JP2007046517A

JP2007046517A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2007046517A
Application number: JP2005230653A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Enoki; 圭一榎木; Kon Youryu; 崑葉劉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US20070033924A1; US7293404B2

Abstract

【課題】
触媒劣化診断のために空燃比変動を与える際、下流空燃比フィードバックと上流空燃比フィードバックの干渉を防ぎ、正確に触媒劣化診断を行うことを目的とする。
【構成】
下流側空燃比検出手段１１０により検出した下流側空燃比が下流側目標空燃比に一致するように上流側目標空燃比をフィードバック制御する下流側空燃比フィードバック制御手段と、三元触媒１０９の劣化診断時に上流側目標空燃比を変動させる目標空燃比変動手段と、三元触媒１０９の劣化診断時に下流側空燃比の挙動から触媒劣化判定を行う触媒劣化判定手段とを備え、三元触媒１０９の劣化診断時に、下流側空燃比フィードバック制御手段を停止もしくは制御定数を小さく設定するようにしたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置、特に排気ガス浄化用の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、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を含んだ三元触媒
が使用されており、この三元触媒により排気ガスに含まれる有害ガス（ＨＣ、ＣＯおよび
ＮＯｘ）を同時に無害なガスに浄化するようにしている。触媒の浄化作用は、理論空燃比
近傍では高く維持され、理論空燃比から外れると著しく低下する特性を持っている。

三元触媒には貴金属の他にアルミナやセリアなどの助触媒が含まれており、これらの助触媒は貴金属の熱劣化防止などの役割を果たしている。その助触媒の中で、セリアは、空燃比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、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酸素吸蔵能力を持っており、三元触媒に入る空燃比が変動しても触媒内を理論空燃比を一定に保つことができる。従って、加減速などで触媒上流の空燃比が変動しても、セリアが持つ酸素吸蔵能力のおかげで触媒内は理論空燃比に保たれるので、触媒の浄化能力が高く維持される。

図１３は、三元触媒の上流側及び下流側に空燃比センサを取り付け、この三元触媒の上流側に空燃比変動を与えた場合の三元触媒下流側の空燃比を実際に測定した結果を示す説明図であり、Ａは三元触媒を新品とし、その下流側で測定した空燃比、Ｂは三元触媒をエンジンの失火等により熱劣化した製品とし、その下流側で測定した空燃比、をそれぞれ示す。図１２のＡから明らかなように、三元触媒が新品の場合は、その上流側の空燃比に変動を与えても、セリアの持つ酸素吸蔵能力により三元触媒内は理論空燃比に保たれ、三元触媒の下流側の空燃比は変動せずに、ほぼ一定となる。

しかし、エンジンで失火などが発生して三元触媒が熱劣化すると、セリアが持つ酸素吸蔵能力が低下し触媒浄化能力が悪化するので、図１２のＢに示すように、その上流側の空燃比に変動を与えると、三元触媒上流側の空燃比の変動にあわせて三元触媒下流側の空燃比も変動する。

図１４は、強制失火により三元触媒を熱劣化させたときの、酸素吸蔵能力と米国排ガス規制モード走行時における排出ガス量としての非メタン炭化水素ＮＭＨＣの量（g/mile）、及び窒素酸化物ＮＯｘの量（g/mile）との関係を示す説明図である。図１４から明らかなように、三元触媒の熱劣化が進むほどに酸素吸蔵能力は減少し、酸素吸蔵能力の減少とともに排出ガス量は増大し悪化する。従がって、劣化した三元触媒に対し、その上流側に空燃比変動を与えると、図１３のＢに示したように三元触媒上流側の空燃比の変動に合わせて触媒下流の空燃比も変動する。これはセリアが劣化したため、酸素吸蔵能力が低下し、三元触媒上流側の酸素変化を吸収できなくなったことを示している。

欧米では、エミッションシステムの性能が悪化したことを検出するOBD規制（On Board
Diagnosis規制）が施行されている。その中には、上記のような三元触媒の劣化を検出することも含まれており、例えば、図１４に示すように排出ガス量がOBD規制値を越えるまで三元触媒の劣化が進めば、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Light）を点灯して運転者に故障を知らせる必要がある。

