JP2006125279A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】法令が定めた劣化三元触媒の酸素吸蔵容量よりも少し多めに三元触媒の酸素変化量を制御し、排出ガスの悪化を招くことなく高精度に三元触媒の劣化を検出可能な内燃機関制御装置を得る。
【解決手段】三元触媒１０９の上流側に配置されて第１の空燃比Ａ／Ｆを検出する第１の空燃比検出手段１１０と、下流側に配置されて第２の空燃比λＯ２を検出する第２の空燃比検出手段１１１と、三元触媒１０９の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、三元触媒１０９の通過ガス量および第１の空燃比Ａ／Ｆから酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、酸素変化量に応じて第１の空燃比Ａ／Ｆを反転操作する空燃比操作手段とを備えている。空燃比操作手段１２２は、酸素変化量が目標酸素変化量に達するごとに、リッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比幅で第１の空燃比Ａ／Ｆを反転操作する。
【選択図】図１

Description

この発明は、排気系に排気ガス浄化用の三元触媒が設けられた内燃機関制御装置に関し、特に三元触媒の劣化を確実に検出するための新規な技術に関するものである。

一般に、内燃機関においては、排気ガスの有害成分を浄化するために三元触媒が用いられている。
三元触媒は、排気ガスが理論空燃比よりもリーンであるときには酸素を吸蔵し、排気ガスが理論空燃比よりもリッチであるときには酸素を放出することにより、三元触媒内の雰囲気を理論空燃比に保つ酸素吸蔵能力を有する。

また、三元触媒は、排気ガスに含まれる有害な３成分のうち、ＨＣおよびＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元することにより、各成分を無害なガスに浄化する能力を有する。
さらに、三元触媒の浄化能力は、理論空燃比の近傍で最大となるので、三元触媒の酸素吸蔵能力と浄化能力とが組み合わされることにより、排気ガスは良好に浄化される。

しかしながら、排気ガスが理論空燃比よりもリーンとなって、吸蔵した酸素量が酸素吸蔵容量を超えると、三元触媒内の雰囲気が理論空燃比に保たれず、ＮＯｘ浄化率が著しく悪化する。

また、排気ガスが理論空燃比よりもリッチとなって、吸蔵していた酸素量が不足すると、三元触媒内の雰囲気が理論空燃比に保たれず、ＨＣおよびＣＯの浄化率が悪化する。
三元触媒が劣化すると、酸素吸蔵容量が減少するので、浄化性能が悪化することが知られている。

そこで、三元触媒の上流側および下流側に空燃比センサを設け、直接的に酸素吸蔵容量を計測して三元触媒の劣化を検出するように構成した内燃機関制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
この場合、三元触媒の上流側および下流側の空燃比と、三元触媒の下流側の排出ガス濃度との各変化において、三元触媒の上流側の空燃比は、理論空燃比を挟んでリーン側にあらかじめ設定された所定空燃比から、リッチ側にあらかじめ設定された第１の所定空燃比に切り替えられる。

このとき、三元触媒の上流側の空燃比がリッチ側に変化しても、三元触媒内に吸着保持されていた酸素が放出されるので、三元触媒の下流側の空燃比は、第１の所定時間だけ理論空燃比に維持された後に、リッチ側の第１の空燃比に到達する。
続いて、三元触媒の上流側の空燃比は、理論空燃比を挟んでリッチ側にあらかじめ設定された所定空燃比から、リーン側にあらかじめ設定された第２の所定空燃比に切り替えられる。

このとき、上記の場合とは逆に、三元触媒内に酸素が吸着保持されるので、三元触媒の下流側の空燃比は、第２の所定時間だけ理論空燃比に維持された後に、リーン側の第２の空燃比に到達する。
以下、切り替え後の空燃比と理論空燃比との差分と、第１または第２の所定時間における三元触媒の通過ガス量とから、三元触媒に吸着保持された酸素の絶対量を算出し、この絶対量から三元触媒の劣化度を検出するようになっている（特許文献１内の図６参照）。

