃料タンク１３とサージタン
ク６とがパージ通路２４で接続され、このパージ通路２
４の途中にキャニスタ２３が配設されている。そして、
パージ通路２４の燃料タンク１３と接続する上流側通路
部分には、燃料タンク１３内の圧力を検出する圧力セン
サ２５が配設されるとともに、該圧力センサ２５とキャ
ニスタ２３の間に制御弁２６が配設され、サージタンク
６と接続する下流側通路部分には、パージバルブ２７が
配設されている。

【００２２】パージバルブ２７は、電磁式で、全閉およ
び全開状態を選択的にとり得る他、例えばデューティ制
御によって開度が連続可変式に変更可能とされたもので
ある。

【００２３】また、キャニスタ２３には、大気開放通路
２８が接続され、該大気開放通路２８に、フィルタ２９
と、電磁式の開閉弁からなる大気開放弁３０が配設され
ている。

【００２４】また、パージ通路２４の燃料タンク１３へ
の接続部には、転倒時に閉じてパージ通路２４への燃料
漏れを防止するロールオーババルブ３１が配設されてい
る。このロールオーババルブ３１は、全開でも絞り抵抗
を有するものである。

【００２５】燃料タンク１３内に発生した蒸発燃料は制
御弁２６を通ってキャニスタ２３側へ流れ、キャニスタ
２３に吸着される。そして、大気開放弁３０は通常は開
かれていて、エンジンの所定運転領域でパージバルブ２
７が開かれることにより、キャニスタ２３に吸着された
燃料が吸気負圧によってパージされ、吸気通路２へ回収
される。

【００２６】エンジンの排気通路３には、排気ガス浄化
用の触媒として、上流側に三元触媒からなる触媒装置３
２が配設され、下流側にＮＯ_X触媒からなる触媒装置３
３が配設されている。また、排気通路３には、三元触媒
からなる上流側の触媒装置３２を挟んで上流側と下流側
にそれぞれ空燃比センサ３４、３５が配設されている。
これら空燃比センサ３４、３５は、空燃比が理論空燃比
よりもリッチであるかリーンであるかによって、例えば
０〜１Ｖの出力範囲において、０．４５Ｖを境として出
力（電圧）が大きく変化し、出力電圧の大きい方がリッ
チを示し、出力電圧の小さい方がリーンを示すものであ
る。このうち、上流側の空燃比センサ３４は、燃料噴射
弁１２からの燃料噴射量の制御によってエンジンの空燃
比を理論空燃比へフィードバック制御するために用いら
れる。また、下流側の空燃比センサ３５は、後述するよ
うに上流側の空燃比センサ３４との出力関係に基づい
て、三元触媒からなる上流側の触媒装置３２の劣化検出
をするために用いられる。これら空燃比センサ３４、３
５には、活性温度確保のための電気式ヒータが内蔵され
ている。

【００２７】また、このエンジンには、排気ガス再循環
（ＥＧＲ）のため、排気通路３をエンジン本体１との接
続部に近い部分で吸気通路２のサージタンク６下流側に
接続するＥＧＲ通路３６が設けられ、該ＥＧＲ通路３６
にＥＧＲバルブ３７が配設されている。そして、ＥＧＲ
系の故障診断のため、ＥＧＲバルブ３７よりも下流側つ
まり吸気通路２側でＥＧＲ通路３６から分岐する分岐通
路３８が設けられ、この分岐通路３８に圧力センサ３９
が接続され、圧力センサ３９の手前に三方ソレノイド弁
からなる切換弁４０が配設されている。この切換弁４０
は、圧力センサ３９をＥＧＲ通路３６側または大気側に
選択的に切換えるものである。

【００２８】図１において、４１はマイクロコンピュー
タを利用して構成された制御ユニットで、演算手段とし
てのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭを備
えている。制御ユニット４１は、エンジンの点火時期制
御、燃料噴射量制御、スロットル制御、スワール制御、
ＥＧＲ制御、パージ制御等を行い、また、パージ系故障
診断、ＥＧＲ系故障診断、触媒劣化診断等を行うもの
で、そのため、制御ユニット４１には、エアフローメー
タ４からの吸入空気量信号、上流側および下流側の空燃
比センサ３４、３５からの空燃比信号、圧力センサ２５
からのタンク内圧信号の他、エンジン冷却水温度を検出
する水温センサ４２からの水温信号、クランク角センサ
４３からのクランク角信号、アクセル開度センサ４４か
らのアクセル開度信号等、各種センサあるいはスイッチ
からの信号が入力される。そして、制御ユニット４１か
ら、イグナイタを介して点火プラグ１１に点火信号が、
燃料噴射弁１２に噴射信号が、スロットル弁駆動用のア
クチュエータ８にスロットル信号が、スワールコントロ
ール弁駆動用のアクチュエータ９にスワールコントロー
ル信号がそれぞれ出力され、ＥＧＲ系のＥＧＲバルブ３
７にＥＧＲ信号が出力され、切換弁４０に切換信号が出
力され、また、パージ系の制御弁２６、パージバルブ２
７および大気開放弁３０に対してそれぞれ制御信号が出
力される。

【００２９】このエンジンは、直噴式のリーンバーンエ
ンジンで、基本的には、温間時（暖機後）で、低回転、
低負荷側に設定した成層領域にあるときに、圧縮行程で
燃料噴射弁１２から燃焼室内に燃料を直接噴射すること
により、点火プラグ１１周りに燃料を集め、成層化し
て、全体としてはリーン（燃料リーン）な空燃比で運転
し、冷間時には、あるいは温間時で上記成層運転領域よ
り高回転、高負荷側では、吸気行程で燃料を噴射し、空
燃比を理論空燃比にフィードバック制御して、空気過剰
率λ＝１の均一燃焼で運転する。そして、成層燃焼運転
時にはスロットル弁５を全開にして、燃料噴射量の制御
によってエンジンの出力を調整し、均一燃焼時にはスロ
ットル弁５による吸気量の制御によってエンジンの出力
を調整する。燃料噴射量の制御はそれ自体公知のもので
ある。また、点火時期の制御、スロットル制御、スワー
ル制御、ＥＧＲ制御、パージ制御等も、それぞれ公知の
ものである。

