JP2007327351A - 空燃比フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる空燃比フィードバック制御装置を提案する。
【解決手段】触媒劣化診断手段が、内燃機関の運転領域に基づき触媒の劣化診断の許可判定を行なう診断許可判定手段と、触媒の劣化診断時に目標上流空燃比を変動させる空燃比変動手段と、触媒の劣化診断時に下流空燃比検出出力に基づいて触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、触媒の劣化診断後に触媒の劣化診断禁止時間を設定する触媒劣化診断禁止手段を有する。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば自動車用内燃機関の燃料噴射システムに用いられる空燃比フィードバック制御装置に関するもので、特に内燃機関の排気系内に設置された触媒の上流側に配置された上流空燃比センサと、触媒の下流側に配置された下流空燃比センサとを用いた二重フィードバック制御系を有する空燃比フィードバック制御装置に関するものである。

一般に内燃機関では、排気ガスに含まれる有害ガス、すなわち炭化水素ガス（ＨＣガス）、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）、および酸化窒素ガス（ＮＯｘガス）を無害なガスに変換して浄化するために、白金、ロジウム、パラジウムなどの貴金属を含む三元触媒を排気系内に設置している。この触媒は、理論空燃比の近傍で高い浄化作用を持ち、理論空燃比から外れると、その浄化作用は著しく低下する。この触媒を高い浄化作用に維持するために、二重空燃比フィードバック制御系を有する空燃比フィードバック制御装置を用いる。

二重空燃比フィードバック制御系を有する空燃比フィードバック制御装置は、燃料噴射弁に対するフィードバック制御を行ない、その燃料噴射量を制御し、触媒を高い浄化作用に維持する。二重空燃比フィードバック制御系は、触媒の上流側に配置された上流空燃比センサと、触媒の下流側に配置された下流空燃比センサを含み、触媒の下流側における下流空燃比が理論空燃比となるように、触媒の上流側における上流空燃比を目標上流空燃比に制御する。

三元触媒には、貴金属とともにセリアが含まれる。このセリアは、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに酸素を吸蔵し、空燃比が理論空燃比よりもリッチになると、吸蔵した酸素を放出する特性を持ち、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が変動しても、三元触媒の内部では、理論空燃比を保つ働きをする。内燃機関の加減速などで触媒の上流空燃比が変動しても、セリアがその上流空燃比の変動を吸収可能な範囲であれば、触媒の内部では理論空燃比が保持されるので、触媒は高い浄化作用を維持し、下流空燃比は理論空燃比に保持される。

三元触媒が新品であるときには、セリアによる酸素の吸蔵能力は高く、図２７（ａ）に示すように、触媒の上流側に周期的な空燃比変動を与えても、触媒の下流空燃比は、図２７（ｂ）に示すように変動せずに、理論空燃比に保持される。しかし、内燃機関で失火などが発生し、触媒が非常に高い温度に曝されて劣化すると、セリアの酸素吸蔵能力が低下し、触媒による排気ガスの浄化作用が低下する。この劣化した触媒に対して、その上流空燃比を図２７（ａ）に示すように変動させると、その上流空燃比の変動に伴ない、図２７（ｃ）に示すように、下流空燃比が変動する。

欧米では、自動車の排気ガスに含まれる有害ガス量が規制されるとともに、有害ガスのエミッションシステムの性能劣化が規制される。このエミッションシステムの性能劣化はＯＢＤ（On Board Diagnosis）規制と呼ばれ、このＯＢＤ規制では、有害ガスエミッションシステムの劣化を検出することが義務付けられ、併せて触媒の劣化を検出することも義務付けられている。このＯＢＤ規制では、排気ガスに含まれる有害ガス量が、図２８に示すＯＢＤ規制値を超えるまで触媒劣化が進めば、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Light）を点灯して運転者に知らせることが義務付けられる。図２８は、触媒の酸素吸蔵能力と、排気ガスの有害成分ノンメタン炭化水素ガス（ＮＭＨＣガス）および酸化窒素ガス（ＮＯｘガス）のガス量との関係を示す。

先行技術である特開平１１−２７０３３２号公報には、三元触媒の上流側に上流空燃比をリニアに検出できるリニア空燃比センサを、またその下流側の理論空燃比の近傍で出力が大きく変動するλセンサをそれぞれ設け、内燃機関が触媒の劣化診断に適した運転状態にあるときに、上流空燃比を変動させ、三元触媒に酸素変化量を与え、このときのλセンサの出力の挙動に基づいて、触媒劣化を判定する方法が開示されている。この方法では、酸素変化量を図２８のＯＢＤ規制値に対応した酸素吸蔵能力ａに設定し、触媒の酸素吸蔵能力が、与えられた酸素変化量よりも大きければ、酸素変化量は吸収され、λセンサの出力は安定する。しかし、触媒劣化が進み、触媒の酸素吸蔵能力が、与えられた酸素変化量よりも小さいと、酸素変化量は吸収されず、λセンサの出力が大きく変動するので、触媒劣化を判定することができる。

他の先行技術である特開平１０−５４２２５号公報では、触媒の劣化診断中に内燃機関に急加速が与えられると、空燃比の変動が大きくなるので、触媒の劣化診断中における内燃機関の負荷変化が所定のしきい値を超えると、触媒の劣化診断を中止するものが開示されている。

特開平１１−２７０３３２号公報 特開平１０−５４２２５号公報

この種の二重フィードバック制御系を有する空燃比フィードバック制御装置では、下流空燃比フィードバック制御手段により下流空燃比フィードバック量を演算し、この下流空燃比フィードバック量に基づき上流目標空燃比を演算している。この空燃比フィードバック制御装置では、上流目標空燃比を変動させて触媒の劣化診断を行なうが、この触媒の劣化診断が継続して実施されると、触媒による有害ガス浄化機能が低下する不都合がある。

この発明は、この不都合を改善することのできる改良された空燃比フィードバック制御装置を提案するものである。

この発明による空燃比フィードバック制御装置は、内燃機関に対する燃料噴射量を制御する燃料噴射制御システムに用いられる空燃比フィードバック制御装置であって、内燃機関の排気系内に設置された触媒の下流側に配置され下流空燃比検出出力を出力する下流空燃比センサ、目標下流空燃比と前記下流空燃比検出出力とに基づいて下流空燃比フィードバック量を演算する下流空燃比フィードバック制御手段、前記触媒の上流側に配置され上流空燃比検出出力を出力する上流空燃比センサ、少なくとも前記下流空燃比フィードバック量に基づき演算された目標上流空燃比と前記上流空燃比検出出力とに基づいて前記燃料噴射量に対する補正量を制御する上流空燃比フィードバック制御手段、および前記触媒の劣化診断を行なう触媒劣化診断手段を備え、前記触媒劣化診断手段は、内燃機関の運転領域に基づき前記触媒の劣化診断の許可判定を行なう診断許可判定手段と、前記触媒の劣化診断時に前記目標上流空燃比を変動させる空燃比変動手段と、前記触媒の劣化診断時に前記下流空燃比検出出力に基づいて前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、前記触媒の劣化診断後に触媒の劣化診断禁止時間を設定する触媒劣化診断禁止手段を有することを特徴とする。

この発明による空燃比フィードバック制御装置では、触媒劣化診断手段が、内燃機関の運転領域に基づき触媒の劣化診断の許可判定を行なう診断許可判定手段と、触媒の劣化診断時に目標上流空燃比を変動させる空燃比変動手段と、触媒の劣化診断時に下流空燃比に基づいて触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、触媒の劣化診断後に触媒の劣化診断禁止時間を設定する触媒劣化診断禁止手段を有し、触媒の劣化診断後には、触媒の劣化診断禁止時間を設定するので、この劣化診断禁止時間では、触媒の劣化診断が禁止され、触媒の有害ガス浄化機能の回復が図られ、触媒の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による空燃比フィードバック制御装置を用いた内燃機関の燃料噴射制御システムを装備した内燃機関を示す構成図である。

図１では、内燃機関１００に、燃料噴射制御システム１３０が装備される。内燃機関１００は、各種の自動車に搭載される。内燃機関１００は、内燃機関本体１０１と、吸気系１１０と、排気系１２０を有する。内燃機関本体１０１は、シリンダ１０２と、燃焼室１０３と、ピストン１０４と、吸入弁１０５と、排気弁１０６と、点火プラグ１０７を有する。ピストン１０４は、シリンダ１０２内に往復運動可能に嵌め込まれる。点火プラグ１０７により燃焼室１０３内の燃料と空気との混合気に点火されると、ピストン１０４はシリンダ１０２内を往復運動する。吸入弁１０５と排気弁１０６は、ピストン１０４と同期して開閉される。吸入弁１０５は、吸入系１１０から燃焼室１０３への吸気を開閉する。排気弁１０６は、燃焼室１０３から排気系１２０への排気を開閉する。

吸入系１１０は、吸気管１１１と、エアクリーナ１１２と、スロットル弁１１３と、サージタンク１１４と、燃料噴射弁１１５を有する。スロットル弁１１３は、エアクリーナ１１２とサージタンク１１４との間の吸気管１１１に配置され、その弁開度の変化に基づいて吸入空気量を制御する。燃料噴射弁１１５は、吸入弁１０５の近くの吸入ポートに燃料を噴射するように配置される。この燃料噴射弁１１５は、吸入空気に対してガソリンなどの燃料を噴射して混合気とする。燃料噴射弁１１５により噴射される燃料量は、混合気の空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量に見合って制御される。

排気系１２０は、排気管１２１と、この排気管１２１内に配置された触媒１２２を有する。触媒１２２は、白金、ロジウム、パラジウムなどの貴金属を含む三元触媒である。この触媒１２２は、前記貴金属により、排気ガスに含まれる有害ガス、すなわち炭化水素ガス（ＨＣガス）、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）、および酸化窒素ガス（ＮＯＸガス）の酸化を促進し、これらの有害ガスを無害なガスに変換して浄化する。触媒１２２は、前記貴金属とともに、セリアを含む。このセリアは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに酸素を収蔵し、また排気ガスが理論空燃比よりもリッチであるときに、吸蔵した酸素を放出する能力を持つ。