そこで、従来、三元触媒の上流側に空燃比をリニアに検出できるリニア空燃比センサを、下流側に理論空燃比近傍で大きく出力が変化するリアλセンサを設け、三元触媒上流の空燃比を変動させて所定の酸素変化量を三元触媒に与え、下流側のリアλセンサの挙動から触媒劣化を診断する装置が開示されている。（例えば特許文献１参照）

この従来の装置によれば、酸素変化量を、OBD検出レベルの酸素吸蔵能力（例えば、図１４の（Ａ）に設定し、酸素吸蔵能力が酸素変化量よりも大きければ、酸素変化は吸収されるのでリアλセンサの出力は安定するが、三元触媒の劣化が進んで酸素吸蔵能力が酸素変化量より小さくなると、酸素変化を吸収しきれないのでリアλセンサの出力が大きく変動するので、精度良く触媒劣化を検出することができる。
特開平１１−２７０３３２号公報（図１〜４、第２〜６頁）

しかしながら、一般に空燃比制御システムは、目標下流空燃比となるようにリアλセンサで目標上流空燃比をフィードバック制御するとともに、目標上流空燃比となるようにリニア空燃比センサを用いて燃料噴射量をフィードバック制御するダブルフィードバック制御を行っており、上述した従来の三元触媒劣化診断方法を適用すると、図１５に示すように、２つのフィードバック制御が干渉して三元触媒の上流側及び下流側の空燃比がハンチングし、排ガス（特にＮＯｘ）やドライバビリティが悪化したり、触媒劣化診断の精度が低下して誤判定を起こす問題がある。

また、図１２に示すように、空燃比変動の中心値（基本目標A/F）が理論空燃比からずれたまま空燃比変動を与えると、酸素吸蔵能力Ｅが飽和してリアλセンサ出力Ｆが変動しなかったり、逆に酸素吸蔵能力Ｅがゼロになってリアλセンサ出力Ｆが変動しない（図示せず）ことが起こり、正確に触媒劣化診断をすることができない問題がある。

また、従来の装置では空燃比変動をステップ波形で与えているので、図１１に示すように空燃比変化が大きく、かつ急峻すぎるので、空燃比が目標値に収束せずにハンチングしてドライバビリティが悪化する問題がある。

この発明は、従来の装置に於ける上述の問題点に鑑みてなされたものであり、排ガスやドライバビリティの悪化を防止し、かつ触媒劣化診断の精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明のよる内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、前記三元触媒の上流側の前記排気系内に配置されて前記内燃機関の排気ガスの上流側空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、該上流側空燃比検出手段により検出した前記上流側空燃比が上流側目標空燃比に一致するように前記内燃機関への燃料噴射量をフィードバック制御する上流側空燃比フィードバック制御手段と、前記三元触媒の下流側の前記排気系内に配置されて前記排気ガスの下流側空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、該下流側空燃比検出手段により検出した前記下流側空燃比が下流側目標空燃比に一致するように前記上流側目標空燃比をフィードバック制御する下流側空燃比フィードバック制御手段と、前記三元触媒の劣化診断時に前記上流側目標空燃比を変動させる目標空燃比変動手段と、前記三元触媒の劣化診断時に前記下流側空燃比の挙動から触媒劣化判定を行う触媒劣化判定手段とを備え、前記三元触媒の劣化診断時に、前記下流側空燃比フィードバック制御手段を停止もしくは制御定数を小さく設定するようにしたものである。

さらに、この発明のよる内燃機関の制御装置は、上流側目標空燃比を学習する上流側目標空燃比学習手段と、該上流側目標空燃比学習手段が前記学習を完了したことを判定する学習完了判定手段とを備え、上流側目標空燃比学習手段による前記学習の完了前は三元触媒の劣化診断を禁止するようにしたものである。