【００３０】パージ系故障診断の制御では、図２のタイ
ムチャートに示すように、パージバルブ２５が開いてパ
ージが実行されている時に、大気開放弁３０を閉じ、か
つ制御弁２６が開く（ｔ１時点）。これにより、パージ
通路２４を介して燃料タンク１３内に吸気負圧が作用
し、燃料タンク１３内の負圧が徐々に高まる。そして、
燃料タンク１３内の負圧が、所定負圧Ｐ１になり（ｔ２
時点）、これよりもさらに若干大きな負圧になった時点
（ｔ３時点）において、パージバルブ２７を閉じる。こ
うしてパージバルブ２７が閉じられることにより、パー
ジバルブ２７上流のパージ経路は大気と遮断され、密閉
状態となる。その際、上記ｔ３時点より若干時間が経過
すると、圧力センサ２５により検出される圧力が上記所
定負圧Ｐ１まで上昇し、その時点（ｔ４時点）で、ロー
ルオーババルブ３１の絞り抵抗の影響による燃料タンク
１３への吸気負圧伝達の遅れが解消する。

【００３１】上記所定負圧Ｐ１となったｔ４時点におい
て、圧力センサ２５によって検出された負圧を第１検出
負圧ＴＰ１とする。そして、このＴＰ１検出の時点（ｔ
４時点）から、所定時間例えば３０秒経過した時点（ｔ
５時点）において、圧力センサ２５により検出された負
圧を第２検出圧力ＴＰ２とする。

【００３２】そして、上記二つの検出圧力ＴＰ１とＴＰ
２との偏差を所定の判定しきい値と比較することによっ
てリーク判定を行う。すなわち、ＴＰ１からＴＰ２にな
るまでの圧力上昇度合がしきい値より大きいときは、パ
ージ経路に小孔が空いている等の漏れが考えられ、その
場合はリーク故障と判定する。また、上記圧力上昇度合
が小さいときは、リークしていないと判定する。

【００３３】次に、大気開放弁３０と制御弁２６の故障
判定のため、上記リーク判定が終了した時点（ｔ５時
点）で大気開放弁３０を開き、制御弁２６を閉じる。パ
ージバルブ２７は閉じたままである。そして、所定時間
経過した時点（ｔ６時点）で、パージバルブ２７を開
く。

【００３４】そして、上記ｔ５時点からｔ６時点までの
間で、圧力センサ２５で検出された圧力の上昇度合が所
定の基準値よりも小さいときは、大気開放弁３０の閉固
着（あるいは、大気開放通路２８の目詰り）による故障
発生と判定する。また、上記圧力の上昇度合が所定の基
準値よりも大きいときは、制御弁２６の開固着による故
障発生と判定する。

【００３５】また、上記ｔ１時点で大気開放弁３０を閉
じ、制御弁２６を開いた後、圧力センサ２５により検出
される負圧が上記所定負圧Ｐ１に達しない場合は、大気
開放弁３０の開固着あるいはパージバルブ２７の閉固着
による故障発生と判定する。ＥＧＲ系故障診断の制御で
は、定常走行時に、切換弁４０によって圧力センサ３９
をＥＧＲ通路３６に連通させた状態で、ＥＧＲバルブ３
７を所定時間毎に複数回（例えば５回）開閉させ、その
ＥＧＲバルブ３７の開閉の度に、圧力センサ３９によっ
て圧力変化量を検出する。そして、その圧力変化量の平
均値を所定の判定しきい値と比較することにより、ＥＧ
Ｒ系の故障判定を行う。すなわち、上記圧力変化量が小
さいときは、ＥＧＲバルブ３７の固着故障と判定する。

【００３６】また、上記ＥＧＲバルブ３７の故障診断に
先立って、アイドル時に切換弁４０の故障診断を行う。
すなわち、切換弁４０を、ＥＧＲ通路３６側と大気側と
に順次切り換えて、ＥＧＲ通路３６側に切り換えたとき
に圧力センサ３９で検出された圧力と、大気側に切り換
えたときに圧力センサ３９で検出された圧力との偏差
を、所定の判定しきい値と比較することにより、切換弁
４０の故障診断を行い、上記偏差がしきい値より小さい
ときは、切換弁４０の故障と判定する。

【００３７】つぎに、触媒劣化診断の制御を説明する。
図３は空燃比センサの出力反転の様子を示し、図４は空
燃比センサの出力反転のカウントにヒステリシスを設定
した様子を示している。また、図５は排気ガス量によっ
て変化する出力反転比と浄化率との関係を示し、図６は
排気ガス量による運転領域の区分を示す。

【００３８】触媒劣化診断は、上流側の触媒装置３２の
三元触媒について行うもので、エンジンの空燃比を理論
空燃比にフィードバック制御している状態で、触媒上流
側および下流側の両空燃比センサ３４、３５の出力に基
づいて劣化診断をする。すなわち、図３に示すように、
空燃比フィードバック制御中、各空燃比センサ３４、３
５の出力は、周期的にリッチ側とリーン側とに反転す
る。そして、正常状態では、上流側の空燃比センサ３４
はかなり頻繁に出力が反転するのに対し、下流側の空燃
比センサ３５の出力反転の周期は長い。しかし、触媒
（三元触媒）が劣化し、酸素吸蔵機能が低下すると、下
流側の空燃比センサ３５の出力反転周期が短くなって、
上流側の空燃比センサ３４の出力反転周期に近くなる。
そこで、所定時間内における上流側の空燃比センサ３３
の出力反転回数をＡとし、下流側の空燃比センサ３４の
出力反転回数をＢとして、反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）を設
定し、この反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）を基準値と比較する
ことにより、触媒劣化を検出する。

【００３９】両空燃比センサ３４、３５のリッチ、リー
ン間の出力反転回数のカウントには、図４に示すように
ヒステリシスを設定するのがよい。すなわち、中間値
（例えば０．４５Ｖ）より大きい上しきい値（例えば
０．５Ｖ）を設定して、この上しきい値以上の出力のと
きにリッチと判定し、また、中間値より小さい下しきい
値（例えば０．４Ｖ）を設定して、この下しきい値以下
の出力のときにリーンと判定するのがよく、これら上下
のしきい値を設定してヒステリシスを持たせることによ
り、リッチとリーンとの間で出力反転するときに生じや
すい高周波成分が反転回数としてカウントされてしまう
のを防止でき、反転回数を精度良くカウントできる。

【００４０】上流側の触媒装置３２の三元触媒が正常の
ときは、反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）は、ほぼ無限大に近い
大きな値となる。それに対し、上記触媒装置３２の触媒
劣化が進むと、下流側空燃比センサ３５の出力反転回数
が大きくなって、反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）が徐々に小さ
くなる。そこで、例えば浄化効率が６０％にまで低下し
た状態が触媒（三元触媒）の劣化して、その状態に相当
する反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）を判定しきい値とし、実際
の反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）がこの判定しきい値より大き
ければ正常であると判定し、反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）が
判定しきい値以下であれば、触媒（三元触媒）が劣化し
ていると判定する。