燃料噴射制御システム１３０は、制御ユニット１３１を中心に構成される。この制御ユニット１３１は、マイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ１３２と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１３３と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１３４と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ回路）１３５と、駆動回路１３６を有する。ＣＰＵ１３２は、中央演算処理ユニットであり、ＲＯＭ１３３に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ１３４を用いて各種の演算処理を行なう。Ｉ／Ｏ回路１３５は、ＣＰＵ１３２、ＲＯＭ１３３、ＲＡＭ１３４に接続され、それらに対する信号の入力と、それらからの信号の出力を行なう。駆動回路１３６は、Ｉ／Ｏ回路１３４に接続され、燃料噴射弁１１５を制御し、その燃料噴射のタイミングと噴射量を制御する。

制御ユニット１３１には、水温センサ１４１、クランク角センサ１４２、エアフローセンサ１４３、スロットル開度センサ１４４、上流空燃比センサ１４５、および下流空燃比センサ１４６が接続される。水温センサ１４１は、内燃機関本体１０１に設置され、内燃機関本体１０１の冷却水温度Ｗｔを検出する。クランク角センサ１４２は、内燃機関本体１０１に設置され、内燃機関本体１０１のクランク角を検出する。エアフローセンサ１４３は、エアクリーナ１１２の出口側の吸気管１１１に設置され、吸入空気量Ｑａを検出する。スロットル開度センサ１４４は、スロットル弁１１３に併設され、スリットル弁１１３の弁開度を検出する。

上流空燃比センサ１４５は、リニアセンサで構成され、触媒１２２の上流側の排気管１２１に設置される。下流空燃比センサ１４６は、λセンサで構成され、触媒１２２の下流側の排気管１２１に設置される。上流空燃比センサ１４５は、触媒１２２の上流側の上流空燃比ＡＦに対応した上流空燃比検出出力ＲＯ１を出力する。下流空燃比センサ１４６は、触媒１２２の下流側の下流空燃比ＢＦに対応した下流空燃比検出出力ＲＯ２を出力する。これらの上流空燃比センサ１４５と下流空燃比センサ１４６は、制御ユニット１３１とともに空燃比フィードバック制御装置１５０を構成する。

制御ユニット１３１は、燃料噴射弁１１５に対する燃料噴射時間Ｔｗを演算する。この燃料噴射時間Ｔｗは、駆動回路１３６から燃料噴射弁１１５に与えられる。燃料噴射弁１１５は、与えられた燃料噴射時間Ｔｗで燃料を噴射する。燃料噴射弁１１５から噴射される燃料量は、燃料噴射時間Ｔｗに比例する。この燃料噴射時間Ｔｗは、次の式（１）で演算される。
Ｔｗ＝Ｔｂ×（１＋Ｃｆｂ＋Ｃｅｔｃ）＋Ｔｄ・・・（１）
式（１）で、Ｔｂは燃料噴射弁１１５の基本噴射時間、Ｔｄは無駄時間、Ｃｆｃは上流空燃比フィードバック補正量、Ｃｔｅｃはその他の補正量である。

基本噴射時間Ｔｂは、燃焼室１０３に吸入される混合気が理論空燃比となるように、ピストン１０４の１ストローク当たりの吸入空気流量（Ｑａ／Ｎｅ）に、予め設定された変換ゲインを乗算して算出される。Ｑａはエアフローセンサ１４３で検出された吸入空気量であり、Ｎｅはクランク角センサ１４２の出力から演算された内燃機関１００の回転数である。無駄時間Ｔｄは、燃料噴射弁１１５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ために、式（１）に加えられる。上流空燃比フィードバック補正量Ｃｆｃは、空燃比フィードバック制御装置１５０による補正量である。その他の補正量Ｃｅｔｃは、例えば水温センサ１４１により検出された内燃機関本体１０１の冷却水温度Ｗｔが低いときに、燃料噴射量を増量し、混合気をリッチにて燃焼を安定化する。

燃料噴射制御システム１３０は、空燃比フィードバック制御装置１５０を有し、この空燃比フィードバック制御装置１５０は、制御ユニット１３１と、上流空燃比センサ１４５と、下流空燃比センサ１４６を含む。

図２は、実施の形態１における空燃比フィードバック制御装置１５０の詳細を示すブロック図である。この空燃比フィードバック制御装置１５０は、上流空燃比フィードバック制御手段１６０と、下流空燃比フィードバック制御手段１７０と、触媒劣化診断手段１８０を含む。上流空燃比フィードバック制御手段１６０と、下流空燃比フィードバック制御手段１７０は、二重フィードバック制御系を構成する。触媒劣化診断手段１８０は、触媒１２２の劣化診断を行なう。

上流空燃比フィードバック制御手段１６０は、上流空燃比フィードバック補正量Ｃｆｂを演算して出力する。この上流空燃比フィードバック制御手段１６０は、ＰＩＤ演算手段１６１と、上流演算手段１６２と、目標上流空燃比演算手段１６３と、基本上流目標空燃比演算手段１６４と、基本上流空燃比演算手段１６５と、上流空燃比学習演算手段１６６と、学習演算制御スイッチ手段１６７と、変動演算出力制御スイッチ手段１６８と、上流空燃比センサ１４５を含む。ＰＩＤ演算手段１６１と、上流演算手段１６２と、目標上流空燃比演算手段１６３と、基本上流目標空燃比演算手段１６４と、基本上流空燃比演算手段１６５と、上流空燃比学習演算手段１６６と、学習演算制御スイッチ手段１６７と、変動演算出力制御スイッチ手段１６８は、制御ユニット１３１により実行される手段である。

上流演算手段１６２には、目標上流空燃比演算手段１６３からの目標上流空燃比ＡＦＴと、上流空燃比センサ１４５からの上流空燃比検出出力ＲＯ１とが与えられる。この上流演算手段１６２は、目標上流空燃比ＡＦＴと、上流空燃比検出出力ＲＯ１との差の出力（ＡＦＴ−ＲＯ１）を、ＰＩＤ演算手段１６１に供給する。ＰＩＤ演算手段１６１は、前記差の出力（ＡＦＴ−ＲＯ１）が０となるように、すなわち上流空燃比検出出力ＲＯ１が、目標上流空燃比ＡＦＴと一致するように比例演算、積分演算、および微分演算を行ない、上流空燃比フィードバック補正量Ｃｆｂを演算する。燃料噴射弁１１５およびエアフローセンサ１４３などのばらつき、キャニスタに溜まったエバホパージ、およびブレーキを踏んだときにマスタバックによる空燃比の外乱があっても、ＰＩＤ演算手段１６１により比例演算、積分演算および微分演算を行なうことに基づき、上流空燃比検出出力ＲＯ１を目標上流空燃比ＡＦＴに一致させることができる。

目標上流空燃比ＡＦＴは、目標上流空燃比演算手段１６３から出力される。目標上流空燃比演算手段１６３には、基本上流目標空燃比演算手段１６４からの基本目標上流空燃比ＡＦＯと、空燃比変動演算出力ＡＦＯＳＣが供給される。目標上流空燃比演算手段１６３は、これらの基本目標上流空燃比ＡＦＯと空燃比変動演算出力ＡＦＯＳＣとを加算し、目標上流空燃比ＡＦＴを出力する。すなわち、ＡＦＴ＝ＡＦＯ＋ＡＦＯＳＣである。空燃比変動演算出力ＡＦＯＳＣは、触媒劣化診断手段１８０から変動演算出力制御スイッチ手段１６８を通じて目標上流空燃比演算手段１６３に供給される。変動演算出力制御スイッチ手段１６８は、触媒劣化診断手段１８０により触媒１２２の劣化診断が行なわれている劣化診断動作状態でオンとなり、それ以外ではオフとなる。したがって、触媒１２２の劣化診断状態において、空燃比変動演算出力ＡＦＯＳＣは目標上流空燃比ＡＦＯに加算される。

基本上流目標空燃比演算手段１６４には、基本上流空燃比演算手段１６５からの基本上流空燃比ＡＦＢと、下流空燃比フィードバック制御手段１７０からの下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０と、上流空燃比学習演算手段１６６からの上流空燃比学習演算出力ＡＦＳとが供給される。基本上流目標空燃比演算手段１６４は、これらの基本上流空燃比ＡＦＢと、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０と、上流空燃比学習演算出力ＡＦＳとを加算して、基本目標上流空燃比ＡＦＯを出力する。すなわち、ＡＦＯ＝ＡＦＢ＋Ｃｆ０＋ＡＦＳである。言い換えると、基本上流空燃比ＡＦＢを、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０と上流空燃比学習演算出力ＡＦＳにより補正して、基本目標上流空燃比ＡＦＯが出力される。

下流空燃比フィードバック制御手段１７０は、目標下流空燃比出力手段１７１と、下流演算手段１７２と、ＰＩ演算手段１７３と、下流空燃比センサ１４６と、ローパスフィルタ１７４と、下流空燃比検出出力制御スイッチ手段１７５を有する。目標下流空燃比出力手段１７１と、下流演算手段１７２と、ＰＩ演算手段１７３と、ローパスフィルタ１７４と、下流空燃比検出出力制御スイッチ手段１７５は、制御ユニット１３１で実行される手段である。

目標下流空燃比出力手段１７１は、ＲＡＭ１３３に予め記憶された目標下流空燃比ＢＦＴを出力する。この目標下流空燃比ＢＦＴは、触媒１２２による有害ガスの浄化率が最高となるように、所定値、例えば０．７（Ｖ）に設定される。下流空燃比センサ１４６は、下流空燃比検出出力ＲＯ２を出力する。ローパスフィルタ１７４は、下流空燃比検出出力ＲＯ２をフィルタ処理して平均化した下流空燃比検出出力ＲＯ２１を出力する。