特許第２８１２０２３号公報

従来の内燃機関制御装置では、必ず三元触媒の酸素吸蔵状態をゼロにして（または、飽和させて）から、三元触媒の上流側の空燃比を切換え、三元触媒に吸着保持される酸素の絶対量を算出しているため、三元触媒の酸素吸蔵状態をゼロもしくは飽和させている期間の三元触媒の浄化率が低下し、排出ガスが悪化してしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、法令が定めた劣化三元触媒の酸素吸蔵容量よりも少し多めに、三元触媒の酸素変化量（酸素吸蔵／放出量）を制御することにより、排出ガスの悪化を招くことなく、精度よく三元触媒の劣化を検出することができる内燃機関制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、三元触媒の上流側の排気系内に配置されて排気ガスの第１の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、三元触媒の下流側の排気系内に配置されて排気ガスの第２の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段とを備えた内燃機関制御装置において、三元触媒の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、三元触媒の通過ガス量および第１の空燃比から三元触媒の酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、酸素変化量に応じて第１の空燃比を反転操作する空燃比操作手段と、をさらに備え、空燃比操作手段は、三元触媒の酸素変化量が目標酸素変化量に達するごとに、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比幅で、第１の空燃比を反転操作するものである。

この発明によれば、劣化した三元触媒の酸素吸蔵容量よりも少し多めに三元触媒の酸素変化量を制御することにより、三元触媒が正常状態であれば、三元触媒内の酸素変動が三元触媒の酸素吸蔵容量を超えないので、三元触媒の下流側の酸素濃度は変動せず、三元触媒の下流側の排出ガスの悪化を招くことはなく、一方、三元触媒が劣化した状態であれば、三元触媒内の酸素変動が三元触媒の酸素吸蔵容量を超えるので、三元触媒の下流側の酸素濃度は理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側に反転変動を生じ、三元触媒劣化を精度よく検出することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置の全体を周辺装置とともに示すブロック図である。
図１において、内燃機関１０１には、吸気系として、エアクリーナ１０２、スロットルバルブ１０３およびサージタンク１０４を有する吸気管１０５が設けられている。

吸気管１０５には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ１０６と、燃料を噴射するインジェクタ１０７と、スロットルバルブ１０３のスロットル開度θを検出するスロットルセンサ１１７と、アイドリング時を検出するアイドルスイッチ１１８とが設けられている。
アイドルスイッチ１１８は、アイドリング開度（スロットル開度θが全閉状態）時にオンとなるアイドル信号ＤＬを生成する。

また、内燃機関１０１には、排気系として、排気管１０８が設けられている。
排気管１０８内には、排気ガス中の有害成分を浄化するための三元触媒１０９が配置されるとともに、三元触媒１０９の上流側に配置されたリニアＡ／Ｆセンサ１１０と、三元触媒１０９の下流側に配置されたλＯ２センサ１１１とが設けられている。

内燃機関制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１１２は、マイクロコンピュータにより構成されており、中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）１１３と、リードオンリメモリ（以下、「ＲＯＭ」という）１１４と、ランダムアクセスメモリ（以下、「ＲＡＭ」という）１１５と、入出力インタフェース（以下、「Ｉ／Ｏ」という）１１６と、駆動回路１２２とを有する。

内燃機関１０１には、冷却水温ＷＴを検出する水温センサ１１９と、クランク角位置に対応したクランク角信号ＣＡを生成するクランク角センサ１２０と、カム角位置に対応したカム角信号を生成するカム角センサ１２１とが設けられている。

なお、水温センサ１１９、クランク角センサ１２０およびカム角センサ１２１は、他のセンサ手段（エアフローセンサ１０３、リニアＡ／Ｆセンサ１１０、λＯ２センサ１１１、スロットルセンサ１１７、アイドルスイッチ１１８など）とともに、内燃機関１０１の運転状態を検出する各種センサを構成しており、それぞれの検出信号は、運転状態情報としてＥＣＵ１１２に入力されている。

図１に示す内燃機関１０１において、エアクリーナ１０２により清浄化された吸気は、スロットルバルブ１０３により負荷に応じた吸気量に制御され、サージタンク１０４および吸気管１０５を介して内燃機関１０１の各気筒に吸入される。
このとき、内燃機関１０１への吸入空気量Ｑａは、エアフローセンサ１０６により検出される。また、内燃機関１０１の各気筒に対する燃料は、インジェクタ１０７を介して吸気管１０５内に噴射される。

内燃機関１０１の各気筒に吸入された混合気（空気および燃料）は、燃焼行程を経て排気ガスとなり、排気ガスは、排気管１０８中に配置された三元触媒１０９を通過することにより、有害成分が浄化されて大気中に排気される。