【００４１】ここで、上記反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）と触
媒（三元触媒）の浄化率との関係は、図５に示すよう
に、触媒装置３２を通過する排気ガス量（あるいは吸入
空気量）によってかなり相違したものとなる。すなわ
ち、基本的には、浄化率は同じであっても、ガス量が多
いほど反転回数比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）は小さくなる。そし
て、ガス量が多いときは、図５のＺ３線で示すように、
正常状態と劣化状態とを区別すべき浄化率が反転比ＨＲ
（＝Ａ／Ｂ）の小なる領域に現れ、その正常状態と劣化
状態とを区別すべき浄化率の付近で、反転比ＨＲ（＝Ａ
／Ｂ）のわずかな変化により浄化率が大きく変化してし
まう。そのため、ガス量が多いときは、判定しきい値を
設定することが難しい。

【００４２】また、ガス量が少ないときは、図５のＺ１
線で示すように、正常状態と劣化状態とを区別すべき浄
化率が反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）の大なる領域に現れ、そ
の正常状態と劣化状態とを区別すべき浄化率の付近で、
反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）のわずかな変化により浄化率が
大きく変化してしまう。そのため、ガス量が少ないとき
も、判定しきい値を設定することは難しい。

【００４３】そこで、触媒（三元触媒）の正常、劣化を
判定する反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）の判定しきい値は、後
述するようにガス量が中程度のときに対応した値に設定
する。そして、ガス量が多いときは、正常判定のみを行
う（劣化判定は行わない）ようにし、また、ガス量が少
ないときは、劣化判定のみを行う（正常判定は行わな
い）ようにする。

【００４４】ガス量が中程度のときは、図５のＺ２線で
示すように、反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）の変化に対して浄
化率がほぼ線形的に緩やかに変化し、正常状態と劣化状
態とを区別する浄化率付近において、反転比ＨＲ（＝Ａ
／Ｂ）の変化に対し浄化率が緩やかに変化するものとな
る。そのため、ガス量が中程度のときは、正常状態と劣
化状態とを区別すべき浄化率に対応した反転比ＨＲ（＝
Ａ／Ｂ）の判定しきい値の設定が容易で、その判定しき
い値に基づいて劣化判定と正常判定とを正確に行える。

【００４５】図５において、ＴＨＢは、ガス量が中程度
のときに浄化率が例えば約６０％相当に対応して設定さ
れた反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）の判定しきい値であり、ガ
ス量が中程度のときは、このＴＨＢよりも反転比ＨＲ
（＝Ａ／Ｂ）が小さいか大きいかで、触媒（三元触媒）
の正常、劣化が判定される。また、ガス量が多いとき
に、ＴＨＢよりも反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂ）が大きけれ
ば、正常であると判定できる（図５にＴＨＳで示す参考
しきい値以上であれば、より確実に、正常であると判定
できる）。また、ガス量が少ないときは、ＴＨＢよりも
反転比ＨＲ（＝Ａ／Ｂが小さければ、劣化であると判定
できる（図５にＴＨＤで示す参考しきい値以下であれ
ば、より確実に、劣化であると判定できる）。

【００４６】なお、図５にＺ４線で示すように、Ｚ３線
よりもさらにガス量が多いときは、判定しきい値の設定
は到底不可能である。この場合、正常判定も劣化判定も
行わない。

【００４７】触媒劣化診断における正常、劣化の判定
は、このように排気ガス量に応じて行う。そのため、図
６に示すように、排気ガス量によりエンジンの回転数と
負荷をパラメータとして運転領域を区分した領域図を設
定し、記憶しておく。図６において、領域Ｚ１、Ｚ２、
Ｚ３、Ｚ４は、ガス量の少ない方から多い方へ順次、等
ガス量線によって領域を区分設定したもので、図５のＺ
１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の各線は、それぞれ、図６の領域
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４に対応する特性の一例（代表
例）を示すものである。なお、最もガス量の少ない領域
Ｚ１は、触媒（三元触媒）が事実上活性温度に達しない
可能性の高い領域であるため、劣化検出禁止領域として
設定することもできる。

【００４８】上記のようにして正常、劣化を判定する触
媒劣化診断の制御は、エンジンの空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御した状態で、繰り返し実行する。ま
た、その理論空燃比へフィードバック制御した状態での
触媒劣化診断を早期に実行し終了できるようにするた
め、触媒劣化診断の都度、劣化診断を実行し終了するま
では、リーン制御を制限する。

【００４９】そのリーン制御を制限しつつ行う触媒劣化
診断の制御の具体例は次のとおりである。

【００５０】（第１の制御例）リーン制御を実行してい
る状態で、所定の触媒劣化診断条件が成立した時に、リ
ーン制御を一旦中止して、理論空燃比へのフィードバッ
ク制御に移行し、その状態で触媒劣化診断を開始する。
その際、触媒劣化診断を実行し終了するまでは、リーン
運転領域を縮小する。また、リーン制御から理論空燃比
へのフィードバック制御に移行してから所定時間が経過
した後に触媒劣化診断を開始する。そして、触媒劣化診
断が終了するまでは、リーン運転領域に入ってもλ＝１
運転を続行する。この場合、リーン制御中であっても、
触媒劣化診断条件が成立したときには、リーン制御が一
旦中止されて、理論空燃比へのフィードバック制御が実
行され、触媒劣化診断が行われるので、触媒劣化診断を
早期に行うことができる。温間時の空燃比は、図７の
（ａ）に示すように、エンジンの回転数と負荷をパラメ
ータとする領域図において、低回転、低負荷側に成層領
域すなわちリーン運転領域を設定し、それより高回転、
高負荷側にλ＝１のフィードバック制御領域を設定する
ものである。そのリーン運転領域（成層領域）が、触媒
劣化診断を実行し終了するまでは、図に破線で示すよう
に縮小される。冷間時と、温間加速時は、図７の（ｂ）
に示すように、低回転、低負荷側および高回転、高負荷
側とも、λ＝１のフィードバック制御領域とするもので
ある。