下流演算手段１７２には、目標下流空燃比出力手段１７１からの目標下流空燃比ＢＦＴと、ローパスフィルタ１７４からの下流空燃比検出出力ＲＯ２１とが供給される。下流空燃比検出出力ＲＯ２１は、下流空燃比検出出力制御スイッチ手段１７５を通して、下流演算手段１７２に供給される。この下流空燃比検出出力制御スイッチ手段１７５は、触媒劣化診断手段１８０による触媒劣化診断の結果、触媒１２２が劣化していると判定された場合にオフとなるが、それ以外はオンとなり、下流空燃比検出出力ＲＯ２１を下流演算手段１７２に供給する。

下流演算手段１７２は、目標下流空燃比ＢＦＴと、下流空燃比検出出力ＲＯ２１との差の出力（ＢＦＴ−ＲＯ２１）を演算し、この差の出力（ＢＦＴ−ＲＯ２１）をＰＩ演算手段１７３に供給する。このＰＩ演算手段１７３は、下流空燃比検出出力ＲＯ２１が目標下流空燃比ＢＦＴに一致するように、比例演算および積分演算を行ない、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０を演算し、この下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０を、基本上流目標空燃比演算手段１６４に供給する。

上流空燃比学習演算手段１６６は、学習演算制御スイッチ手段１６７を通じて、ＰＩ演算手段１７３に接続される。この学習演算制御スイッチ手段１６７は、触媒劣化診断手段１８０により触媒１２２の劣化診断が行なわれている劣化診断動作状態でオフとなり、それ以外はオンとなる。触媒１２２の劣化診断が行なわれていない状態では、学習演算制御スイッチ手段１６７がオンとなり、ＰＩ演算手段１７３の積分値が徐々に上流空燃比学習演算手段１６６の上流空燃比学習値に移される。その結果、上流空燃比学習演算手段１６６は、触媒１２２および上流空燃比センサ１４５のばらつき、およびその経時劣化を補償し、触媒１２２による有害ガスの浄化性能を常に最高に維持する。

触媒劣化診断手段１８０は、触媒劣化診断演算手段１８１と、空燃比変動演算手段１８２を含む。空燃比変動演算手段１８２は、触媒１２２の上流側における空燃比ＡＦを、理論空燃比を中心にしてリッチとリーンの交互に変動させる空燃比変動出力ＡＦＯＳＣを演算して出力する。この空燃比変動出力ＡＦＯＳＣは、空燃比変動出力制御スイッチ手段１６８を介して上流演算手段１６３に供給されるともに、触媒劣化診断演算手段１８１に供給される。触媒劣化診断手段１８０により触媒１２２の劣化診断が行なわれている劣化診断動作状態では、空燃比変動出力制御スイッチ手段１６８がオンとなるので、目標上流空燃比ＡＦＴが、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣにより変動し、触媒１２２の上流側における上流空燃比ＡＦを、理論空燃比を中心にしてリッチとリーンの交互に変動させる。触媒劣化診断演算手段１８１には、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣとともに、下流空燃比センサ１４６からの下流空燃比検出出力ＲＯ２が供給され、この下流空燃比検出出力ＲＯ２の挙動に基づき、触媒１２２の劣化診断が行なわれる。

さて、この発明の特徴である触媒劣化診断手段１８０について、フローチャートを用いて、さらに詳細に説明する。図３は、実施の形態１による触媒劣化診断ルーチンＲ１００を示すフローチャート、図４は、図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００に含まれる触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００を示すフローチャート、図５は、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００に含まれる運転領域判定ルーチンＲ３００を示すフローチャート、図６は、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００に含まれる診断禁止時間カウントルーチンＲ４００を示すフローチャート、図７は、図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００に含まれる上流空燃比変動ルーチンＲ５００を示すフローチャート、図８は、図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００に含まれる触媒劣化診断判定ルーチンＲ６００を示すフローチャートである。

図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００は、制御ユニット１３１により、内燃機関１００の燃料噴射および点火時期演算などの主要な演算を含んだメインルーチンの一部に組み込まれ、内燃機関１００の運転中に一定時間毎に実行される。

図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００では、最初のステップＳ１０１において、触媒劣化診断を許可するかどうかを判定するため、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００にジャンプする。この図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００では、最初のステップＳ２０１において、そのときの内燃機関１００の運転領域が、触媒劣化診断許可領域であるかどうかを判定するために、図５に示す運転領域判定ルーチンＲ３００にジャンプする。

この図５に示す運転領域判定ルーチンＲ３００では、最初のステップＳ３０１において、水温センサ１４１で検出された冷却水温度Ｗｔ、およびエアフローセンサ１４３で検出された吸入空気量Ｑａを読み込む。次のステップＳ３０２では、冷却水温度Ｗｔが所定値Ｗｔ１に対し、Ｗｔ＞Ｗｔ１かどうかが判定される。次のステップＳ３０３では、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａ１、Ｑａ２に対し、Ｑａ１≦Ｑａ＜Ｑａ２の関係であるかどうかが判定される。ステップＳ３０２、Ｓ３０３の判定結果がＹｅｓならば、触媒劣化診断が可能であるので、ステップＳ３０４に進み、このステップＳ３０４において、運転領域フラグＦＤＲを１にセット１する。ステップＳ３０２、Ｓ３０３の少なくとも一方またはその両方の判定結果がＮｏならば、ステップＳ３０５に進み、このステップＳ３０５において、運転領域フラグＦＤＲを０にリセットする。ステップＳ３０４、Ｓ３０５から、図４のステップＳ２０１へリターンする。

図４のステップＳ２０１に続く次のステップＳ２０２では、診断禁止時間のカウントを行なうため、図６に示す診断禁止時間カウントルーチンＲ４００へジャンプする。この診断禁止時間カウントルーチンＲ４００では、最初のステップＳ４０１において、診断終了フラグＦＣＣが０から１への変化状態にあるかどうかを判定する。この診断終了フラグＦＣＣは、図３に示す触媒劣化診断ルーチンＲ１００が終了した時点で、０から１へ変化する。したがって、ステップＳ４０１では、結果として、触媒劣化診断が終了した時点を検出することになる。もし触媒劣化診断が終了した時点であれば、ステップＳ４０１の判定結果はＹｅｓとなり、ステップ４０２へ進み、このステップＳ４０２において、診断禁止カウンタＣＣＩを所定値にセットし、図４のステップＳ２０２にリターンする。ステップＳ４０１の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ４０３に進み、このステップＳ４０３において、診断禁止カウンタＣＣＩを単位値だけ減算して、図４のステップＳ２０２にリターンする。診断禁止カウンタＣＣＩは、ＲＡＭ１３４とＣＰＵ１３２により構成される。

図６に示す診断禁止時間カウントルーチンＲ４００は、図３の触媒劣化診断ルーチンＲ１００が実行され、そのステップＳ１０１において、触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００が実行される度に、そのステップＳ２０２において、実行される。この診断禁止時間カウンタルーチンＲ４００において、ステップＳ４０１の判定結果がＮｏになれば、その度毎に、診断禁止カウンタＣＣＩを、単位値だけ減算する。この診断禁止カウンタＣＣＩの減算は、そのカウント値が０になるまで、診断禁止時間カウントルーチンＲ４００が実行される度に、行なわれる。診断禁止時間カウントルーチンＲ４００において、例えば、ステップＳ４０２で、診断禁止カウンタＣＣＩに５分に相当する値をセットすると、触媒劣化診断が終了後、診断禁止カウンタＣＣＩが０になるまでの５分間は、次の触媒劣化診断が禁止される。

図４のステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされているかどうかが判定される。次のステップＳ２０４では、診断禁止カウンタＣＣＩが０になっているかどうかが判定される。ステップＳ２０３、Ｓ２０４の判定結果がともにＹｅｓならば、ステップＳ２０５に進み、触媒劣化診断が実行可能であるとして、このステップＳ２０５において、診断許可フラグＦＣＡを１にセットする。ステップＳ２０３、Ｓ２０４の少なくとも何れか一方またはその両方の判定結果がＮｏならば、ステップＳ２０６に進み、このステップＳ２０６において、触媒診断が実行不可能として、診断許可フラグＦＣＡを０にセットする。ステップＳ２０５、Ｓ２０６から図３のステップＳ１０１にリターンする。

図３のステップＳ１０１に続くステップ１０２では、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされているかどうかが判定される。このステップＳ１０２の判定結果がＹｅｓならば、次のステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２の判定結果がＮｏならば、メインルーチンへリターンする。ステップＳ１０３では、診断許可フラグＦＣＡが０から１への変化状態にあるかどうかを判断する。この診断許可フラグＦＣＡは、触媒診断が実行可能となった時点で、図４のステップＳ２０５において０から１に変化する。したがって、ステップＳ１０３では、結果として、触媒劣化診断の開始時点にあるかどうかが判定される。ステップＳ１０３の判定結果がＹｅｓであるときには、次のステップＳ１０４へ進み、このステップＳ１０４において、触媒劣化診断に関わる各パラメータを次のように初期化する。
下流空燃比検出出力ＲＯ２に対する上下限超過回数ＮＥＵＬ＝０
酸素変化量ΔＯＳＣ＝０
空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬ＝１
空燃比反転回数ＡＦＴＯＮ＝０
劣化判定指標ＩＪＩ＝０
診断終了フラグＦＣＣ＝０

次のステップＳ１０５では、ローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を大きくし、触媒劣化診断手段１８０が触媒１２２の劣化を診断している触媒劣化診断状態において、ローパスフィルタ１７４から出力される検出出力ＲＯ２１を、上流空燃比変動の影響を受けないように制御する。次のステップＳ１０６では、上流空燃比ＡＦを変動させるため、図７に示す空燃比変動演算ルーチンＲ５００へジャンプする。

図７に示す空燃比変動演算ルーチンＲ５００において、最初のステップＳ５０１では、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが１であるかどうかが判定される。この空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬは、目標上流空燃比ＡＦＴをリッチとするときに１、またそれをリーンとするときに０にセットされる。空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが１であり、ステップＳ５０１の判定結果がＹｅｓならば、ステップＳ５０２に進み、このステップＳ５０２では、目標上流空燃比ＡＦＴを理論空燃比よりもリッチ化し、また空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが０であり、ステップＳ５０１の判定結果がＮｏならば、ステップＳ５０３に進み、このステップＳ５０３では、目標上流空燃比ＡＦＴを理論空燃比よりもリーン化する。