このとき、三元触媒１０９の上流側に設けられたリニアＡ／Ｆセンサ１１０は、排気ガス中の酸素濃度を検出して空燃比Ａ／Ｆをリニアに検出する。
また、三元触媒１０９の下流側に設けられたλＯ２センサ１１１は、排気ガス中の酸素濃度λＯ２を検出する。
各センサ１１０、１１１の検出信号は、ＥＣＵ１１２による三元触媒１０９の前後の排気ガス状態の検出処理に寄与する。

ＥＣＵ１１２において、各種の運転状態情報（吸入空気量Ｑａ、スロットル開度θ、アイドル信号ＤＬ、冷却水温ＷＴ、空燃比Ａ／Ｆ、酸素濃度λＯ２、クランク角信号ＣＡ、カム角センサ１２１からのカム角信号など）は、Ｉ／Ｏ１１６を介して、ＣＰＵ１１３に取り込まれる。

ＥＣＵ１１２は、空燃比フィードバック制御系を構成しており、三元触媒１０９の前後（上流側および下流側）に配設された各センサ１１０、１１１からの空燃比Ａ／Ｆおよび酸素濃度λＯ２に基づいて、インジェクタ１０７の駆動信号を生成し、所要量の燃料を噴射させるようになっている。

ＥＣＵ１１２内の空燃比フィードバック制御系において、ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１４に格納されている制御プログラムおよび各種マップに基づき、内燃機関１０１が所定の空燃比で運転されるように、駆動回路１２２を介してインジェクタ１０７を駆動する。この空燃比フィードバック制御により、実空燃比（Ａ／Ｆ）は、目標空燃比Ａ／Ｆｏに制御される。

なお、ＥＣＵ１１２は、内燃機関１０１を最適に制御するために、後述するように、三元触媒１０９の劣化検出装置としても機能する。
また、ＥＣＵ１１２内の駆動回路１２２は、インジェクタ１０７のみならず、内燃機関１０１に関連する各種アクチュエータたとえばＩＳＣバルブ（図示せず）などを駆動している。

すなわち、ＥＣＵ１１２は、空燃比制御の他に、点火時期制御、アイドル回転数制御などの各種制御を行うとともに、自己診断機能として、排気ガス悪化の要因となる各種コンポーネントの故障などを検出する。

インジェクタ１０７を駆動制御するＣＰＵ１１３および駆動回路１２２は、空燃比操作手段を構成しており、三元触媒１０９内の酸素変化量が目標酸素変化量に達するごとに、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比幅で、空燃比Ａ／Ｆを反転操作するようになっている。

また、ＲＯＭ１１４には、三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンのみならず、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンなどの制御プログラムが格納されており、さらに、これらの制御処理に必要なマップなども格納されている。

以下、図２、図３のフローチャート、図４、図５のタイミングチャート、および図６の説明図を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について詳細に説明する。
ここでは、この発明の特徴となる三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンとともに、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンの処理内容に沿って説明する。

図２はこの発明の実施の形態１による空燃比制御ルーチンを示すフローチャートであり、排気ガス浄化用の三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンを示している。
図２において、まず、三元触媒１０９の劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定し（ステップ２０１）、劣化判定実行条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図２の処理ルーチンを終了してリターンする。

一方、ステップ２０１において、劣化判定実行条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」よりも大きいか否かを判定し（ステップ２０２）、ＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、所要回数の劣化判定実行が終了しているので、直ちに図２の処理ルーチンを終了してリターンする。

このとき、劣化判定実行条件（ステップ２０１）の初回成立時のみに、劣化判定実行カウンタＣＮ１および酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２にそれぞれの初期値がセットされるものとする。
また、劣化判定実行条件は、たとえば内燃機関１０１が暖機後、かつ所定の吸入空気量Ｑａの範囲、かつ所定の回転数および負荷の範囲にあるか、などから判定されるものとする。

劣化判定実行カウンタＣＮ１は、リーン化フラグＦＬ（後述する）の切り替えごとに、「１」ずつデクリメントされる減算カウンタである。したがって、劣化判定実行カウンタＣＮ１の初期値として、たとえば「５」を設定すると、初めに目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われた後、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化とリッチ化とが交互に行われ、合わせて５回行われることになる。

一方、ステップ２０２において、ＣＮ１＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」よりも大きいか否かを判定する（ステップ２０３）。

酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２は、酸素吸蔵量初期化の期間中（後述する）での目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理ごとに「１」ずつデクリメントされる減算カウンタである。この場合、目標空燃比Ａ／Ｆｏを所定期間にわたって理論空燃比よりもリッチ化することにより、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」のときに実行される目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理において、三元触媒１０９内の酸素量が酸素吸蔵容量を飽和することに起因したＮＯｘ排出量の悪化を抑制することになる。

ステップ２０３において、ＣＮ２＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、酸素変化量ＱＯＸを「０」に設定するとともに（ステップ２０４）、内燃機関１０１の回転数および負荷に応じて設定されたマップに基づいて、目標空燃比Ａ／Ｆｏを理論空燃比よりも所定量だけリッチ化する（ステップ２０５）。

また、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ１を「１」だけデクリメントするとともに（ステップ２０６）、酸素変化量ＱＯＸの初期化終了後に備えて、リーン化フラグＦＬを「１（成立）」にセットして（ステップ２０７）、図２の処理ルーチンを終了する。
リーン化フラグＦＬは、酸素吸蔵量初期化の終了後に、「１（成立）」にセットされていれば目標空燃比Ａ／Ｆｏをリーン化し、「０（不成立）」にクリアされていれば目標空燃比Ａ／Ｆｏをリッチ化するための判定フラグとして機能する。

一方、ステップ２０３において、ＣＮ２＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、目標酸素変化量ＱＯＸｏを演算により求める（ステップ２０８）。
ここで、目標酸素変化量ＱＯＸｏは、法令により三元触媒１０９が劣化したと検出すべき酸素吸蔵容量に所定量（たとえば、２０％程度）のマージンを加えた値とする。

図６は三元触媒１０９の劣化時の酸素吸蔵容量［ｇ］と米国ＦＴＰ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ：排ガス測定手順）モード走行時の排出ガス量の関係を示す説明図であり、１点鎖線はＮＭＨＣ（Ｎｏｎ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｈｙｄｒｏ Ｃａｒｂｏｎ：メタン以外のＨＣ類）、破線はＮＯｘの排出量をそれぞれ示している。
図６において、米国ＯＢＤ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）−２による規制値（エミッション故障の自己診断機能に関する）は、米国ＦＴＰモード走行時の排出ガス量が排出ガス規制値の所定倍を超えるときに故障検出するように定めている。

ここで、三元触媒１０９の劣化を検出すべき酸素吸蔵容量は、米国ＯＢＤ−２規制値を満足するように設定されている。
なお、図６の特性データは、ＥＣＵ１１２内のＲＯＭ１１４に格納されているものとする。
こうして、ステップ２０８により目標酸素変化量ＱＯＸｏを演算すると、続いて、以下の式（１）により酸素変化量ＱＯＸを演算する（ステップ２０９）。

ＱＯＸ＝ＱＯＸ（前回値）＋｛｜Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ｜÷Ａ／Ｆｂ｝×Ｑａ×ΔＴ×α ・・・（１）

ただし、式（１）において、ΔＴは酸素変化量ＱＯＸの演算周期、αは酸素量変換係数である。
また、基本目標空燃比Ａ／Ｆｂは、リッチ化またはリーン化が行われないときに設定される目標空燃比であり、内燃機関１０１の運転動作点に応じた理論空燃比である。
さらに、吸入空気量Ｑａは、三元触媒１０９の通過ガス量とほぼ等しいものと仮定する。

ステップ２０９において、式（１）により酸素変化量ＱＯＸを演算すると、続いて、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏよりも小さいか否かを判定する（ステップ２１０）。
ステップ２１０において、ＱＯＸ≧ＱＯＸｏ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達しているので、酸素変化量ＱＯＸを「０」に設定し（ステップ２１２）、リーン化フラグＦＬを反転（たとえば、「１（成立）」から「０（不成立）」に）して（ステップ２１３）、ステップ２１１に進む。

一方、ステップ２１０において、ＱＯＸ＜ＱＯＸｏ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、リーン化フラグＦＬが「１（成立）」であるか否かを判定する（ステップ２１１）。
ステップ２１１において、ＦＬ＝１（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、目標空燃比Ａ／Ｆｏを基本目標空燃比Ａ／Ｆｂよりも所定量（たとえば、０．４）だけリーン化して（ステップ２１４）、図２の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ２１１において、ＦＬ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、目標空燃比Ａ／Ｆｏを基本目標空燃比Ａ／Ｆｂよりも所定量（たとえば、０．４）だけリッチ化して（ステップ２１５）、図２の処理ルーチンを終了する。