また、この発明のよる内燃機関の制御装置は、上流側目標空燃比学習手段が作動している時間を積算する学習時間積算手段を備えると共に、学習完了判定手段を、学習時間積算手段により積算した学習時間積算値が所定値を越えるときに学習完了と判定するようにしたものである。

さらにまた、この発明のよる内燃機関の制御装置は、上流側目標空燃比学習手段が学習した上流側目標空燃比学習値の微分を演算する学習値微分演算手段を備えると共に、学習完了判定手段を、学習値微分演算手段による学習値微分の絶対値が所定値以内であるときに学習の完了と判定するようにしたものである。

また、この発明のよる内燃機関の制御装置は、目標空燃比変動手段を、上流側目標空燃比を切換えるときに、理論空燃比へ変更した後、徐々に予め定められた所定空燃比へ変更するようにしたものである。

この発明よる内燃機関の制御装置によれば、前記三元触媒の劣化診断時に、前記下流側空燃比フィードバック制御手段を停止もしくは制御定数を小さく設定するようにしたので、上流側空燃比フィードバック制御との干渉を抑制することができ、排ガスやドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

また、この発明よる内燃機関の制御装置によれば、上流側目標空燃比学習手段が作動している時間を積算する学習時間積算手段を備えると共に、学習完了判定手段を、学習時間積算手段により積算した学習時間積算値が所定値を越えるときに学習完了と判定し、その上流側目標空燃比の学習が完了した後に、触媒劣化診断を許可するようにしたので、空燃比変動の中心空燃比を理論空燃比に保ち、触媒劣化診断精度の悪化を防ぐことができる。

更に、この発明よる内燃機関の制御装置によれば、学習値微分の絶対値が所定値以内であるときに学習完了と判定し、その上流側目標空燃比学習が完了した後に、触媒劣化診断を許可するようにしたので、上記と同様に空燃比変動の中心空燃比を理論空燃比に保ち、触媒劣化診断精度の悪化を防ぐことができる。

また、この発明よる内燃機関の制御装置によれば、空燃比変動時に理論空燃比に切換えた後、徐々に所定空燃比に収束するようにしたので、酸素変化量の演算誤差を最小に保ちつつ、かつドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を示す構成図で、装置全体を周辺装置とともに示している。
図１において、内燃機関１０１には、吸気管１０５、排気管１０８が連結されている。吸気管１０５はサージタンク１０４と連結され、吸気ダクト１１８を介してエアクリーナ１０２に連結されている。吸気ダクト１１８の途中には、スロットルバルブ１０３とスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ１１７、さらに吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０６が配置されている。吸気管１０５の各気筒ごとに、エンジン制御ユニット１１２の駆動回路１２２によって燃料を噴射するインジェクタ１０７が取り付けられている。

一方、排気管１０８には三元触媒を内蔵した触媒コンバータ（以下、三元触媒と称する）１０９が配置されている。この三元触媒１０９の上流には、エンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段であるリニア空燃比センサ１１０が設けられ、三元触媒１０９の下流には、三元触媒で処理された後の排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段であるリアλセンサ１１１が設けられている。リニア空燃比センサ１１０は、排気ガスの空燃比をリニアに検出することができるセンサであり、リアλセンサ１１１は、理論空燃比で出力が急変し、空燃比がリーンのときには低い電圧を示し、リッチのときには高い電圧を示すセンサである。

エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）１１２は、双方向性バスによって相互接続された中央処理装置（以下、ＣＰＵと称する）１１３、リードオンリメモリ（以下、ＲＯＭと称する）１１４、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭと称する）１１５、入出力インターフェース１１６および駆動回路１２２を備えている。

クランク角センサ１２０は、エンジン回転数Ｎｅに応じたパルスを出力し、水温センサ１１９はエンジン冷却水温を検出する。上記の各種センサ出力は、ＥＣＵ１１２の入出力インターフェース１１６を介してＣＰＵ１１３にＡ／Ｄ変換して取り込まれ、ＣＰＵ１１３では内燃機関１０１を制御するための演算が実施される。