【００５１】図８および図９は、第１の制御例における
燃料噴射量制御のフローを示している。このフローは所
定クランク角毎の割り込み処理によって行われ、まず、
ステップＴ１０１で、エンジンの運転状態（アクセル開
度、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水温
度、空燃比センサ出力）を読み込む。そして、ステップ
Ｔ１０２で、冷却水温からエンジンの暖機状態（温間か
冷間か）を判定し、アクセル開度により検出されるエン
ジン負荷の変化あるいはエンジン回転数の変化から、加
速時かどうかを判定し、温間時には図７（ａ）の領域図
によって、また、冷間時あるいは加速時には図７（ｂ）
の領域図によって、エンジン負荷とエンジン回転数とで
設定された空燃比制御の領域を判定し、成層運転モード
（成層領域）かどうかを判定する。そして、ステップＴ
１０２の判定がＮＯ、すなわち成層運転モードでないと
きは、そのまま後述するステップＴ１０７へ進んで、λ
＝１フィードバック制御の処理を実行する。

【００５２】ステップＴ１０２の判定でＹＥＳ、すなわ
ち成層運転モードのときは、ステップＴ１０３で、触媒
劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮＤが立っている（ＭＯ
ＮＩＥＮＤ＝１）かどうで、触媒劣化診断が終わってい
るかどうかを判定し、ＹＥＳすなわち触媒劣化診断が終
わっている場合は、そのまま後述するステップＴ１２２
へ進んで、成層運転モード用のリーン制御を実行する。

【００５３】ステップＴ１０３の判定でＮＯ、すなわち
触媒劣化診断が終わっていない場合は、ステップＴ１０
４で、成層領域に制限を加える（図７（ａ）の領域図に
おけるリーン運転領域を縮小する）。そして、ステップ
Ｔ１０５で触媒劣化診断のための基本条件が成立してい
るかどうか、すなわち、エンジン回転数およびエンジン
負荷が触媒劣化診断のための所定の領域にあり、触媒
（三元触媒）が活性温度に達しているといった条件が成
立しているかどうかを判定して、ＮＯすなわち触媒診断
基本条件が成立してないときは、やはりそのまま後述す
るステップＴ１２２へ進んで、成層運転モード用のリー
ン制御を実行する。

【００５４】ステップＴ１０５の判定でＹＥＳ、すなわ
ち触媒劣化診断基本条件が成立しているときは、さらに
ステップＴ１０６で、パージ系、各空燃比センサ（Ｏ₂
センサ）、各センサ用ヒータに異常があるかどうかを判
定し、ＹＥＳすなわち異常があるときは、そのまま成層
運転モード用のリーン制御を行うということで、ステッ
プＴ１２２へ進み、エンジン負荷とエンジン回転数とを
パラメータとして成層燃焼用の燃料噴射量ＴＧを設定
し、ステップＴ１２３で噴射タイミングかどうかを判断
して、噴射タイミングが来たら、ステップＴ１２４で噴
射量ＴＧに相当する噴射パルスを出力し、燃料噴射を実
行する。

【００５５】そして、ステップＴ１０６の判定がＮＯ、
すなわちセンサ等に異常がなければ、ステップＴ１０７
に進み、触媒劣化診断のためのλ＝１フィードバック制
御に移行する。

【００５６】ステップＴ１０７〜ステップＴ１２１は、
λ＝１フィードバック制御のルーチンで、まず、ステッ
プＴ１０７において、所定の換算係数Ｋと吸入空気量と
エンジン回転数とに基づいて、基本燃料噴射量ＴＢを演
算する。

【００５７】次いで、ステップＴ１０８で、冷却水温度
に応じた燃料の水温補正量ＴＷを、マップに基づいて決
定する。

【００５８】そして、ステップＴ１０９で、触媒劣化診
断中であるか否かを判定する。そして、この判定でＹＥ
Ｓのときは、ステップＴ１１０において、空燃比フィー
ドバック制御のＰ値をＰ１に設定するとともに、Ｉ値を
Ｉ１に設定する。また、ステップＴ１０９の判定でＮＯ
のときは、ステップＴ１１１でＰ値をＰ２に設定すると
ともに、Ｉ値をＩ１に設定する。なお、Ｐ１＞Ｐ２、Ｉ
１＞Ｉ２である。

【００５９】ステップＴ１１０あるいはステップＴ１１
１でＰ値およびＩ値を設定した後、ステップＴ１１２
で、空燃比センサ出力がリッチであるか否かを判別す
る。そして、この判別でＮＯ、すなわち空燃比センサ出
力がリーンであるときは、ステップＳ１１３で、前回リ
ッチを検出しているか否かを判別し、これがＹＥＳであ
れば、空燃比センサ出力が、今回リッチからリーンへ反
転したということで、このときはステップＴ１１４で、
フィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢに
Ｐ値を加算したものとする。また、ステップＴ１１３の
判別でＮＯのときは、前回以前からリーン状態が継続し
ているということで、このときはステップＴ１１５で、
フィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢに
Ｉ値を加算したものとする。

【００６０】また、ステップＴ１１２の判別でＹＥＳの
ときは、ステップＴ１１６において、前回リーンを検出
しているか否かを判別し、これがＹＥＳであれば、空燃
比センサ出力が、今回リーンからリッチへ反転したとい
うことで、このときはステップＴ１１７において、フィ
ードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢからＰ
値を減算したものとする。また、ステップＴ１１６の判
別でＮＯのときは、前回以前からリッチ状態が継続して
いるということで、このときはステップＴ１１１８で、
フィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢか
らＩ値を減算したものとする。

【００６１】こうしてＴ１１４、Ｔ１１５、Ｔ１１７あ
るいはＴ１１８のいずれかのステップでフィードバック
補正量ＣＦＢを演算した後は、ステップＴ１１９に進ん
で、基本燃料噴射量ＴＢに水温補正量ＴＷとフィードバ
ック補正量ＣＦＢを加算することにより、最終燃料噴射
量ＴＦを演算する。そして、ステップＴ１２０で噴射タ
イミングかどうかを判断して、噴射タイミングが来た
ら、ステップＴ１２１で最終燃料噴射量ＴＦに相当する
噴射パルスを出力し、燃料噴射を実行する。

【００６２】図１０および図１１は、第１の制御例にお
ける触媒劣化診断処理のフローを示している。このフロ
ーは、所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ）毎の割り込み処
理によって行われ、まず、ステップＳ１０１で、空燃比
のフィードバック制御実行中であるか否かを判別する。
そして、この判別がＮＯ、すなわちフィードバック制御
実行中でない場合は、リターンする。

【００６３】ステップＳ１０１の判別でＹＥＳ、すなわ
ちフィードバック制御実行中のときは、ステップＳ１０
２へ進み、パージ系開通異常、すなわち前述した制御弁
２６の開固着あるいは大気開放弁３０の閉固着による異
常が発生しているかどうかの判定の処理を行い、ステッ
プＳ１０３で、パージ系が異常かどうかの判別して、こ
の判別結果がＹＥＳで、パージ系に異常が発生している
場合は、そのままリターンする。