図３はこの発明の実施の形態１による三元触媒１０９の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。
図３において、まず、劣化判定実行条件が成立したか否かを判定し（ステップ３０１）、劣化判定実行条件が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図３の処理ルーチンを終了してリターンする。

一方、ステップ３０１において、劣化判定実行条件が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」よりも大きいか否かを判定し（ステップ３０２）、ＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ３１２（後述する）に進む。

一方、ステップ３０２において、ＣＮ１＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」であるかを判定し（ステップ３０３）、ＣＮ２＞０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図３の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ３０３において、ＣＮ２＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、リーン化フラグＦＬが前回値と同じであるか否かを判定し（ステップ３０４）、ＦＬ≠前回のＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ３１０（後述する）に進む。

一方、ステップ３０４において、ＦＬ＝前回のＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλが「０（不成立）」であるか否かを判定し（ステップ３０５）、Ｆλ＝１（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図３の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ３０５において、Ｆλ＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、λＯ２センサ１１１により検出された酸素濃度λＯ２の反転判定処理を実行する（ステップ３０６）。
具体的には、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値が目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理時にリーン反転判定値を下回ったか否か、または目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理時にリッチ反転判定値を上回ったか否かを判定する。

なお、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２の値がＣＮ２＞０のときには「０（不成立）」にセットされ、ＣＮ２＝０のときには、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２が反転したとき（すなわち、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理時）にリーン反転判定値を下回るか、または目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理時にリッチ反転判定値を上回れば、「１（成立）」にセットされる。
また、リーン反転判定値は、たとえば０．３［Ｖ］に設定され、リッチ反転判定値は、たとえば０．７［Ｖ］に設定されている。

次に、ステップ３０６にて反転判定が成立したタイミングを検出することにより、酸素濃度λＯ２の反転判定が成立したか否かを判定し（ステップ３０７）、酸素濃度λＯ２の反転判定が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図３の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ３０７において、酸素濃度λＯ２の反転判定が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλを「１（成立）」に設定し（ステップ３０８）、劣化判定成立カウンタＣＮ３をインクリメント（「１」だけ加算）して（ステップ３０９）、図３の処理ルーチンを終了する。

ここで、劣化判定成立カウンタＣＮ３は、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値が反転するごとに「１」ずつ加算され、劣化判定実行カウンタＣＮ１（たとえば、初期値＝５）が「０」となったときに、劣化判定成立カウンタＣＮ３の値が「４」以上となっていれば、最終劣化判定（後述する）が成立する。

上記ステップ３０４において、リーン化フラグＦＬが逆転していて、ＦＬ≠前回のＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλを「０（不成立）」に設定し（ステップ３１０）、劣化判定実行カウンタＣＮ１を減算して（ステップ３１１）、図３の処理ルーチンを終了する。

また、上記ステップ３０２において、劣化判定実行カウンタＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、劣化判定成立カウンタＣＮ３が最終劣化判定しきい値（ＲＯＭ１１４内にあらかじめ設定されている）を超えているか否かの最終劣化判定処理を実行する（ステップ３１２）。

続いて、ステップ３１２で最終劣化判定が成立したか否かを判定し（ステップ３１３）、劣化判定成立カウンタＣＮ３＜４であって、最終劣化判定が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図３の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップ３１３において、劣化判定成立カウンタＣＮ３≧４となっており、最終劣化判定が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、運転者に三元触媒１０９が劣化していることを知らせるために、ＭＩＬ（Ｍａｌｆａｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｌｉｇｈｔ）ランプを点灯して（ステップ３１４）、図３の処理ルーチンを終了する。

図４および図５はこの発明の実施の形態１による三元触媒１０９の劣化検出装置の動作を示すタイミングチャートであり、図４は三元触媒１０９が劣化したと検出すべき場合の動作、図５は三元触媒１０９が正常の場合の動作を示している。
図４、図５においては、目標空燃比Ａ／Ｆｏ（≒上流側のＡ／Ｆ）、酸素変化量ＱＯＸ、酸素濃度λＯ２、下流側のλＯ２反転フラグＦλ、劣化判定実行カウンタＣＮ１、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２、劣化判定成立カウンタＣＮ３、リーン化フラグＦＬの各値の時間変化を示している。