次に、本実施の形態における燃料噴射制御について説明する。
燃料を噴射するインジェクタ１０７を駆動する燃料噴射時間Ｔｗは、次の通り演算される。
Ｔw＝Ｔb×（１＋Ｃfb＋Ｃetc）＋Ｔd
ここで、Ｔb：基本噴射時間、Ｔｄ：無効時間、
Ｃfb：上流空燃比フィードバック補正量、Ｃetc：その他燃料補正量
基本噴射時間Ｔbは、エアフローセンサ１０６から検出される吸入空気流量Ｑaと、エンジン回転数Ｎeとから演算される１ストロークあたりの吸入空気量Ｑa／Ｎeに基づき、予め定められた変換ゲインをかけて理論空燃比となる燃料噴射時間Ｔｂを算出する。

無効時間Ｔdは、インジェクタ１０７を駆動しても有効に燃料を噴射しない無駄時間を補正するものである。上流空燃比フィードバック補正量Ｃfbは、三元触媒１０９の前後に取り付けられたリニア空燃比センサ１１０とリアλセンサ１１１による空燃比フィードバック制御による補正量である。Ｃetcは、例えば、水温センサ１１９から検出されたエンジン冷却水温が低いときに、燃料噴射量を増量し空燃比をリッチ化する水温補正などの各種燃料補正量を示すものである。

次に、ＥＣＵ１１２に於いて行われる空燃比フィードバック制御について、図２を用いて詳細を説明する。
上流空燃比フィードバック補正量Cfbは、リニア空燃比センサ１１０の出力Ｇが目標上流空燃比に一致するようにＰＩＤ（比例・積分・微分）演算Ｈを行って算出される。インジェクタ１０７やエアフローセンサ１０６にばらつきがあっても、ＰＩＤ演算Ｈによる補正により、上流空燃比を目標上流空燃比に一致させることができる。

目標上流空燃比は、基本目標上流空燃比に後述する空燃比変動演算Ｃの値を加えて算出される。基本目標上流空燃比は、基本上流空燃比演算Ｄの値と、上流空燃比学習演算Ｅの値と、ＰＩ（比例・積分）演算Ｆの値とを加えて算出されるものである。基本上流空燃比演算Ｄでは、エンジン回転数Ｎeと負荷に基づき、予め定められたマップから基本上流空燃比が参照されるもので、リアλセンサ１１１の出力が目標リアλセンサ出力Ａに一致する上流空燃比に設定されている。

目標リアλセンサ出力Ａは、三元触媒１０９の浄化率が最高となるリアλセンサ１１１の出力、例えば約０．７６[Ｖ]付近に設定される。ＰＩ演算Ｆは、リアλセンサ出力Ｂが目標リアλセンサ出力Ａに一致するように上流空燃比を補正するもので、触媒のばらつきや環境変化による変動を補償し、触媒浄化率を常に最高に維持する役割を果たす。上流空燃比学習演算Ｅは、ＰＩ演算Ｆの中の積分値を徐々に上流空燃比学習値へ移すもので、触媒のばらつきや環境変化による変動を学習する働きをする。

次に触媒劣化診断時の動作について、フローチャート図３〜６を用いて説明する。
図３は一定時間ごとに実行されるルーチンである。まず、ステップＳ501では、触媒モニターが実行許可されているかを判定する。触媒モニター実行許可判定には、水温が所定値以上であることや吸入空気量が所定範囲であることに加え、上流空燃比学習が完了していることが含まれ、すべての条件を満たしている場合は触媒モニター実行許可フラグがセットされる。