【００６４】ステップＳ１０３の判別がＮＯで、パージ
系異常の発生がないというときは、ステップＳ１０４
で、各空燃比センサ（Ｏ₂センサ）３４、３５が正常で
あるか否かを判定する（断線確認）。そして、この判定
がＮＯで、センサが正常でないときは、そのままリター
ンする。

【００６５】ステップＳ１０４の判定がＹＥＳで、セン
サが正常であるときは、ステップＳ１０５で、各空燃比
センサ（Ｏ₂センサ）３４、３５用のヒータが正常であ
るか否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、ヒー
タが正常でないときは、リターンする。

【００６６】ステップＳ１０５の判別でＹＥＳのとき
は、ステップＳ１０６で、触媒（三元触媒）が活性温度
以上になっているか否かを判定する。そして、この判定
がＮＯで、活性温度以上になっていないときは、リター
ンする。

【００６７】ステップＳ１０６の判定がＹＥＳで、触媒
が活性温度以上というときは、ステップＳ１０７で、Ｅ
ＧＲ系の故障診断を行っている途中であるか否かを判別
する。そして、この判別がＹＥＳで、ＥＧＲ系故障診断
中というときは、そのままリターンする。

【００６８】ステップＳ１０７の判定がＮＯで、ＥＧＲ
故障診断中でない場合は、ステップＳ１０８で、燃料カ
ット状態から燃料復帰状態へと移行した時点から所定時
間（触媒装置３２の触媒が燃料カットに起因して酸素を
過剰に吸蔵した状態から、過剰吸蔵でない状態に復帰す
るまでの時間で、例えば４〜５秒）経過したか否かを判
定する。そして、この判定がＮＯで、所定時間経過して
いない場合は、そのままリターンする。

【００６９】ステップＳ１０８の判定がＹＥＳで、燃料
復帰後所定時間経過している場合は、ステップＳ１０９
で、エンリッチゾーンからフィードバック領域へ移行し
てから所定時間（触媒装置３２の触媒がエンリッチに起
因してＨＣを過剰に吸蔵した状態から、過剰吸蔵でない
状態に復帰するまでの時間で、例えば２秒）経過したか
否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、所定時間
経過していない場合は、そのままリターン，する。

【００７０】ステップＳ１０９の判定がＹＥＳで、フィ
ードバック領域へ移行後所定時間経過している場合は、
ステップＳ１１０で、リーン領域（成層領域）からフィ
ードバック領域へ移行後所定時間経過したか否かを判定
する。そして、この判定がＮＯで、所定時間経過してい
ない場合は、そのままリターンする。

【００７１】ステップＳ１１０の判定がＹＥＳで、移行
後所定時間経過している場合は、触媒劣化検出を実行す
るということで、まず、ステップＳ１１１で、上流側の
第１Ｏ₂センサ（空燃比センサ３４）の所定時間内の出
力反転回数Ａをカウントし、次いで、ステップＳ１１２
で、下流側の第２Ｏ₂センサ（空燃比センサ３５）の出
力反転回数Ｂをカウントする。そして、ステップＳ１１
３で、出力反転回数Ａが所定値となったか否か、つまり
反転回数のカウント開始から所定時間経過したか否かを
判定して、判定がＮＯのときはステップＳ１１１に戻
り、ステップＳ１１３の判定がＹＥＳとなったところ
で、ステップＳ１１４に進み、Ａ／Ｂを反転比ＨＲとし
て算出する。そして、ステップＳ１１５へ進む。

【００７２】ステップＳ１１５では、図６のマップに基
づいて、排気ガス量（吸入空気量）応じて、領域Ｚ１、
Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４のゾーン判定を行う。そして、ステッ
プＳ１１６で、ガス量・小の領域（Ｚ１）か否かを判別
し、この判別がＹＥＳで、領域Ｚ１のときは、ステップ
Ｓ１１７で、反転比ＨＲが基準値（判定しきい値）より
小さいか否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以上のときは、そのままリターンす
る。

【００７３】ステップＳ１１７の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より小さいときは、ステップＳ１１８
で、劣化判定の誤判定を防止するため、ステップＳ１１
７のＹＥＳの判定が２回連続したか否か判定し、２回連
続したのでなければ、リターンする。

【００７４】ステップＳ１１８の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より小さいとした判定が２回連続した場
合は、触媒装置３２の触媒が劣化しているということ
で、ステップステップＳ１１９で、図示しない警報器を
作動させて触媒劣化を表示し、、次いで、ステップＳ１
２０で、触媒劣化の故障コードを記憶し、次いで、ステ
ップＳ１２１で、触媒劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮ
Ｄを立て、劣化診断処理を終了する。

【００７５】ステップＳ１１６の判定がＮＯで、領域Ｚ
１でないというときは、ステップＳ１２２へ進み、ガス
量・中の領域（Ｚ２）であるか否かを判別し、この判別
がＹＥＳで、領域Ｚ２のときは、ステップＳ１２３で、
反転比ＨＲが基準値より小さいか否かを判定する。そし
て、ステップＳ１２３の判定がＹＥＳで、反転比ＨＲが
基準値より小さいときは、ステップＳ１１８へ進み、ス
テップＳ１２３のＹＥＳの判定が２回連続したか否か判
定して、２回連続したのでなければリターンし、２回連
続した場合は前述のステップＳ１１９以下の処理を実行
する。

【００７６】また、ステップＳ１２３の判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以上のときは、ステップＳ１２６
で、触媒装置３２の触媒が正常である判定した後、触媒
劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮＤを立て、劣化診断処
理を終了する。

【００７７】ステップＳ１２２の判定がＮＯで、領域Ｚ
２でもないというときは、ステップＳ１２４へ進み、ガ
ス量特大の領域（Ｚ４）であるか否かを判別し、この判
別がＮＯのときは、領域Ｚ３ということで、ステップＳ
１２５で、反転比ＨＲが基準値より大きい否かを判定す
る。そして、ステップＳ１２５の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より大きいときは、ステップＳ１２６
で、触媒装置３２の触媒が正常である判定した後、触媒
劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮＤを立て、劣化診断処
理を終了する。

【００７８】また、ステップＳ１２５の判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以下のときは、そのままリターンす
る（劣化判定しない）。