以下、図４を参照しながら、上述した三元触媒１０９の酸素変化量制御ルーチンおよび劣化検出ルーチンの具体的な処理内容について、各ステップ（４０１〜４３９）に沿って説明する。

図４において、最初の時刻ａまでの間において、劣化判定実行条件が成立すると、劣化判定実行カウンタＣＮ１および酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２に初期値がセットされ（４０１、４０２）、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」になるまで（４０３→４０８）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４０４）。

上記時刻ａまでのリッチ化期間中、酸素変化量ＱＯＸは「０」に設定されており（４０５）、リーン化フラグＦＬは「１」に設定され（４０６）、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは「０」に固定されている（４０７）。

続いて、時刻ａ〜ｂの期間において、酸素吸蔵量初期化カウンタＣＮ２が「０」になると（４０８）、目標酸素変化量ＱＯＸｏが演算され（４０９）、酸素変化量ＱＯＸが演算される（４１０）。
以後、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達するまで、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化が行われる（４１１）。

上記時刻ａ〜ｂのリーン化期間中に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２がリーン反転判定値を下回ると（４１２）、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされ（４１３）、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４１４）。

以下、図示したように、時刻ｂにおいて、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達すると、酸素変化量ＱＯＸは「０」に設定され（４１５）、リーン化フラグＦＬは「０」にセットされ（４１６）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４１７）。
また、同時に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは「０」にセットされ（４１８）、劣化判定実行カウンタＣＮ１はデクリメントされる（４１９）。

続いて、時刻ｂ〜ｃの期間において、時刻ａ〜ｂの期間と同様に、目標酸素変化量ＱＯＸｏおよび酸素変化量ＱＯＸが演算される（４２０、４２１）。
以後、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達するまで、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４１７）。

上記時刻ｂ〜ｃのリッチ化期間中に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２がリッチ反転判定値を上回れば（４２２）、λＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされ（４２３）、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４２４）。

以下、図示したように、時刻ｃにおいて、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達すると、酸素変化量ＱＯＸは「０」に設定され（４２５）、リーン化フラグＦＬは「１」に設定され（４２６）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化が行われる（４２７）。
また、同時に、λＯ２反転フラグＦλは「０」にセットされ（４２８）、劣化判定実行カウンタＣＮ１はデクリメントされる（４２９）。

続いて、時刻ｃ〜ｄの期間において、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」になるまで（４３０）、時刻ａ〜ｃの期間と同様に、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化およびリッチ化が繰り返し実行され（４２７、４３１、４３２、４３３）、λＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされるごとに、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４３４、４３５、４３６）。

以下、図示したように、時刻ｄにおいて、劣化判定実行カウンタＣＮ１が「０」に達すると（４３０）、最終劣化判定が実行される（４３７）。
このとき、最終劣化判定が成立すれば、ＭＩＬランプを点灯し（４３８）、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンを完了する。

また、目標空燃比Ａ／Ｆｏが基本目標空燃比Ａ／Ｆｂに設定されて（４３９）、三元触媒１０９の酸素変化量制御ルーチンを完了する。
図４においては、三元触媒１０９の劣化検出時の動作を示しているので、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は、酸素変化量ＱＯＸの吸蔵過剰および放出不足の状態を交互に示している。

一方、図５（正常時）における各動作手順（４０１〜４３９）は、図４（劣化検出時）の場合と同様であるが、三元触媒１０９が正常であるため、時刻ｄまでの期間において、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２は反転せず、劣化判定成立カウンタＣＮ３はインクリメントされない。
また、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は、連続的に正常値を示している。
したがって、時刻ｄにおいて、最終劣化判定は「不成立」となり、ＭＩＬランプの点灯は行われない。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置は、図１に示すように、内燃機関１０１の排気系に三元触媒１０９を配置し、三元触媒１０９の前後に排気ガス中の空燃比検出手段１１０、１１１を設けるとともに、ＥＣＵ１１２は、目標酸素変化量演算手段と、酸素変化量演算手段と、空燃比操作手段とを備えている。

ＥＣＵ１１２内において、目標酸素変化量演算手段は、目標酸素変化量を演算し、酸素変化量演算手段は、三元触媒１０９の通過ガス量（吸入空気量Ｑａ）と三元触媒１０９の上流側の空燃比Ａ／Ｆとに基づいて、三元触媒１０９内の酸素変化量を演算する。