上流空燃比学習の完了判定について、フローチャート図６を用いて詳細を説明する。
上流空燃比学習完了判定ルーチンは、一定時間ごとに実行されるものである。まずステップＳ801において、図２に示した上流空燃比学習演算Ｅが作動しているかを判定し、作動していれば、ステップＳ802へ進んで学習時間カウンタを１更新する。作動していなければ、学習時間カウンタをそのままに、ステップＳ803へ進む。ステップＳ803では学習時間カウンタが所定値を越えているかどうかを判定し、もし超えていれば、上流空燃比学習が十分に行われたので、上流空燃比学習完了フラグをセットする。もし越えていなければ、上流空燃比学習が不十分として上流空燃比学習完了フラグをリセットしてルーチンを終了する。上流空燃比学習の完了によって、基本上流空燃比と上流空燃比学習値との合算値、つまりＰＩ演算停止時の基本目標上流空燃比は理論空燃比となる。このように、学習時間積算値が所定値を越えるときに学習完了と判定し、上流側目標空燃比学習が完了した後に、触媒劣化診断を許可するようにしたので、空燃比変動の中心空燃比を理論空燃比に保ち、触媒劣化診断精度の悪化を防ぐことができる。

図３に戻って、触媒劣化診断時の動作の説明を続ける。触媒モニター実行許可フラグがセットされると、ステップＳ502へ進み、リアλセンサ１１１による下流空燃比フィードバックを停止するために、図２のＰＩ演算Ｆを停止する。ＰＩ演算の停止により、三元触媒１０９の上流に空燃比変動を与えたときに起こる上流空燃比フィードバックとの干渉を防ぐことができ、排ガスやドライバビリティの悪化を防止することができる。また、予め上流空燃比学習を完了しているので、空燃比変動の中心は理論空燃比となっており、触媒劣化の検出精度を向上させることができる。勿論、下流空燃比フィードバックにおけるＰＩ制御の比例・積分ゲインを十分小さくして、上流空燃比フィードバックとの干渉を防ぐことも可能である。このように、触媒劣化診断時には下流側空燃比フィードバック制御手段を停止もしくは制御定数を小さくするので、上流側空燃比フィードバック制御との干渉を抑制することができ、排ガスやドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

図３のステップＳ503では、触媒モニターが開始されたときに各種パラメータを次のように初期化する。
空燃比反転カウンタ＝０
リアλ上下限超回数＝０
酸素変化量＝０
空燃比リッチリーンフラグ＝１（０：リーン化、１：リッチ化）
触媒モニター完了フラグ＝０（０：未完了、１：完了）
劣化判定フラグ＝０（０：未劣化、１：劣化）
次にステップＳ504では、空燃比変動演算Ｃを実施し、図２に示すようにその演算結果は基本目標上流空燃比に加算され、目標上流空燃比が算出される。空燃比変動が加えられたときのリアλセンサ１１１の出力挙動から、ステップＳ505において触媒劣化判定演算が実施され、触媒が劣化しているかどうかを診断する。

次に、空燃比変動演算について、図４を用いて説明する。
図４に空燃比変動演算のフローチャートを示す。まずステップＳ601において、空燃比リッチリーンフラグが１であるかを判定する。フラグが１であれば、ステップＳ602へ進み、目標上流空燃比をリッチ化する。フラグが０であれば、ステップＳ603へ進み、目標上流空燃比をリーン化する。目標上流空燃比のリッチ化／リーン化については、後に図７、図８を用いて詳細を述べる。

図４のステップＳ604では、酸素変化量ΔOＳCを次式のように演算する。
ΔOＳC(i) = ΔOＳC(i-1) ＋｜AF−AF0｜/AF0×Qa×α
ここで、AF：上流空燃比、AF0：基本目標上流空燃比、Qa：吸入空気量、α：酸素質量への変換係数
ステップＳ605では、酸素変化量ΔOＳCが目標酸素変化量に達したかどうかを判定し、目標酸素変化量に達すれば、ステップＳ606に進み空燃比反転カウンタを１更新し、空燃比をリッチからリーンもしくはリーンからリッチへ反転させて同様の動作をさせるために、ステップＳ607により空燃比リッチリーンフラグを反転し、ステップＳ608により酸素変化量を０にリセットする。

触媒劣化診断で所定回数の空燃比変動を実行するため、ステップＳ609では、空燃比反転カウンタが所定値に達したかどうかを検出し、所定回数に達すればステップＳ610へ進み、触媒モニター完了フラグをセットして触媒モニターを終了させる。所定回数に達していなければ、空燃比変動演算ルーチンを終了し、触媒モニタールーチンへリターンする。