次のステップＳ５０４では、酸素変化量ΔＯＳＣを次の式（２）で演算する。
ΔＯＳＣ（ｉ）＝ΔＯＳＣ（ｉ−1）＋｜ＡＦ−ＡＦ０｜／ＡＦ０×Ｑａ×α・・・（２）
この式（２）において、ＡＦは上流空燃比、ＡＦ０は基本目標上流空燃比、αは空気過剰率から酸素質量への変換係数である。またΔＯＳＣ（ｉ）は、酸素変化量ΔＯＳＣの今回値、ΔＯＳＣ（ｉ−１）はその前回値を表わす。

次のステップＳ５０５では酸素変化量ΔＯＳＣが所定値に達したかが判定され、上流空燃比ＡＦがリーンのときには、触媒１２２へ所定の酸素を供給し、また上流空燃比ＡＦがリッチのときには、触媒１２２で所定の酸素を消費させる。ステップＳ５０５の判定結果がＹｅｓならば、次のステップＳ５０６〜Ｓ５０８に進む。このステップＳ５０６では、空燃比反転回数ＡＦＴＯＮに＋１を加算し、次のステップＳ５０７では、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬを反転させ、次のステップＳ５０８では、酸素変化量ΔＯＳＣを０にリセットして、次のステップＳ５０９に進む。ステップＳ５０５の判定結果がＮｏならば、ステップＳ５０６、Ｓ５０７、Ｓ５０８をバイパスして、ステップＳ５０９に進む。

次のステップＳ５０９において、空燃比反転回数ＡＦＴＯＮが所定値を超えているかどうかが判定される。空燃比反転回数ＡＦＴＯＮが所定値を超えていて、ステップＳ５０９の判定結果がＹｅｓになれば、触媒劣化診断が終了したとして、次のステップＳ５１０に進み、このステップＳ５１０で診断終了フラグＦＣＣを１にセットし、またステップＳ５０９の判定結果がＮｏならば、ステップＳ５１０をバイパスして、図３のステップＳ１０６にリターンする。

図３のステップＳ１０６における上流空燃比変動演算が終わると、図３に示す次のステップＳ１０７に進む。このステップＳ１０７では、触媒劣化判定を行なうために、図８に示す触媒劣化診断演算ルーチンＲ６００へジャンプする。この触媒劣化診断演算ルーチンＲ６００において、最初のステップＳ６０１では、空燃比変動の1サイクルの開始時点であるかどうかが判定される。空燃比変動の１サイクルの開始時点であり、ステップＳ６０１の判定結果がＹｅｓならば、次のステップＳ６０２に進み、このステップＳ６０２では、下流空燃比センサ１４６の下流空燃比検出出力ＲＯ２に対する下流空燃比下限超過フラグＦＲＯＬを０にセットする。次のステップＳ８０３では、下流空燃比検出出力ＲＯ２に対する下流空燃比上限超過フラグＦＲＯＵを０にセットし、次のステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０１の判定結果がＮｏならば、ステップＳ６０２、Ｓ６０３をバイパスし、ステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４では、目標上流空燃比ＡＦＴがリッチであるかどうかを判定するために、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが１であるかどうかが判定される。目標上流空燃比ＡＦＴがリッチであり、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬ＝１である場合には、ステップＳ６０４の判定結果がＹｅｓとなり、次のステップＳ６０５へ進む。このステップＳ６０５では、下流空燃比検出出力ＲＯ２が下流空燃比上限値ＲＯＵを超えているかどうかが判定され、その判定結果がＹｅｓならば、ステップＳ６０６に進み、このステップＳ６０６で下流空燃比上限超過フラグＦＲＯＵを１にセットする。逆に、目標上流空燃比ＡＦＴがリーンであり、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬ＝０である場合には、ステップＳ６０４の判定結果がＮｏとなるので、ステップＳ６０７に進む。このステップＳ６０７では、下流空燃比検出出力ＲＯ２が下流空燃比下限値ＲＯＬを超えているかどうかが判定され、下流空燃比検出出力ＲＯ２が下流空燃比下限値ＲＯＬを超えていれば、ステップＳ６０７の判定結果がＹｅｓとなり、次のステップＳ６０８で下流空燃比下限超過フラグＦＲＯＬを１にセットする。

ステップＳ６０６、Ｓ６０８から次のステップＳ６０９に進む。ステップＳ６０５の判定結果がＮｏならば、ステップＳ６０６をバイパスしてステップＳ６０９に進む。またステップＳ６０７の判定結果がＮｏならば、ステップＳ６０８をバイパスしてステップＳ６０９に進む。

ステップＳ６０９では、空燃比変動が１回のリッチ期間と１回のリーン期間を含む１サイクルを完了したかどうかが判定される。このステップＳ６０９の判定結果がＹｅｓならば、空燃比変動の１サイクルが完了する毎に、ステップＳ６１０で下流空燃比検出出力ＲＯ２に関する下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬを次の式（３）で算出する。
ＮＥＵＬ（ｉ）＝ＮＥＵＬ（ｉ−1）＋ＦＲＯＬ＋ＦＲＯＵ・・・（３）
この式（３）で、ＮＥＵＬ（ｉ）は、下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬの今回値を、またＮＥＵＬ（ｉ−１）は、その前回値を表わす。

次のステップＳ６１１では、診断終了フラグＦＣＣが１にセットされているかどうかが判定される。診断終了フラグＦＣＣが１であり、ステップＳ６１１の判定結果がＹｅｓならば、次のステップＳ６１２に進む。このステップＳ６１２では、劣化判断指数ＩＪＩを次の式（４）で算出する。
ＩＪＩ＝ＮＥＵＬ／ＡＦＴＯＮ・・・（４）
上流空燃比ＡＦの空燃比反転回数ＡＦＴＯＮに対して、下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬが近づくほど、劣化判定指標ＩＪＩは大きくなり、１．０に近づく。

次のステップＳ６１３では、劣化判定指標ＩＪＩが、所定の劣化判定閾値よりも大きいかどうかが判定される。ステップＳ６１３において、劣化判定指標ＩＪＩが劣化判定閾値ＩＪＴよりも大きければ、判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ６１４に進む。ステップＳ６１３の判定結果がＮｏならば、次のステップＳ６１５に進む。ステップＳ６１４では、触媒１２２が劣化しているとし、劣化判定フラグＦＩＪを１にセットする。ステップＳ６１５では、劣化判定フラグＦＩＪを０にリセットする。ステップＳ６１４、Ｓ６１５から、図３のステップＳ１０７にリターンする。

ステップＳ６１１の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ６１２、Ｓ６１３、Ｓ６１４、Ｓ６１５をバイパスして、図３のステップＳ１０７にリターンする。図３に示すステップＳ１０７に続くステップＳ１０８では、診断終了フラグＦＣＣが１にセットされているかどうかが判定される。触媒劣化診断が終了し、診断終了フラグＦＣＣが１にセットされていれば、ステップＳ１０８の判定結果がＹｅｓとなるので、ステップＳ１０９に進み、このステップＳ１０９でローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を元の小さい値に戻して、メインルーチンへリターンする。触媒劣化診断が未終了であって、ステップＳ１０８の判定結果がＮｏとなれば、メインルーチンへリターンする。

図８に示す触媒劣化診断演算ルーチンＲ６００において、ステップＳ６１３で劣化判定フラグＦＩＪが１にセットされると、自動車の運転手席に設けられた故障表示ランプＭＩＬを点灯し、速やかに運転手に触媒１２２の劣化を知らせて、触媒１２２の整備点検を促す。なお、誤判定を防止するために、触媒劣化診断演算ルーチンＲ６００を複数回繰り返し、劣化判定フラグＦＩＪが所定回数連続して１を示した場合に、故障表示ランプＭＩＬを点灯するようにすることもできる。

次に、触媒劣化診断ルーチンＲ１００、触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００、運転領域判定ルーチンＲ３００、診断禁止時間カウントルーチンＲ４００、空燃比変動演算ルーチンＲ５００、および触媒劣化診断演算ルーチンＲ６００における実際の各パラメータの挙動を図９および図１０を用いて説明する。図９は、触媒１２２が劣化していない場合、また図１０は触媒１２２が劣化している場合における触媒劣化診断の各パラメータの挙動を示す。

図９および図１０のそれぞれにおいて、（ａ）は運転領域フラグＦＤＲを、（ｂ）は診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値を、（ｃ）は診断許可フラグＦＣＡを、（ｄ）は空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬを、（ｅ）は酸素変化量ΔＯＳＣを、（ｆ）は空燃比反転回数ＡＦＴＯＮを、（ｇ）は診断終了フラグＦＣＣを、（ｈ）は上流空燃比検出出力ＲＯ１を、（ｉ）は下流空燃比検出出力ＲＯ２を、（ｊ）は下流空燃比上限超過フラグＦＲＯＵを、（ｋ）は下流空燃比下限超過フラグＦＲＯＬを、（ｌ）は下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬを、（ｍ）は劣化判定指標ＩＪＩを、（ｎ）は劣化判定フラグＦＩＪをそれぞれ示す。図９および図１０の（ｈ）には、目標上流空燃比ＡＦＴを点線で示し、また図９および図１０の（ｉ）には、ローパスフィルタ１７４から出力される下流空燃比検出出力ＲＯ２１を点線で示している。

図９および図１０の横軸は、各パラメータに共通な時間である。この時間軸に沿って、タイミングＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが設定される。タイミングＡ、Ｂの間の期間では、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされ、次のタイミングＢ、Ｃの間の期間では、診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされ、次のタイミングＣ、Ｄの間の期間では、再び診断許可フラグＦＣＡが１にセットされる。