また、空燃比操作手段は、三元触媒１０９内の酸素変化量が目標酸素変化量に達するごとに、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比の間で三元触媒１０９の上流側の空燃比を反転操作する。
また、空燃比操作手段は、目標酸素変化量に基づいて三元触媒１０９の上流側の空燃比の操作を開始する前に、三元触媒１０９の上流側の空燃比を所定期間にわたって、理論空燃比よりもリッチ側にあらかじめ定められた空燃比に制御する。

このように、劣化した三元触媒１０９の酸素吸蔵容量よりも少し多めに三元触媒１０９の酸素変化量を制御することにより、もし三元触媒１０９が正常状態であれば、三元触媒１０９内の酸素変動が三元触媒１０９の酸素吸蔵容量を超えないので、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２が変動せず、三元触媒１０９の下流側の排出ガスの悪化を招くことはない。
一方、三元触媒１０９が劣化した状態であれば、三元触媒１０９内の酸素変動が三元触媒１０９の酸素吸蔵容量を超えるので、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに反転変動を生じることから、三元触媒１０９の劣化を精度よく検出することができる。

また、目標酸素変化量に基づく三元触媒１０９の上流側の空燃比操作を開始する前に、三元触媒１０９の上流側の空燃比を所定期間にわたって、理論空燃比よりもリッチ化することにより、三元触媒１０９内の酸素吸蔵量が酸素吸蔵容量を飽和しない範囲内で、三元触媒１０９の酸素変化量を制御することができ、ＮＯｘ排出量の悪化を防ぐことができる。

なお、この発明の実施の形態１では、三元触媒１０９の下流側に比較的安価なλＯ２センサ１１１を配置したが、これに限らず、たとえば空燃比制御精度向上のために、λＯ２センサ１１１に代えて、リニアＡ／Ｆセンサを配置してもよい。
また、三元触媒１０９の劣化判定基準として、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２の反転を用いたが、これに限らず、たとえば三元触媒１０９の前後の各センサ出力値の反転回数比を用いてもよい。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を周辺装置とともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１による排気ガス浄化用三元触媒の酸素変化量制御ルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による三元触媒の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による三元触媒正常時の三元触媒劣化検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による三元触媒劣化時の三元触媒劣化検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 三元触媒を劣化させたときの酸素吸蔵容量と米国ＦＴＰモード走行時の排出ガス量の関係を示す図である。

符号の説明

１０１ 内燃機関、１０３ スロットルバルブ、１０５ 吸気管、１０６ エアフローセンサ、１０７ インジェクタ、１０８ 排気管（排気系）、１０９ 三元触媒、１１０ リニアＡ／Ｆセンサ（第１の空燃比検出手段）、１１１ λＯ２センサ（第２の空燃比検出手段）、１１２ 内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）、１１３ 中央処理装置（ＣＰＵ）、１１４ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１１５ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１１６ 入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）、１１７ スロットルセンサ、１１８ アイドルスイッチ、１１９ 水温センサ、１２０ クランク角センサ、１２１ カム角センサ、１２２ 駆動回路、Ａ／Ｆ 空燃比（第１の空燃比）、ＣＡ クランク角信号、ＤＬ アイドル信号、Ｑａ 吸入空気量、ＷＴ 冷却水温、θ スロットル開度、λＯ２ 酸素濃度（第２の空燃比）。

Claims (2)

1. 内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、
   前記三元触媒の上流側の前記排気系内に配置されて排気ガスの第１の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
   前記三元触媒の下流側の前記排気系内に配置されて排気ガスの第２の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と
   を備えた内燃機関制御装置において、
   前記三元触媒の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、
   前記三元触媒の通過ガス量および前記第１の空燃比から前記三元触媒の酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、
   前記酸素変化量に応じて前記第１の空燃比を反転操作する空燃比操作手段と、をさらに備え、
   前記空燃比操作手段は、前記三元触媒内の前記酸素変化量が前記目標酸素変化量に達するごとに、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比幅で、前記第１の空燃比を反転操作することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記空燃比操作手段は、前記第１の空燃比の反転操作を開始する前に、前記第１の空燃比を所定期間にわたって、前記第１の空燃比を、前記理論空燃比よりもリッチ側にあらかじめ定められた所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。

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