触媒劣化判定演算について、図５を用いて説明する。
空燃比変動演算では、空燃比リッチ化とリーン化を合わせて１サイクルと数え、所定サイクル数の空燃比変動を実行してリアλセンサ出力の挙動から触媒劣化判定を行っている。まず、ステップＳ701で、空燃比リッチリーンフラグが１（リッチ化）に変化したことを検出して、空燃比変動サイクルの開始を検出する。サイクル開始ごとに、リアλ下限超フラグとリアλ上限越フラグをリセットする（ステップＳ702、Ｓ703）。

酸素吸蔵能力が低下していれば、触媒上流の空燃比がリッチであれば触媒下流の空燃比もリッチに、触媒上流の空燃比がリーンであれば、触媒下流の空燃比もリーンとなる。これらを検出するため、ステップＳ704〜Ｓ706では空燃比リッチリーンフラグが１（リッチ化）の間中、リアλセンサ１１１の出力が上限値を越えたかどうかを検出し、一度でも超えた場合にリアλ上限超フラグを１にセットし、空燃比変動１サイクルが終了するまで保持する。逆に、空燃比リッチリーンフラグが０（リーン化）の場合は、ステップＳ707〜Ｓ708のように、リアλセンサ１１１の出力が下限値を超えたかどうかを検出し、一度でも下限値を超えた場合にはリアλ下限超フラグを１にセットして、空燃比変動１サイクルが終了するまで保持する。

ステップＳ709では、空燃比リッチリーンフラグが０から１に変化したことを検出し、空燃比変動１サイクルが終了したことを検出する。空燃比変動１サイクルが終了すると、ステップＳ710へ進み、リアλ上下限超回数を積算する。リアλセンサ出力が上下限ともに閾値を超えた場合は２．０加算され、上下限のうちどちらか片方だけ超えた場合は、１．０加算される。上下限の閾値を超えなかった場合は加算されない。

触媒モニター実行が終了した時点で、ステップＳ711〜Ｓ715の通り、触媒劣化判定を行う。まず、ステップＳ711で触媒モニター完了フラグがセットされているかどうかを検出し、触媒モニターが完了していればステップＳ712へ進み、劣化判定指標を次式のように算出する。
劣化判定指標 = リアλ上下限超回数／空燃比反転カウンタ
触媒が劣化していた場合、酸素吸蔵能力が低下しているので、リア上下限超回数も多くなり、空燃比が反転する度にリアλセンサ１１１の出力が上下限閾値を超えるので、劣化判定指標は最大で１．０となる。一方、触媒が劣化していない場合は、劣化判定指標は小さくなる。ステップＳ713では劣化判定指標が判定値以下、例えば０．５以下であるかどうかを比較して、判定値より大きければ触媒が劣化していると判断し、劣化判定フラグをセットする（ステップＳ714）。判定値以下であれば、劣化判定フラグをリセットする（ステップＳ715）。

触媒が劣化していると判定された場合は、運転手席に設けられたＭＩＬ（故障表示ランプ）を点灯し、速やかに運転手に故障を知らせて、故障箇所の点検整備を促す。なお、誤判定を防止するために、上記触媒モニタールーチンを数回繰り返し、劣化判定フラグが所定回数連続して同値を示した場合に始めて劣化判定を下すようにしてもよい。