【００７９】（第２の制御例）リーン制御で運転してい
たエンジンが、例えば加速に入って、出力確保のため理
論空燃比での運転に切り換わった状態で、触媒劣化診断
条件が成立した時に、触媒劣化診断を開始する。そし
て、触媒劣化診断が終了するまでリーン制御への移行を
禁止し、触媒劣化診断を完結させる。この場合、加速等
で元々理論空燃比運転に入っている状態で触媒劣化診断
を実行し、劣化診断の途中でリーン運転条件が成立した
場合でも理論空燃比運転を続けて劣化診断を完結させる
ので、最初からリーン運転領域で触媒劣化診断のために
理論空燃比の制御を開始する場合に比べて、触媒劣化診
断のためにわざわざ理論空燃比に制御する期間が短くて
すむ。

【００８０】図１２および図１３は、第２の制御例にお
ける燃料噴射量制御のフローを示している。このフロー
は所定クランク角毎の割り込み処理によって行われ、ま
ず、ステップＴ２０１で、エンジンの運転状態（アクセ
ル開度、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水
温度、空燃比センサ出力）を読み込む。そして、ステッ
プＴ２０２で、触媒劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮＤ
が立っている（ＭＯＮＩＥＮＤ＝１）か否かで、触媒劣
化診断が終わっているかどうかを判定し、ＮＯ、すなわ
ち触媒劣化診断が終わっていない場合は、ステップＴ２
０３で、成層領域に制限を加える（図７（ａ）の領域図
におけるリーン運転領域を縮小する）。

【００８１】また、ステップＳ２０２で触媒劣化診断が
終わっていると判定した後、また、触媒劣化診断が終わ
っていなくて、ステップＴ２０３で成層領域に制限を加
えた後は、ステップＴ２０４で、冷却水温からエンジン
の暖機状態（温間か冷間か）を判定し、アクセル開度に
より検出されるエンジン負荷の変化あるいはエンジン回
転数の変化から、加速時かどうかを判定し、温間時には
図７（ａ）の領域図によって、また、冷間時あるいは加
速時には図７（ｂ）の領域図によって、エンジン負荷と
エンジン回転数とで設定された空燃比制御の領域を判定
し、成層運転モード（成層領域）かどうかを判定する。
そして、ステップＴ２０４の判定がＮＯ、すなわち成層
運転モードでないときは、そのまま後述するステップＴ
２０６へ進んで、λ＝１フィードバック制御の処理を実
行する。

【００８２】ステップＴ２０４の判定でＹＥＳ、すなわ
ち成層運転モードのときは、ステップＴ２０５で、触媒
劣化診断条件成立フラグＣＡＴＭＯＮＩが立っている
（ＣＡＴＭＯＮＩ＝１）か否かを判定し、この判定がＮ
Ｏで、触媒劣化診断条件が成立していない場合は、その
まま成層運転モード用のリーン制御を行うということ
で、ステップＴ２２１へ進み、エンジン負荷とエンジン
回転数とをパラメータとして成層燃焼用の燃料噴射量Ｔ
Ｇを設定し、ステップＴ２２２で噴射タイミングかどう
かを判断して、噴射タイミングが来たら、ステップＴ２
２３で噴射量ＴＧに相当する噴射パルスを出力し、燃料
噴射を実行する。

【００８３】また、ステップＴ２０６〜ステップＴ２２
０は、λ＝１フィードバック制御のルーチンで、ステッ
プＴ２０６へ進むと、所定の換算係数Ｋと吸入空気量と
エンジン回転数とに基づいて、基本燃料噴射量ＴＢを演
算する。

【００８４】次いで、ステップＴ２０７で、冷却水温度
に応じた燃料の水温補正量ＴＷを、マップに基づいて決
定する。

【００８５】そして、ステップＴ２０８で、触媒劣化診
断中であるか否かを判定する。そして、この判定でＹＥ
Ｓのときは、ステップＴ２０９において、空燃比フィー
ドバック制御のＰ値をＰ１に設定するとともに、Ｉ値を
Ｉ１に設定する。また、ステップＴ２０８の判定でＮＯ
のときは、ステップＴ２１０でＰ値をＰ２に設定すると
ともに、Ｉ値をＩ１に設定する。なお、Ｐ１＞Ｐ２、Ｉ
１＞Ｉ２である。

【００８６】ステップＴ２０９あるいはステップＴ２１
０でＰ値およびＩ値を設定した後、ステップＴ２１１
で、空燃比センサ出力がリッチであるか否かを判別す
る。そして、この判別でＮＯ、すなわち空燃比センサ出
力がリーンであるときは、ステップＳ２１２で、前回リ
ッチを検出しているか否かを判別し、これがＹＥＳであ
れば、空燃比センサ出力が、今回リッチからリーンへ反
転したということで、このときはステップＴ２１３で、
フィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢに
Ｐ値を加算したものとする。また、ステップＴ２１２の
判別でＮＯのときは、前回以前からリーン状態が継続し
ているということで、このときはステップＴ２１４で、
フィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢに
Ｉ値を加算したものとする。

【００８７】また、ステップＴ２１１の判別でＹＥＳの
ときは、ステップＴ２１５において、前回リーンを検出
しているか否かを判別し、これがＹＥＳであれば、空燃
比センサ出力が、今回リーンからリッチへ反転したとい
うことで、このときはステップＴ２１６において、フィ
ードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢからＰ
値を減算したものとする。また、ステップＴ２１５の判
別でＮＯのときは、前回以前からリッチ状態が継続して
いるということで、このときはステップＴ２１７で、フ
ィードバック補正量ＣＦＢを、前回の補正量ＣＦＢから
Ｉ値を減算したものとする。

【００８８】こうしてＴ２１３、Ｔ２１４、Ｔ２１６あ
るいはＴ２１７のいずれかのステップでフィードバック
補正量ＣＦＢを演算した後は、ステップＴ２１８に進ん
で、基本燃料噴射量ＴＢに水温補正量ＴＷとフィードバ
ック補正量ＣＦＢを加算することにより、最終燃料噴射
量ＴＦを演算する。そして、ステップＴ２１９で噴射タ
イミングかどうかを判断して、噴射タイミングが来た
ら、ステップＴ２２０で最終燃料噴射量ＴＦに相当する
噴射パルスを出力し、燃料噴射を実行する。

【００８９】図１４および図１５は、第２の制御例にお
ける触媒劣化診断処理のフローを示している。このフロ
ーは、所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ）毎の割り込み処
理によって行われ、まず、ステップＳ２０１で、空燃比
のフィードバック制御実行中であるか否かを判別する。
そして、この判別がＮＯ、すなわちフィードバック制御
実行中でない場合は、ステップＳ２０７で、触媒劣化診
断条件成立フラグＣＡＴＭＯＮＩを下げ（ＣＡＴＭＯＮ
Ｉ＝０）、リターンする。