図９は、触媒１２２が劣化していない場合における触媒劣化診断の各パラメータの挙動を示す。タイミングＡにおいて、内燃機関１００の運転領域が診断許可領域に入り、図９（ａ）に示すように、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされる。図９（ｂ）に示すように、タイミングＡでは、診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値が０であるので、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされて、触媒診断フローが始まる。ここでステップＳ１０４において、先に説明した通り、各パラメータが初期化される。また、ローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を切り換えて大きくする。

診断許可フラグＦＣＡが１にセットされている期間において、図９（ｅ）に示す酸化変化量ΔＯＳＣが所定値に達する度毎に、図９（ｄ）に示すように、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬを反転させ、上流空燃比ＡＦをリッチ／リーンへ交互に変動させる。上流空燃比ＡＦがリッチであるときには、内燃機関１００の燃焼室１０３から排出される排気ガス中には酸素がほとんどなく、一酸化炭素ガス（ＣＯ）および炭化水素ガス（ＨＣ）が多く含まれ、触媒１２２が吸蔵している酸素を消費するので、触媒１２２内に蓄えられた酸素吸蔵量は減少する。逆に上流空燃比ＡＦがリーンであるときには、燃焼室１０３から排出される排気ガス中に、酸素や酸化窒素ガス（ＮＯｘ）が多く含まれるので、触媒１２２は酸素を吸蔵し、触媒１２２内の酸素吸蔵量は増加する。

図９では、触媒１２２が劣化していないので、触媒１２２に含まれるセリアが酸素の変動を吸収するため、図９（ｉ）に示すように、下流空燃比検出出力ＲＯ２には、上流空燃比ＡＦの変動は現れない。そのため、下流空燃比検出出力ＲＯ２が、予め設定された下流空燃比の上下限スレッショルドから逸脱することはなく、図９（ｌ）に示すように、下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬは０を保持するので、図９（ｍ）に示すように、劣化判定指標ＩＪＩも０となり、図９（ｎ）に示すように、劣化判定フラグＦＩＪも０にリセットされた状態に保持される。図９では、図面を簡単にするために、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされた期間に、２サイクルしか空燃比変動を与えていないが、通常、５〜３０サイクル程度の空燃比変動を与えて劣化診断精度を向上させる。

タイミングＢでは、図９（ｆ）に示すように、空燃比反転回数ＡＦＴＯＮが所定値に達し、図９（ｇ）に示すように、診断終了フラグＦＣＣが１にセットされる。このタイミングＢから、図９（ｂ）に示すように、診断禁止カウンタＣＣＩのカウント値が減算され、タイミングＣで、そのカウント値が０になる。このタイミングＢ、Ｃの間の期間において、図９（ｃ）に示すように、診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされ、触媒劣化診断は禁止される。このタイミングＢ、Ｃの間の期間では、学習演算制御スイッチ手段１６７がオンとなる。このタイミングＢ、Ｃの間の期間では、触媒劣化診断が禁止されており、触媒１２２内の酸素吸蔵量が安定しているので、オンとなった学習演算制御スイッチ手段１６７を介して、上流空燃比学習演算手段１６６が、下流空燃比フィードバック制御手段１７０のＰＩ演算手段１７３から、その積分値を受けて、安定した上流目標空燃比学習を行なうことができる。したがって、上流空燃比学習演算手段１６６による上流空燃比学習精度を向上させ、エバポパージおよびブレーキ時のマスタバックによるＡ／Ｆ外乱等による排気ガス悪化を防ぐことができる。

図１０は、触媒１２２が劣化している場合における触媒劣化診断の各パラメータの挙動を示す。図９と同様に、図１０（ａ）に示す運転領域フラグＦＤＲが１にセットされた状態で、触媒診断フローが始まると、上流空燃比ＡＦをリッチとリーンに周期的に変動させる。触媒１２２が劣化しているので、触媒１２２が酸素の変動を吸収することができず、上流空燃比ＡＦの変動を受けて、下流空燃比検出出力ＲＯ２も図１０（ｉ）に示すように、周期的に変動する。触媒劣化診断手段１８０により触媒１２２の劣化診断が行なわれている触媒劣化診断状態では、ローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を大きくしているので、下流空燃比検出出力ＲＯ２が変動しても、ローパスフィルタ１７４から出力される下流空燃比検出出力ＲＯ２１の変動は小さく、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０にはほとんど影響を与えない。

もし触媒劣化診断中にローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を小さいままにしておくと、上流空燃比ＡＦに与えた空燃比変動が下流空燃比に影響を与え、さらにこの下流空燃比の変動が上流空燃比ＡＦを補正しようとするため、上流空燃比ＡＦの変動と下流空燃比の変動とが互いに干渉しながら、図１１（ｈ）（ｉ）に示すように上流空燃比検出出力ＲＯ１のハンチング現象が大きくなる。このように上流空燃比ＡＦのハンチング現象が大きくなれば、自動車のドライバビリティを損なうおそれがある。

実施の形態１では、触媒劣化診断中に下流空燃比フィードバック制御手段１７０におけるローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を大きくするので、図１２（ｈ）（ｉ）に示すように、上流空燃比検出出力ＲＯ１の変動と、下流空燃比検出出力ＲＯ２との干渉を防ぐことができ、自動車のドライバビリティの悪化を防止することができる。図１１および図１２において、（ｃ）は診断許可フラグＦＣＡを、（ｈ）は上流空燃比検出出力ＲＯ１を、（ｉ）は下流空燃比検出出力ＲＯ２を示す。図１１、１２（ｈ）には、目標上流空燃比ＡＦＴを点線で示し、また図１１、１２（ｉ）には、ローパスフィルタ１７４から出力される下流空燃比検出出力ＲＯ２１を点線で示す。

劣化した触媒１２２に対して、リッチとリーンの間で周期的に変動する上流空燃比変動ＡＦＯＳＣが加えられると、下流空燃比検出出力ＲＯ２は上限値ＲＯＵと下限値ＲＯＬを超えて変動するので、図１０（ｊ）（ｋ）に示すように、下流空燃比上限超過フラグＦＲＯＵおよび下流空燃比下限超過フラグＦＲＯＬが１にセットされ、図１０（ｌ）に示すように、下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬが増加していく。下流空燃比上下限超過回数ＮＥＵＬと空燃比反転回数ＡＦＴＯＮとに基づき、ＮＥＵＬ／ＡＦＴＯＮとして算出される劣化判定指標ＩＪＩが所定値を超えると、触媒１２２が劣化していると判定され、図１０（ｎ）に示すように、劣化判定フラグＦＩＪが１にセットされる。

触媒１２２が劣化していると診断され、図１０（ｎ）に示すように、劣化判定フラグＦＩＪが１にセットされれば、それ以後、下流空燃比検出出力制御スイッチ手段１７５がオフとされ、下流空燃比検出出力ＲＯ２、ＲＯ２１のフィードバックが停止され、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０は、目標下流空燃比出力ＢＦＴに対応する。失火などにより触媒１２２が劣化した状態では、もはや触媒１２２が正常に作用せず、内燃機関１００の燃焼室１０３から排出された排気ガスがそのまま触媒１２２の下流に到達するので、下流空燃比検出出力ＲＯ２、ＲＯ２１によって下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０を演算しても、触媒１２２の下流空燃比を目標下流空燃比出力ＢＦＴの近傍に保つことができず、下流空燃比フィードバック量Ｃｆ０が上流空燃比フィードバック量Ｃｆｂと干渉しハンチングを起こして、ドライバビリティが著しく悪化してしまう。触媒１２２が劣化していると診断された場合には、下流空燃比検出出力ＲＯ２、ＲＯ２１のフィードバックを停止し、目標下流空燃比出力ＢＦＴに対応させることにより、自動車の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では、上流空燃比センサ１４５として、リニア空燃比センサを用いた例を説明したが、上流空燃比センサ４５がλセンサであっても、触媒劣化診断時に下流空燃比フィードバック手段１７０のローパスフィルタ１７４のフィルタ定数を大きくすれば、上流空燃比と下流空燃比フィードバックとの干渉を防ぐことができる。また、触媒１２２が劣化した場合に、下流空燃比検出出力ＲＯ２、ＲＯ２１のフィードバックを停止することにより、上流空燃比と下流空燃比フィードバックとの干渉を防ぐことができ、自動車のドライバビリティの悪化を防ぐことができることは言うまでもない。

以上のように実施の形態１では、触媒劣化診断手段１８０による触媒１２２の劣化診断が終了すると、診断禁止カウンタＣＣＩにより、その終了後に、触媒１２２の劣化診断禁止時間が設定され、この劣化診断禁止時間では、触媒１２２の劣化診断が禁止され、触媒１２２の有害ガス浄化機能の回復が図られ、触媒１２２の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、図３のステップＳ１０１で、図１３に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０にジャンプするようにしたものである。実施の形態１においては、ステップＳ１０１で図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００へジャンプするようにしたが、この実施の形態２では、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００に代わって、図１３に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０を使用する。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

図１３に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０では、その最初のステップＳ２０１において、運転領域判定が行なわれるが、このステップＳ２０１では、図５に示す運転領域判定ルーチンＲ３００にジャンプし、実施の形態１と同じに、運転領域判定ルーチンＲ３００が実行される。図１３に示す次のステップＳ２０２では、図６に示す診断禁止時間カウントルーチンＲ４００にジャンプし、実施の形態１と同じに、診断禁止時間カウントルーチンＲ４００が実行される。触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０では、ステップＳ２０２に続いてステップＳ２１０に進み、このステップＳ２１０では、図１４に示す急加速時許可遅延カウントルーチンＲ７００にジャンプし、この急加速時許可遅延カウントルーチンＲ７００が実行される。