次に、図７、図８を用いて、上記触媒モニター実行時の各パラメータ挙動を説明する。
図７は劣化触媒に対するものである。最初に、触媒モニター実行許可フラグＡがセットされ、触媒モニターが実行されると、空燃比リッチリーンフラグＢが１（リッチ化）にセットされる。空燃比リッチリーンフラグＢが１にセットされると、予め定められたテーリング係数でもって所定の目標上流空燃比に達するまで徐々にリッチ化される。同時に酸素変化量が演算され、目標酸素変化量Ｈに達すると、空燃比反転カウンタを１更新し、空燃比リッチリーンフラグＢを反転させて、酸素変化量Ｄを０にリセットする。それと同時に、空燃比変動量を０にリセットして、目標上流空燃比Ｎを基本目標上流空燃比Ｍに戻す。このように、空燃比変動時に理論空燃比に切換えた後、徐々に所定空燃比に収束するようにしたので、酸素変化量Ｄの演算誤差を最小に保ちつつ、かつドライバビリティの悪化を防ぐことができる。（もし、三角波で空燃比変動を与えると、目標酸素変化量を過ぎても空燃比が反転せず、劣化誤判定を引き起こすおそれがある。）
このとき、空燃比リッチ化とともに触媒内酸素吸蔵量Ｅは減少して０になる。するとリアλセンサ出力Ｆが上限値を超えるので、リアλ上限超フラグＪが１にセットされる。

空燃比リッチリーンフラグＢが反転して、０（リーン化）にセットされると、予め定められたテーリング係数でもって所定の目標上流空燃比に達するまで徐々にリーン化される。同時に酸素変化量Ｄが演算され、目標酸素変化量Ｈに達すると、空燃比反転カウンタＧを１更新し、空燃比リッチリーンフラグＢを反転させて、酸素変化量Ｄを０にリセットする。それと同時に、空燃比変動量を０にリセットして、目標上流空燃比Ｎを基本目標上流空燃比Ｍに戻す。このとき、空燃比リーン化とともに触媒内酸素吸蔵量は増加して飽和する。するとリアλセンサ出力Ｆが下限値を超えるので、リアλ下限超フラグＫが１にセットされる。そして、空燃比変動が１サイクル終了する毎に、リアλ上下限超回数が演算される。

触媒モニターが完了すると、劣化判定指標を算出する。この例では、
劣化判定指標 = リアλ上下限超回数／空燃比反転カウンタ＝６／６＝１．０
となり、判定値（０．５）を超えるので、触媒が劣化していると診断され、劣化判定フラグがセットされる。

一方、例えば、触媒が新品の場合、図８のようになり、空燃比変動が加えられても、触媒内酸素吸蔵量Ｅは酸素吸蔵能力範囲内であるので、触媒内酸素吸蔵量Ｅが０になったり、飽和したりすることがない。従って、触媒内は常に理論空燃比近傍に保たれ、リアλ電圧も約０．７６[Ｖ]付近に安定する。このとき、劣化判定指標は、
劣化判定指標 = リアλ上下限超回数／空燃比反転カウンタ＝０／６＝０．０
となって、判定値を超えないので、触媒は劣化していないと診断され、劣化判定フラグはリセットされる。
実施の形態２

実施の形態２は、上流空燃比学習完了を判定するもので、実施の形態１において、図６で説明した部分を図９に置き換えるだけで、他は同様である。図９および図１０を用いて、上流空燃比学習完了判定ルーチンについて説明する。

図９は上流空燃比学習判定ルーチンを示し、所定時間ごとに演算されるもので、まず、ステップＳ901において、上流空燃比学習値の今回値と前回値から上流空燃比学習値の微分の絶対値を演算する。ステップＳ902では、次回演算のため、上流空燃比学習今回値を前回値として保存しておく。

ステップＳ903〜Ｓ905では、上流空燃比学習値微分の絶対値が所定値より小さければ、学習が収束しているとして学習収束フラグを１にセットする。もし所定値以上であれば、学習は未収束であるとして学習収束フラグを０にリセットする。

ステップＳ906からＳ908では、学習収束フラグが１にセットされていれば、学習収束カウンタを１更新し、学習収束フラグが０にリセットされていれば、学習収束カウンタを０にリセットする。学習収束フラグが所定回数以上連続でセットされると、ステップＳ909の判定がYeＳとなり、ステップＳ910へ進み、上流空燃比学習が完了したとして上流空燃比学習完了フラグを１にセットする。そうでなければ、ステップＳ911へ進み上流空燃比学習完了フラグを０にリセットする。