【００９０】ステップＳ２０１の判別でＹＥＳ、すなわ
ちフィードバック制御実行中のときは、ステップＳ１０
２へ進み、パージ系開通異常、すなわち前述した制御弁
２６の開固着あるいは大気開放弁３０の閉固着による異
常が発生しているかどうかの判定の処理を行い、ステッ
プＳ２０３で、パージ系が異常かどうかの判別して、こ
の判別結果がＹＥＳで、パージ系に異常が発生している
場合は、ステップＳ２０７で、フラグＣＡＴＭＯＮＩを
下げ（ＣＡＴＭＯＮＩ＝０）、リターンする。

【００９１】ステップＳ２０３の判別がＮＯで、パージ
系異常の発生がないというときは、ステップＳ２０４
で、各空燃比センサ（Ｏ₂センサ）３４、３５が正常で
あるか否かを判定する（断線確認）。そして、この判定
がＮＯで、センサが正常でないときは、ステップＳ２０
７で、フラグＣＡＴＭＯＮＩを下げ（ＣＡＴＭＯＮＩ＝
０）、リターンする。

【００９２】ステップＳ２０４の判定がＹＥＳで、セン
サが正常であるときは、ステップＳ２０５で、各空燃比
センサ（Ｏ₂センサ）３４、３５用のヒータが正常であ
るか否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、ヒー
タが正常でないときは、ステップＳ２０７で、フラグＣ
ＡＴＭＯＮＩを下げ（ＣＡＴＭＯＮＩ＝０）、リターン
する。

【００９３】ステップＳ２０５の判別でＹＥＳのとき
は、ステップＳ２０６で、触媒（三元触媒）が活性温度
以上になっているか否かを判定する。そして、この判定
がＮＯで、活性温度以上になっていないときは、ステッ
プＳ２０７で、フラグＣＡＴＭＯＮＩを下げ（ＣＡＴＭ
ＯＮＩ＝０）、リターンする。

【００９４】ステップＳ２０６の判定がＹＥＳで、触媒
が活性温度以上というときは、ステップＳ２０８で、フ
ラグＣＡＴＭＯＮＩを立て（ＣＡＴＭＯＮＩ＝１）、次
いで、ステップＳ２０９で、ＥＧＲ系の故障診断を行っ
ている途中であるか否かを判別する。そして、この判別
がＹＥＳで、ＥＧＲ系故障診断中というときは、そのま
まリターンする。

【００９５】ステップＳ２０９の判定がＮＯで、ＥＧＲ
故障診断中でない場合は、ステップＳ２１０で、燃料カ
ット状態から燃料復帰状態へと移行した時点から所定時
間（触媒装置３２の触媒が燃料カットに起因して酸素を
過剰に吸蔵した状態から、過剰吸蔵でない状態に復帰す
るまでの時間で、例えば４〜５秒）経過したか否かを判
定する。そして、この判定がＮＯで、所定時間経過して
いない場合は、そのままリターンする。

【００９６】ステップＳ２１０の判定がＹＥＳで、燃料
復帰後所定時間経過している場合は、ステップＳ２１１
で、エンリッチゾーンからフィードバック領域へ移行し
てから所定時間（触媒装置３２の触媒がエンリッチに起
因してＨＣを過剰に吸蔵した状態から、過剰吸蔵でない
状態に復帰するまでの時間で、例えば２秒）経過したか
否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、所定時間
経過していない場合は、そのままリターン，する。

【００９７】ステップＳ２１１の判定がＹＥＳで、フィ
ードバック領域へ移行後所定時間経過している場合は、
ステップＳ２１２で、リーン領域（成層領域）からフィ
ードバック領域へ移行後所定時間経過したか否かを判定
する。そして、この判定がＮＯで、所定時間経過してい
ない場合は、そのままリターンする。

【００９８】ステップＳ２１２の判定がＹＥＳで、移行
後所定時間経過している場合は、触媒劣化検出を実行す
るということで、まず、ステップＳ２１３で、上流側の
第１Ｏ₂センサ（空燃比センサ３４）の所定時間内の出
力反転回数Ａをカウントし、次いで、ステップＳ２１４
で、下流側の第２Ｏ₂センサ（空燃比センサ３５）の出
力反転回数Ｂをカウントする。そして、ステップＳ２１
５で、出力反転回数Ａが所定値となったか否か、つまり
反転回数のカウント開始から所定時間経過したか否かを
判定して、判定がＮＯのときはステップＳ２１３に戻
り、ステップＳ２１５の判定がＹＥＳとなったところ
で、ステップＳ２１６に進み、Ａ／Ｂを反転比ＨＲとし
て算出する。そして、ステップＳ２１７へ進む。

【００９９】ステップＳ２１７では、図６のマップに基
づいて、排気ガス量（吸入空気量）応じて、領域Ｚ１、
Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４のゾーン判定を行う。そして、ステッ
プＳ２１８で、ガス量・小の領域（Ｚ１）か否かを判別
し、この判別がＹＥＳで、領域Ｚ１のときは、ステップ
Ｓ２１９で、反転比ＨＲが基準値（判定しきい値）より
小さいか否かを判定する。そして、この判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以上のときは、そのままリターンす
る。

【０１００】ステップＳ２１９の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より小さいときは、ステップＳ２２０
で、劣化判定の誤判定を防止するため、ステップＳ２１
９のＹＥＳの判定が２回連続したか否か判定し、２回連
続したのでなければ、リターンする。

【０１０１】ステップＳ２２０の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より小さいとした判定が２回連続した場
合は、触媒装置３２の触媒が劣化しているということ
で、ステップＳ２２１で、図示しない警報器を作動させ
て触媒劣化を表示し、、次いで、ステップＳ２２２で、
触媒劣化の故障コードを記憶し、次いで、ステップＳ２
２３で、触媒劣化診断条件成立フラグＣＡＴＭＯＮＩを
下げ（ＣＡＴＭＯＮＩ＝０）、また、ステップＳ２２４
で、触媒劣化診断終了フラグＭＯＮＩＥＮＤを立て（Ｍ
ＯＮＩＥＮＤ＝１）、劣化診断処理を終了する。

【０１０２】ステップＳ２１８の判定がＮＯで、領域Ｚ
１でないというときは、ステップＳ２２５へ進み、ガス
量・中の領域（Ｚ２）であるか否かを判別し、この判別
がＹＥＳで、領域Ｚ２のときは、ステップＳ２２６で、
反転比ＨＲが基準値より小さいか否かを判定する。そし
て、ステップＳ２２６の判定がＹＥＳで、反転比ＨＲが
基準値より小さいときは、ステップＳ２２０へ進み、ス
テップＳ２２６のＹＥＳの判定が２回連続したか否か判
定して、２回連続したのでなければリターンし、２回連
続した場合は前述のステップＳ２２１以下の処理を実行
する。