この急加速時許可遅延カウントルーチンＲ７００では、最初のステップＳ７０１で、吸入空気量Ｑａの前回値から、その今回値を引き算して、吸入空気量の変化量ΔＱａを演算する。次のステップＳ７０２では、運転領域フラグＦＤＲが０から１への変化状態にあるかどうかが判定される。図５に示す診断領域判定ルーチンＲ３００において、内燃機関１００の冷却水温度Ｗｔが、Ｗｔ＞Ｗｔ１の条件を満足し、しかも吸入空気量Ｑａが、Ｑａ１≦Ｑａ＜Ｑａ２の条件を満足する運転領域になったときに、運転領域フラグＦＤＲは、０から１への変化状態となる。したがって、内燃機関１００がこのような運転領域になったときに、ステップＳ７０２の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ７０３に進む。

ステップＳ７０３では、ステップＳ７０１で演算された吸入空気量の変化量ΔＱａが、加速判定閾値ＡＪＴより大きいかどうかが判定される。吸入空気量の変化量ΔＱａが加速判定閾値ＡＪＴより大きければ、ステップＳ７０３の判定結果はＹｅｓとなり、内燃機関１００の急加速状態において触媒劣化診断が可能と判定されるので、次のステップＳ７０４へ進み、このステップＳ７０４で許可遅延カウンタＣＡＤをセットし、図１３に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０のステップＳ２１０へ戻る。もしステップＳ７０２、Ｓ７０３の少なくとも一方またはその両方の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ７０５へ進み、このステップＳ７０５で許可遅延カウンタＣＡＤを１だけ減算した後、図１３に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０のステップＳ２１０へ戻る。許可遅延カウンタＣＡＤも、ＲＡＭ１３４とＣＰＵ１３２により構成される。

許可遅延カウンタＣＡＤは、急加速時許可遅延カウントルーチンＲ７００が起動され、そのステップＳ７０５が実行される度毎に１だけ減算され、そのカウント値が０になったときに、その減算はストップする。なお、実施の形態２では、吸入空気量Ｑａの変化により内燃機関１００の急加速を判定しているが、アクセル開度または吸気管内圧力の変化によって内燃機関１００の急加速を判定してもよい。

図１３の触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０に戻って、ステップＳ２１０に続いて、ステップＳ２０３が実行される。このステップＳ２０３は、図４のステップＳ２０３と同じであり、このステップＳ２０３では、運転領域フラグＦＤＲに１がセットされているかどうかが判定される。運転領域フラグＦＤＲが１にセットされていれば、ステップＳ２０３の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２０４に進む。このステップＳ２０４は、図４のステップＳ２０４と同じであり、診断禁止カウンタＣＣＩのカウント値が０であるかどうかが判定される。診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値が０であれば、ステップＳ２０４の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１では、許可遅延カウンタＣＡＤのカウント値が０になっているかどうかが判定され、このステップＳ２１１の判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳ２０５に進み、このステップＳ２０５で診断許可フラグＦＣＡが１にセットされる。

実施の形態２では、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされ、また診断禁止カウンタＣＣＩのカウント値が０であって、しかも許可遅延カウンタＣＡＤのカウント値が０にならなければ、診断許可フラグＦＣＡは１にセットされない。言い換えれば、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされ、また診断禁止カウンタＣＣＩのカウント値が０になった後、所定時間経過後に許可遅延カウンタＣＡＤのカウント値が０になったときに、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされる。ステップＳ２０３、Ｓ２０４またはステップＳ２１１において、それらのいずれかの判定結果がＮｏになれば、ステップＳ２０６に進み、このステップＳ２０６で診断許可フラグＦＣＡは０にリセットされる。ステップＳ２０５、Ｓ２０６から、図３の触媒劣化診断ルーチンＲ１００へ戻る。

触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０における各パラメータの挙動を、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、触媒１２２が劣化していない場合における各パラメータの挙動を示し、また図１６は、触媒１２２が劣化している場合における各パラメータの挙動を示す。図１５および図１６において、（ｐ）は吸入空気量Ｑａを、（ｑ）は吸入空気量Ｑａの変化量ΔＱａを、（ｒ）は許可遅延カウンタＣＡＤのカウンタ値をそれぞれ示す。図１５および図１６の他のパラメータは、図９および図１０に示す各パラメータと同じである。

図１５および図１６において、運転者がアイドル状態から自動車を急発進した場合、図１５（ｐ）および図１６（ｐ）に示すように、吸入空気量Ｑａが急増しながら所定値Ｑａ１に達し、この吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａ１に達したタイミングＡにおいて、図１５（ａ）および図１６（ａ）に示すように、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされる。このタイミングＡでは、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされると同時に、図１５（ｒ）および図１６（ｒ）に示すように、許可遅延カウンタＣＡＤのカウント値も所定値にセットされる。その後、許可遅延カウンタＣＡＤは、触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２１０が起動され、ステップＳ２１０が実行される度毎に１だけ減算され、タイミングＡ１で０となる。このタイミングＡ１では、許可遅延カウンタＣＡＤのカウント値が０になり、診断許可フラグＦＣＡに１がセットされる。その他の各パラメータの挙動は、図９および図１０と同じである。

この実施の形態２では、内燃機関１００が急加速されるタイミングＡと、触媒劣化診断を開始するタイミングＡ１との間に、所定遅延時間を与えることができる。この所定遅延時間は、タイミングＡとタイミングＡ１との間の遅延であり、実施の形態２では、許可遅延カウンタＣＡＤによって与えられる。この所定遅延時間は、内燃機関１００の急加速と、触媒劣化診断とが重なるのを防止し、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の排出量が悪化するのを防止するのに有効である。実施の形態２による効果をさらに詳しく説明する。

燃料噴射弁１１５が吸気弁１０５の直前の吸気ポートに取り付けられた吸気ポート式燃料噴射方式では、燃料噴射弁１１５から噴射された燃料が一旦吸気ポートに付着してから燃焼室１０３へ吸入されるため、内燃機関１００の急加速時のような燃料噴射量の変化が大きい場合には、燃焼室１０３への燃料の吸入が遅れ、上流空燃比フィードバック制御手段１６０では、その空燃比の補正が不足するために、上流空燃比が目標上流空燃比ＡＦＴよりもリーンになってしまうことがある。または、内燃機関１００の加速時に、燃料噴射弁１１５からの燃料噴射量を増量する加速増量補正が適用される機種では、内燃機関１００の急加速時に空燃比が過補正されて、理論空燃比よりもリッチになってしまうこともある。どちらにせよ、内燃機関１００の急加速時には、上流空燃比が理論空燃比から外れることが多く、このために、空燃比フィードバック制御装置１５０による空燃比補正スパイクが発生する。

図１７および図１８は、この内燃機関１００の急加速時における空燃比補正スパイクＳＰと、触媒劣化診断に伴なう空燃比変動ＯＳＣとの関係を示す。図１７は、内燃機関１００の急加速と重なって触媒劣化診断が実行される場合を例示し、図１８は、実施の形態２により、内燃機関１００の急加速から所定遅延時間の後に触媒劣化診断が実行される場合を例示する。これらの図１７および図１８において、（ａ）は吸入空気量Ｑａを、（ｂ）は上流空燃比検出出力ＲＯ１を、（ｃ）は触媒１２２内の酸素吸蔵量ＯＡＶを、（ｄ）は下流空燃比検出出力ＲＯ２を示す。図１７および図１８の（ｃ）では、酸素吸蔵量ＯＡＶに対する飽和値ＯＡＶＵと、不足値ＯＡＶＬを点線で示している。

内燃機関１００の急加速と重なって触媒劣化診断が実行された場合には、図１７（ｂ）に示すように、上流空燃比検出出力ＲＯ１は、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣに基づく空燃比変動ＯＳＣの上に、内燃機関１００の急加速による空燃比補正スパイクＳＰが重なった変化を示す。このため、図１７（ｃ）に示すように、触媒１２２内の酸素吸蔵量ＯＡＶが飽和し、図１７（ｅ）に示すように、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の排出量が増加してしまう。これに比較して、実施の形態２では、図１８に示すように、内燃機関１００の急加速により吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａを超えるタイミングＡと、触媒劣化診断が開始されるタイミングＡａとの間に、所定遅延時間が与えられる。タイミングＡでは、内燃機関１００の急加速に伴ない上流空燃比補正スパイクＳＰが発生するが、この上流空燃比補正スパイクＳＰから所定遅延時間後のタイミングＡａで、触媒劣化診断に伴なう空燃比変動ＯＳＣが発生するので、空燃比変動ＯＳＣが空燃比補正スパイクＳＰと重なることはない。実施の形態２によれば、図１８（ｃ）に示すように、触媒１２２内の酸素吸蔵量ＯＡＶが安定化したタイミングＡａで、触媒劣化診断を開始することができ、触媒劣化診断による一酸化炭素ガス（ＣＯ）の排出量の悪化を防止することができる。

以上のように実施の形態２では、実施の形態１と同様に、診断禁止カウンタＣＣＩにより、触媒１２２の劣化診断の終了後に、触媒１２２の劣化診断禁止時間が設定され、この劣化診断禁止時間では、触媒１２２の劣化診断が禁止され、触媒１２２の有害ガス浄化機能の回復が図られ、触媒１２２の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる。加えて、実施の形態２では、許可遅延カウンタＣＡＤにより、内燃機関１００の急加速時に、触媒１２２の診断開始を遅延させ、内燃機関１００の急加速に伴なう上流空燃比補正スパイクＳＰと空燃比変動ＯＳＣとが重なるのを防止して、触媒劣化診断による一酸化炭素ガス（ＣＯ）の排出量の悪化を防止することができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、図３のステップＳ１０１で、図１９に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０にジャンプするようにしたものである。実施の形態１においては、ステップＳ１０１で図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００へジャンプするようにしたが、この実施の形態３では、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００に代わって、図１９に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０を使用する。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

図１９に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０では、その最初のステップＳ２０１において、運転領域判定が行なわれるが、このステップＳ２０１では、図５に示す運転領域判定ルーチンＲ３００にジャンプし、実施の形態１と同じに、運転領域判定ルーチンＲ３００が実行される。また、ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、図６に示す診断禁止時間カウントルーチンＲ４００にジャンプし、実施の形態１と同じに、診断禁止時間カウントルーチンＲ４００が実行される。触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０では、ステップＳ２０２に続いてステップＳ２２０に進み、このステップＳ２２０では、図２０に示す運転領域外不許可遅延カウントルーチンＲ８００にジャンプし、この運転領域外不許可遅延カウントルーチンＲ８００が実行される。