例えば、図１０に示すように、上流空燃比学習値Ｐが収束するにつれ、上流空燃比学習値微分Ｑの絶対値も連続して閾値以下となるので、学習収束カウンタＳが順調に増加し、５回以上連続して学習収束フラグが立つと、上流空燃比学習完了フラグＴがセットされる。以上のように、この実施の形態によれば、学習時間積算値が所定値を越えるときに学習完了と判定し、上流側目標空燃比学習が完了した後に、触媒劣化診断を許可するようにしたので、空燃比変動の中心空燃比を理論空燃比に保ち、触媒劣化診断精度の悪化を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の構成図である。本発明実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の触媒劣化検出演算のブロック図である。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の触媒モニタールーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の空燃比変動演算ルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の触媒劣化判定演算ルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の上流空燃比学習完了判定ルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の触媒モニター時の各パラメータ挙動を説明する説明図である。本発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置の触媒モニター時の各パラメータ挙動を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に於ける内燃機関の制御装置の上流空燃比学習完了判定ルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２に於ける内燃機関の制御装置の上流空燃比学習完了判定挙動を説明する説明図である。空燃比センサによる触媒劣化検出の原理を説明する説明図である。従来の装置に於ける触媒モニターにおける課題を説明する説明図である。従来の装置に於ける触媒モニターにおける課題を説明する説明図である。触媒の酸素吸蔵能力と排出ガス量の関係を示す説明図である。従来の装置に於ける触媒モニターにおける課題を説明する説明図である。

符号の説明

１０１内燃機関
１０２エアクリーナ
１０３スロットルバルブ
１０４サージタンク
１０５吸気管
１０６エアフローセンサ
１０７インジェクタ
１０８排気管
１０９触媒コンバータ
１１０リニア空燃比センサ
１１１リアλセンサ
１１２エンジン制御ユニット
１１３中央処理装置
１１４ＲＯＭ
１１５ＲＡＭ
１１６入出力インタフェース
１１７スロットル開度センサ
１１８吸気ダクト
１１９水温センサ
１２０クランク角センサ
１２２駆動回路

Claims

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前記内燃機関の排気ガスの上流側空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
該上流側空燃比検出手段により検出した前記上流側空燃比が上流側目標空燃比に一致するように前記内燃機関への燃料噴射量をフィードバック制御する上流側空燃比フィードバック制御手段と、前記三元触媒の下流側の前記排気系内に配置されて前記排気ガスの下流側空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、該下流側空燃比検出手段により検出した前記下流側空燃比が下流側目標空燃比に一致するように前記上流側目標空燃比をフィードバック制御する下流側空燃比フィードバック制御手段と、前記三元触媒の劣化診断時に前記上流側目標空燃比を変動させる目標空燃比変動手段と、前記三元触媒の劣化診断時に前記下流側空燃比の挙動から触媒劣化判定を行う触媒劣化判定手段とを備え、前記三元触媒の劣化診断時に、前記下流側空燃比フィードバック制御手段を停止もしくは制御定数を小さく設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記上流側目標空燃比を学習する上流側目標空燃比学習手段と、該上流側目標空燃比学習手段が前記学習を完了したことを判定する学習完了判定手段とを備え、前記上流側目標空燃比学習手段による前記学習の完了前は前記三元触媒の劣化診断を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記上流側目標空燃比学習手段が作動している時間を積算する学習時間積算手段を備え、前記学習完了判定手段は、前記学習時間積算手段により積算した学習時間積算値が所定値を越えるときに学習完了と判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記上流側目標空燃比学習手段が学習した上流側目標空燃比学習値の微分を演算する学習値微分演算手段とを備え、前記学習完了判定手段は、前記学習値微分演算手段による学習値微分の絶対値が所定値以内であるときに前記学習の完了と判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記目標空燃比変動手段は、前記上流側目標空燃比を切換えるときに、理論空燃比へ変更した後、徐々に予め定められた所定空燃比へ変更することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の制御装置。