【０１０３】また、ステップＳ２２６の判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以上のときは、ステップＳ２２９
で、触媒装置３２の触媒が正常である判定した後、ステ
ップＳ２３０でフラグＣＡＴＭＯＮＩを下げ（ＣＡＴＭ
ＯＮＩ＝０）、ステップＳ２３１でフラグＭＯＮＩＥＮ
Ｄを立て（ＭＯＮＩＥＮＤ＝１）て、劣化診断処理を終
了する。

【０１０４】ステップＳ２２５の判定がＮＯで、領域Ｚ
２でもないというときは、ステップＳ２２７へ進み、ガ
ス量特大の領域（Ｚ４）であるか否かを判別し、この判
別がＮＯのときは、領域Ｚ３ということで、ステップＳ
２２８で、反転比ＨＲが基準値より大きい否かを判定す
る。そして、ステップＳ２２８の判定がＹＥＳで、反転
比ＨＲが基準値より大きいときは、ステップＳ２２９
で、触媒装置３２の触媒が正常である判定した後、ステ
ップＳ２３０でフラグＣＡＴＭＯＮＩを下げ、ステップ
Ｓ２３１でフラグＭＯＮＩＥＮＤを立て、劣化診断処理
を終了する。

【０１０５】また、ステップＳ２２８の判定がＮＯで、
反転比ＨＲが基準値以下のときは、そのままリターンす
る（劣化判定しない）。

【０１０６】なお、上記実施の形態で説明した例は直噴
エンジンに関するものであるが、この発明は、直噴以外
のリーンバーンエンジンにも適用できることは勿論であ
る。

【０１０７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
によれば、リーンバーンエンジンにおいて、リーン制御
を制限することにより、触媒劣化診断を早期に実行し終
了させるようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の全体図である。

【図２】実施の形態におけるパージ系の故障診断を説明
するためのタイムチャートである。

【図３】実施の形態における空燃比センサの出力反転の
様子を示すタイムチャートである。

【図４】実施の形態における空燃比センサの出力反転の
カウントにヒステリシスを設定した様子を示すタイムチ
ャートである。

【図５】実施の形態における排気ガス量によって変化す
る出力反転比と浄化率との関係を示す特性図である。

【図６】実施の形態における排気ガス量の領域図であ
る。

【図７】実施の形態における温間時の空燃比制御の領域
図（ａ）および冷間時、加速時の空燃比制御のの領域図
（ｂ）である。

【図８】実施の形態の第１の制御例による燃料噴射量制
御のフローチャートの前段部分である。

【図９】図８に前段部分を示すフローチャートの後段部
分である。

【図１０】実施の形態の第１の制御例による触媒劣化診
断の処理を実行するフローチャートの前段部分である。

【図１１】図１０に前段部分を示すフローチャートの後
段部分である。

【図１２】実施の形態の第２の制御例による燃料噴射量
制御のフローチャートの前段部分である。

【図１３】図１２に前段部分を示すフローチャートの後
段部分である。

【図１４】実施の形態の第２の制御例による触媒劣化診
断の処理を実行するフローチャートの前段部分である。

【図１５】図１４に前段部分を示すフローチャートの後
段部分である。

【符号の説明】

１エンジン本体１２燃料噴射弁３２触媒装置（三元触媒）３４、３５空燃比センサ４１制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｂ (72)発明者岡野隆行広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G084 AA00 AA04 BA09 BA21 BA24 BA27 DA27 EB12 EB16 FA07 FA10 FA20 FA30 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB05 BA14 BA15 BA19 BA31 BA32 BA33 CA13 CB02 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA08 DA09 DA10 DB06 DB10 DC01 DC05 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA30 EA31 EA32 EA34 FA07 FA11 FB10 FB11 FC02 FC04 FC07 HA36 HA37 HA42 HB03 HB05 HB08 3G301 HA04 HA13 HA16 HA17 JA33 MA01 ND01 ND12 ND15 NE14 NE15 PA01Z PD03A PD03Z PD09Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの空燃比を理論空燃比にフィー
ドバック制御するフィードバック制御手段を備えるとと
もに所定のリーン運転条件が成立した時にエンジンの空
燃比を理論空燃比よりも燃料リーン側に制御するリーン
制御手段を備えたエンジンの排気通路に設けられた排気
ガス浄化用の触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断装置で
あって、上記排気通路の触媒上流側および触媒下流側に配置され
た各空燃比センサと、所定の触媒劣化診断出条件が成立した時に上記フィード
バック制御手段によりエンジンの空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御した状態で上記触媒上流側および触
媒下流側の両空燃比センサの出力に基づいて上記触媒の
劣化を診断する触媒劣化診断手段と、該触媒劣化診断手段により触媒劣化診断を実行し終了す
るまでは上記リーン制御手段によるリーン制御に制限を
加えるリーン制限手段とを備えたことを特徴とする触媒
劣化診断装置。
【請求項２】上記リーン制限手段は、上記リーン制御
手段によりリーン制御を実行している時に、上記触媒劣
化診断条件が成立した時には、リーン制御を一旦中止さ
せて、上記フィードバック制御手段による理論空燃比へ
のフィードバック制御を実行させ、そのリーン制御を中
止し理論空燃比へのフィードバック制御を実行させた状
態で上記触媒劣化診断手段を作動させる請求項１記載の
触媒劣化診断装置。
【請求項３】上記触媒劣化診断手段は、リーン制御か
ら理論空燃比へのフィードバック制御に移行してから所
定時間が経過した後に触媒劣化診断を開始する請求項２
記載の触媒劣化診断装置。
【請求項４】上記リーン制限手段は、上記フィードバ
ック制御手段によりエンジンの空燃比を理論空燃比にフ
ィードバック制御した状態で上記触媒劣化診断手段によ
り触媒劣化診断を実行している時に、上記リーン運転条
件が成立した時には、触媒劣化診断が終了するまでリー
ン制御への移行を禁止する請求項１記載の触媒劣化診断
装置。
【請求項５】上記リーン運転条件は、エンジンの回転
数と負荷とで設定するリーン運転領域を含み、上記リー
ン制限手段は、上記触媒劣化診断手段により触媒劣化診
断を実行し終了するまでは上記リーン運転領域を縮小す
る請求項１記載の触媒劣化診断装置。