この運転領域外不許可遅延カウントルーチンＲ８００では、最初のステップＳ８０１で、運転領域フラグＦＤＲに１がセットされているかどうかが判定される。運転領域フラグＦＤＲが１であれば、ステップＳ８０１の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ８０２に進む。ステップＳ８０１の判定結果がＮｏならば、ステップＳ８０３に進む。

ステップＳ８０２では、不許可遅延カウンタＣＮＤをセットして触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０のステップＳ２２０へ戻る。ステップＳ８０３では、不許可遅延カウンタＣＮＤを１だけ減算し、触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０のステップＳ２２０へ戻る。不許可遅延カウンタＣＮＤも、ＲＡＭ１３４とＣＰＵ１３２により構成される。

図１９の触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０において、ステップＳ２２０に続いてステップＳ２０３が実行される。このステップＳ２０３は、図４のステップＳ２０３と同じであり、このステップＳ２０３では、運転領域フラグＦＤＲに１がセットされているかどうかが判定される。運転領域フラグＦＤＲが１にセットされていれば、ステップＳ２０３の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２０４に進む。このステップＳ２０４は、図４のステップ２０４と同じであり、このステップＳ２０４では、診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値が０であるかどうかが判定される。診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値が０であれば、ステップＳ２０４の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２０５に進んで、診断許可フラグＦＣＡを１にセットする。また、ステップＳ２０３の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ２２１に進む。ステップＳ２２１では、不許可遅延カウンタＣＮＤのカウント値が０になっているかどうかが判定され、このステップＳ２１１の判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳ２０６に進み、このステップＳ２０６で診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされる。ステップＳ２２１の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４の判定結果がＮｏならば、ステップＳ２０６に進み、診断許可フラグＦＣＡを０にリセットする。ステップＳ２０５、Ｓ２０６から図３のステップＳ１０２にリターンする。

診断許可フラグＦＣＡは、不許可遅延カウンタＣＮＤが０にならない限り、０にリセットされることなく、１にセットされた状態を持続する。不許可遅延カウンタＣＮＤは、そのカウント値が０でない限り、運転領域外不許可遅延カウントルーチンＲ８００が起動され、そのステップＳ７０５が実行される度毎に１だけ減算され、そのカウント値が０になったときに、その減算はストップする。不許可遅延カウンタＣＮＤは、図２０のステップＳ８０２で所定値にセットされたタイミングから、そのカウント値が０まで減算される間に、所定遅延時間を与える。

触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２２０における各パラメータの挙動を、図２１を用いて説明する。図２１において、（ａ）は吸入空気量Ｑａを、（ｂ）は運転領域フラグＦＤＲを、（ｃ）は不許可遅延カウンタＣＮＤのカウンタ値を、（ｄ）は診断許可フラグＦＣＡを、（ｅ）は診断終了フラグＦＣＣを、（ｆ）は診断禁止カウンタＣＣＩのカウント値をそれぞれ示す。

診断許可フラグＦＣＡが１にセットされ、触媒１２２の劣化診断が実行されている状態において、運転者が内燃機関１００を減速した後にすぐに加速した場合を想定する。この場合、内燃機関１００が減速され、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａ１より小さくなったタイミングＡ２において、運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされ、同時に不許可遅延カウンタＣＮＤの減算が始まる。その後、不許可遅延カウンタが０に達しないタイミングＡ３において、内燃機関１００の再加速により、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａ１以上になったときに、再び運転領域フラグＦＤＲが１にセットされる。したがって、診断許可フラグＦＣＡは、タイミングＡ３でも０にリセットされないので、触媒劣化診断が続行される。

運転者が内燃機関１００を減速し、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑａ１より小さくなったタイミングＡ４で運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされた後も、内燃機関１００の減速状態が継続すれば、不許可遅延カウンタＣＮＤのカウント値が０となったタイミングＢで診断許可フラグＦＣＣが０にリセットされる。タイミングＡ２とタイミングＡ４との間、およびタイミングＡ４とタイミングＢには、不許可遅延カウンタＣＮＤにより、所定遅延時間が与えられる。

触媒劣化診断に影響を与えないほどの短時間でも劣化診断を中断するようにすれば、例えば、都市部での走行のような比較的低速で加速、減速を繰り返すような運転では、触媒劣化診断の機会が著しく損なわれてしまう。実施の形態３では、タイミングＡ２で運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされても、触媒劣化診断に影響を与えないほどの短時間であれば、不許可遅延カウンタＣＮＤのカウント値が０にならず、診断許可フラグＦＣＣを１にセットした状態を続行させることにより、触媒劣化診断の機会を適正化することができる。

以上のように実施の形態３では、実施の形態１と同様に、診断禁止カウンタＣＣＩにより、触媒１２２の劣化診断の終了後に、触媒１２２の劣化診断禁止時間が設定され、この劣化診断禁止時間では、触媒１２２の劣化診断が禁止され、触媒１２２の有害ガス浄化機能の回復が図られ、触媒１２２の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる。加えて、実施の形態３では、不許可遅延カウンタＣＮＤにより、内燃機関１００が一時的に減速されても、触媒劣化診断を継続することができ、効果的な触媒１２２の劣化診断を行なうことができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、図３のステップＳ１０１で、図２２に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０にジャンプするようにしたものである。実施の形態１においては、ステップＳ１０１で図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００へジャンプするようにしたが、この実施の形態４では、図４に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２００に代わって、図２２に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０を使用する。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

図２２に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０では、その最初のステップＳ２０１において、運転領域判定が行なわれるが、このステップＳ２０１では、図５に示す運転領域判定ルーチンＲ３００にジャンプし、実施の形態１と同じに、運転領域判定ルーチンＲ３００が実行される。また、ステップ２０１に続くステップＳ２０２では、診断禁止時間カウントが行なわれるが、このステップ２０２では、図６の診断禁止時間カウントルーチンＲ４００にジャンプし、実施の形態１と同じに、診断禁止時間カウントルーチンＲ４００が実行される。触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０では、ステップＳ２０２に続いてステップＳ２３０に進み、このステップＳ２３０では、図２３に示す空燃比変動１サイクル完了判定ルーチンＲ９００にジャンプし、この空燃比変動１サイクル完了判定ルーチンＲ９００が実行される。

この空燃比変動１サイクル完了判定ルーチンＲ９００では、最初のステップＳ９０１において、空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが０から１への変化状態にあるかどうかが判定される。この空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬは、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣに応じて周期的に変化しており、その０から１への変化は、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣの各１サイクルの完了時点で起きるので、ステップＳ９０１では、結果として、空燃比変動出力ＡＦＯＳＣの各１サイクルが完了した時点を検出することになる。空燃比変動出力ＡＦＯＳＣの各１サイクルが終了した時点になれば、ステップＳ９０１の判定結果はＹｅｓとなり、ステップ９０２へ進み、このステップＳ９０２において、空燃比変動１サイクル完了フラグＦＯＳＣＣＣを１にセットし、図２２のステップＳ２３０にリターンする。ステップＳ９０１の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ９０３に進み、このステップＳ９０３において、空燃比変動１サイクル完了フラグＦＯＳＣＣＣを０にリセットして、図２２のステップＳ２３０にリターンする。

図２２の触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０において、ステップＳ２３０に続いてステップＳ２０３が実行される。このステップＳ２０３は、図４のステップＳ２０３と同じであり、このステップＳ２０３では、運転領域フラグＦＤＲに１がセットされているかどうかが判定される。運転領域フラグＦＤＲが１にセットされていれば、ステップＳ２０３の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２０４に進む。このステップＳ２０３は、図４のステップＳ２０３と同じであり、このステップＳ２０４では、診断禁止タウンタＣＣＩが０になっているかどうかが判定される。診断禁止カウンタＣＣＩが０であれば、ステップＳ２０４の判定結果はＹｅｓとなり、次のステップＳ２０５に進んで、診断許可フラグＦＣＡを１にセットする。

また、ステップＳ２０３の判定結果とステップＳ２０４の判定結果のいずれか一方またはその両方がＮｏであれば、ステップＳ２３１に進む。このステップＳ２３１では、診断許可フラグＦＣＡの前回値が１であるかどうかが判定され、このステップＳ２３１の判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳ２３２に進む。このステップＳ２３２では、空燃比変動１サイクル完了フラグＦＯＳＣＣＣが１であるかどうかが判定される。このステップＳ２３２の判定結果がＮｏならば、ステップＳ２０５に進み、診断許可フラグＦＣＡを１にセットする。ステップＳ２３１の判定結果がＮｏとなった場合、およびステップＳ２３２の判定結果がＹｅｓとなった場合には、ステップＳ２０６に進み、このステップＳ２０６で診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされる。ステップＳ２０５、Ｓ２０６から図３のステップＳ１０２にリターンする。

この図２２に示す触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０では、ステップＳ２０３の判定結果がＮｏ、すなわち運転領域フラグＦＤＲが０であり、またステップＳ２０４の判定結果がＮｏ、すなわち診断禁止カウンタＣＣＩが０になっておらず、かつ、ステップＳ２３１の判定結果がＹｅｓ、すなわち診断許可フラグＦＣＡの前回値が１であるときは、ステップＳ２３２へ進み、空燃比変動１サイクル完了フラグＦＯＳＣＣＣが１にセットされるまで、ステップＳ２０５へ進んで診断許可フラグＦＣＲを１に継続する。

触媒劣化診断許可判定ルーチンＲ２３０における各パラメータの挙動を、図２４を用いて説明する。図２４において、（ａ）は運転領域フラグＦＤＲを、（ｂ）は空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬを、（ｃ）は診断許可フラグＦＣＡを、（ｄ）は診断終了フラグＦＣＣを、（ｅ）は診断禁止カウンタＣＣＩのカウンタ値を、（ｆ）は上流空燃比検出出力Ｒ０１をそれぞれ示す。図２４（ｆ）には、目標上流空燃比ＡＦＴも点線で示される。

図２４では、運転領域フラグＦＤＲが１にセットされ、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされて、上流空燃比変動ＡＦＯＳＣが繰り返されている状態において、例えば、タイミングＡ５で運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされても、タイミングＡ６まで、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされた状態が継続される。タイミングＡ６は、タイミングＡ５の後で、次に空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬが０から１に変化し、空燃比変動ＡＦＯＳＣの１サイクルが完了するタイミングである。このタイミングＡ５からタイミングＡ６の間では、診断許可フラグＦＣＡのリセットに遅延時間が与えられ、この遅延時間の経過後に、診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされる。

このタイミングＡ５とタイミングＡ６との間の遅延時間は、空燃比外乱により、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の浄化率が悪化するのを防止する効果をもたらす。この効果について、図２５、図２６を用いて説明する。図２５、２６において、（ａ）は運転領域フラグＦＤＲを、（ｂ）は空燃比リッチリーンフラグＦＡＦＲＬを、（ｃ）は診断許可フラグＦＣＡを、（ｄ）は上流空燃比検出出力ＲＯ１を、（ｅ）は触媒１２２内の酸素吸蔵量ＯＡＶを、（ｆ）は下流空燃比検出出力ＲＯ２を、（ｇ）はＣＯガス排出量をそれぞれ示す。図２５、２６（ｄ）では、上流空燃比検出出力ＲＯ１が実線で、また目標上流空燃比ＡＦＴが点線で示されている。図２５、２６（ｅ）には、触媒内酸素吸蔵量ＯＡＶに対する飽和値ＯＡＶＵと、不足値ＯＡＶＬも示される。また、図２５、２６（ｆ）では、下流空燃比検出出力ＲＯ２が実線で示される。

図２５は、タイミングＡ５において、運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされ、これに伴なって、診断許可フラグＦＣＡもタイミングＡ５で０にリセットされ、触媒劣化診断が停止される場合を例示する。この図２５に例示するように、触媒劣化診断の途中において、タイミングＡ５で診断許可フラグＦＣＡを０にリセットして上流空燃比変動ＡＦＯＳＣを止めてしまうと、このタイミングＡ５の後で、触媒内酸素吸蔵量ＯＡＶが、その中心から偏ってしまい、空燃比外乱に対して弱くなってしまう。図２５の例では、診断許可フラグＦＣＡが０にリセットされた後、図２５（ｄ）に示すように、上流空燃比検出出力Ｒ０１がリッチとなり、これに伴なって、図２５（ｆ）に示すように、触媒内酸素吸蔵量ＯＡＶが不足し、図２５（ｇ）に示すように、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の浄化率が悪化している。

図２６は、実施の形態４に対応して、空燃比外乱により、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の浄化率が悪化するのを防止できるケースを例示する。図２６では、タイミングＡ５で運転領域フラグＦＤＲが０にリセットされても、空燃比変動１サイクルが完了しないので、次に空燃比変動１サイクルが完了するタイミングＡ６までは、診断許可フラグＦＣＡが１にセットされた状態が持続される。タイミングＡ５とタイミングＡ６との間の遅延時間により、タイミングＡ５の後でも、図２６（ｅ）に示すように、触媒１２２の酸素吸蔵量ＯＡＶを、その中心に近付け、図２６（ｇ）に示すように、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の浄化率を向上することができ、触媒内酸素吸蔵量ＯＡＶを診断前の元の最適な状態に戻し、空燃比外乱に強くなる効果を得ている。

この実施の形態４では、実施の形態１と同様に、診断禁止カウンタＣＣＩにより、触媒１２２の劣化診断の終了後に、触媒１２２の劣化診断禁止時間が設定され、この劣化診断禁止時間では、触媒１２２の劣化診断が禁止され、触媒１２２の有害ガス浄化機能の回復が図られ、触媒１２２の有害ガス浄化機能の低下を防止することができる。加えて、実施の形態４では、空燃比変動１サイクルの完了を検出するので、内燃機関１００の運転領域が、空燃比変動の最終サイクルの途中で触媒診断に不適当となっても、その最終サイクルが完了するまで、触媒劣化診断を継続することができ、劣化診断の終了時における触媒内酸素吸蔵量を最適に制御することができる。

この発明による空燃比フィードバック制御装置は、例えば自動車の燃料噴射システムの利用される。

この発明による空燃比フィードバック制御装置を含む燃料噴射制御システムを装備した内燃機関を示すである。 この発明による空燃比フィードバック制御装置の実施の形態１を示すブロック図である。 実施の形態１における触媒劣化診断ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における触媒劣化診断許可判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における運転領域判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における診断禁止時間カウントルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における空燃比変動演算ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における触媒劣化診断演算ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１における触媒劣化診断時の各パラメータの挙動を、触媒が劣化していない場合について示すタイムチャートである。 実施の形態１における触媒劣化診断時の各パラメータの挙動を、触媒が劣化している場合について示すタイムチャートである。

実施の形態１における触媒劣化時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態１における触媒劣化時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 この発明による空燃比フィードバック制御装置の実施の形態２における触媒劣化診断許可判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態２における急加速時許可遅延カウントルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態２における触媒劣化診断時の各パラメータの挙動を、触媒が劣化していない場合について示すタイムチャートである。 実施の形態２における触媒劣化診断時の各パラメータの挙動を、触媒が劣化している場合について示すタイムチャートである。 内燃機関の急加速時における触媒劣化診断時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態２について、内燃機関の急加速時における触媒劣化診断時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 この発明による空燃比フィードバック制御装置の実施の形態３における触媒劣化診断許可判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態３における診断運転領域外不許可遅延カウントルーチンを示すフローチャートである。

実施の形態３について、触媒劣化診断時における幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 この発明による空燃比フィードバック制御装置の実施の形態４における触媒劣化診断許可判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態４における空燃比変動１サイクル完了判定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態４について、触媒劣化診断時における幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 空燃比変動サイクルの途中で運転領域が触媒劣化診断に不適当となった場合について、触媒劣化診断時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態４について、空燃比変動サイクルの途中で運転領域が触媒劣化診断に不適当となった場合における触媒劣化診断時の幾つかのパラメータの挙動を示すタイムチャートである。 触媒劣化診断の原理の説明図である。 触媒の酸素吸蔵能力とノンメタン炭化水素ガスと酸化窒素ガスとの関係を示す特性図である。

符号の説明

１００：内燃機関、１２０：排気系、１２２：触媒、１３０：燃料噴射制御システム、
１５０：空燃比フィードバック制御装置、１４５：上流空燃比センサ、
１４６：下流空燃比センサ、１６０：上流空燃比フィードバック制御手段、
１７０：下流フィードバック制御手段、１８０：触媒劣化診断手段、
Ｒ２００、Ｒ２１０、Ｒ２２０、Ｒ２３０：診断許可判定手段、
Ｒ５００：空燃比変動手段、Ｒ６００：触媒劣化判定手段、
Ｒ４００：触媒劣化診断禁止手段、１６６：上流空燃比学習手段、
１６３：目標上流空燃比演算手段、１７４：フィルタ手段。

Claims (7)

1. 内燃機関に対する燃料噴射量を制御する燃料噴射制御システムに用いられる空燃比フィードバック制御装置であって、
   内燃機関の排気系内に設置された触媒の下流側に配置され下流空燃比検出出力を出力する下流空燃比センサ、
   目標下流空燃比と前記下流空燃比検出出力とに基づいて下流空燃比フィードバック量を演算する下流空燃比フィードバック制御手段、
   前記触媒の上流側に配置され上流空燃比検出出力を出力する上流空燃比センサ、
   少なくとも前記下流空燃比フィードバック量に基づき演算された目標上流空燃比と前記上流空燃比検出出力とに基づいて前記燃料噴射量に対する補正量を制御する上流空燃比フィードバック制御手段、および
   前記触媒の劣化診断を行なう触媒劣化診断手段を備え、
   前記触媒劣化診断手段は、
   内燃機関の運転領域に基づき前記触媒の劣化診断の許可判定を行なう診断許可判定手段と、前記触媒の劣化診断時に前記目標上流空燃比を変動させる空燃比変動手段と、前記触媒の劣化診断時に前記下流空燃比検出出力に基づいて前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、前記触媒の劣化診断後に触媒の劣化診断禁止時間を設定する触媒劣化診断禁止手段を有することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
2. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記上流空燃比フィードバック制御手段は、上流空燃比学習手段と、目標上流空燃比演算手段を有し、前記上流空燃比学習演算手段は、前記下流空燃比フィードバック演算量に基づき上流空燃比学習演算量を演算し、前記目標上流空燃比演算手段は、少なくとも前記下流空燃比フィードバック量と前記上流空燃比学習演算量とに基づき前記目標上流空燃比を演算する目標上流空燃比演算手段を有することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
3. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記下流空燃比フィードバック制御手段は、前記下流空燃比センサで検出された下流空燃比検出出力をフィルタするフィルタ手段を有し、前記触媒劣化診断手段により前記触媒の劣化診断が行なわれている状態では、前記フィルタ手段のフィルタ定数を大きくして、前記目標上流空燃比の変動による前記下流空燃比フィードバック量の変動を抑えることを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
4. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記触媒劣化診断手段により前記触媒が劣化していると診断されたときに、前記下流空燃比センサの下流空燃比検出出力に基づくフィードバック制御を停止することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
5. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記診断許可判定手段は、内燃機関の急加速に、前記触媒劣化診断の許可を遅延することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
6. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記診断許可判定手段は、前記触媒の劣化診断中に、内燃機関の運転領域が、触媒劣化診断を許可する領域から一時的に外れても、前記触媒の劣化診断を許可する状態を継続することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。
7. 請求項１記載の空燃比フィードバック制御装置であって、前記診断許可判定手段は、前記空燃比変動手段による目標上流空燃比の変動を、その最後のサイクルが完了するまで継続することを特徴とする空燃比フィードバック制御装置。

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