JP2008031861A - 内燃機関の触媒劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷運転時の酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化誤判定を防止する。
【解決手段】触媒上流側の排気空燃比をリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの一方から他方に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する際、検出された機関負荷が低負荷であるときには、中心空燃比Ａ／Ｆｓからリーン空燃比Ａ／Ｆｌまでのリーン振幅を減少する（Ａｌ→Ａｌｘ）。リーン運転時の空燃比を中心空燃比に近づけ、燃料噴射量を増量し、燃焼を安定化させることができる。それ故、酸素吸蔵容量の算出値の精度悪化を防止し、触媒劣化の誤判定を防止することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。

一般に、内燃機関では排気ガスを浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒、例えば三元触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出するＯ_２ストレージ機能を有する。従って、内燃機関の通常運転時、理論空燃比を中心として混合気をリッチ側又はリーン側に交互に振らせると、三元触媒のもつＯ_２ストレージ機能により、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるためにＮＯｘが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるためにＨＣおよびＣＯが酸化され、これによりＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化できることになる。

そこで従来より触媒上流側の排気通路に排気空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、排気空燃比がリーンになったときには燃料供給量を増量し、排気空燃比がリッチになったときには燃料供給量を減量させることにより、空燃比を理論空燃比を中心としてリッチ側又はリーン側に交互に振らせ、それによってＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に低減するようにしている。

ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス浄化率が低下する。三元触媒の劣化度とＯ_２ストレージ機能の低下度との間には相関関係がある。よって、Ｏ_２ストレージ機能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。

かかる原理に基づいて触媒劣化検出を行う装置としては例えば特許文献１に開示されたものがある。この装置においては、三元触媒上流の機関排気通路内に第１空燃比センサが配置され、三元触媒下流の機関排気通路内に第２空燃比センサが配置される。また、触媒上流における空燃比を理論空燃比に対してリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に、又はその逆に切換える空燃比切換手段が設けられる。機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに変化されると、第２空燃比センサにより検出される空燃比が一定時間ΔＴｒ、理論空燃比に維持された後にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに変化する。理論空燃比に対するリッチ空燃比Ａ／Ｆｒの偏差ΔＡ／Ｆｒと、時間ΔＴｒと、吸入空気量との積から三元触媒に吸着保持される酸素の絶対量が求められ、この絶対量から三元触媒の劣化度が検出される。

なお、他の従来技術として、特許文献２には、空燃比をアクティブに制御して空燃比や触媒等の診断を行う装置が開示されており、特許文献３には、内燃機関の加速又は減速運転時に強制変調の振幅を定常運転時に比べて大きくする技術が開示されており、特許文献４には、バルブタイミング調整装置の異常が検出されたときに触媒劣化検出を禁止する技術が開示されている。

特開平５−１３３２６４号公報 特開２００５−３３７０８９号公報 特開２００４−１８３５７９号公報 特開平１１−１９０２３４号公報

ところで、内燃機関が低負荷運転しているとき吸入空気量は少ない状態となっている。このときに、機関負荷が低負荷でないとき（つまり中高負荷であるとき）と同様に空燃比を強制的に大きく切り替えると、特にリーン運転時に燃焼が不安定となり、その結果得られる触媒の酸素吸蔵容量の算出値が真の値から大きくずれ、精度が悪化し、誤判定に至る場合がある。

そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関の負荷が低負荷である場合の触媒酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止することができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比を、所定の中心空燃比から所定のリッチ振幅だけリッチ側であるリッチ空燃比と、前記中心空燃比から所定のリーン振幅だけリーン側であるリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
機関負荷を検出するための負荷検出手段と
を備え、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記負荷検出手段によって検出された機関負荷が低負荷であるとき、その機関負荷が低負荷でないときよりも前記リーン振幅を小さくする
ことを特徴とする。

この第１の発明によれば、機関負荷が低負荷であるときにリーン振幅が減少される。よってリーン運転時の空燃比を中心空燃比に近づけ、燃料噴射量を増量し、燃焼を安定化させることができ、それ故、酸素吸蔵容量の算出値の精度悪化を防止し、触媒劣化の誤判定を防止することができる。

また、第２の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
所定の要求負荷に応じて吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行中、前記要求負荷が低負荷であるとき、前記要求負荷に対応した吸入空気量よりも実際の吸入空気量が増量されるように、前記調節手段を制御する吸入空気量増量制御手段と
を備えることを特徴とする。

この第２の発明によれば、アクティブ空燃比制御の実行中に要求負荷が低負荷であるとき、要求負荷に対応した吸入空気量よりも実際の吸入空気量が増量されるように、調節手段が制御される。よって、リーン運転時に吸入空気量の増量分だけ燃料噴射量を増量することができ、これによって燃焼を安定化し、酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止することができる。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記吸入空気量増量制御手段による吸入空気量の増量時に所定のトルクダウン制御を実行するトルクダウン制御手段をさらに備えることを特徴とする。

吸入空気量が増量されると燃料噴射量も増量されるので、エンジンの発生トルクが高まり、車両においてはドライバが加速感を感じるようになる。この第３の発明によれば、所定のトルクダウン制御が実行されるので、そのトルク上昇及び加速感を打ち消すことができる。

また、第４の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
機関負荷を検出するための負荷検出手段と、
燃焼悪化に関連する所定のパラメータを検出するパラメータ検出手段と
を備え、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記負荷検出手段によって検出された機関負荷が低負荷であり、且つ、前記パラメータ検出手段によって検出されたパラメータの値が燃焼を悪化させるような値であるとき、前記アクティブ空燃比制御を中止する
ことを特徴とする。

低負荷運転時におけるアクティブ空燃比制御の場合、それだけでリーン運転時の燃焼が不安定で、酸素吸蔵容量算出値の精度が悪化する可能性がある。ましてや、燃焼悪化を引き起こすようなさらなる追加要因があると、益々精度が悪化する可能性がある。この第４の発明によれば、燃焼悪化の追加要因があるとき、即ち、燃焼悪化に関連する所定のパラメータが燃焼を悪化させるような値であるとき、アクティブ空燃比制御が中止される。よってそのような信頼性に乏しい値を使用した精度の悪い酸素吸蔵容量の算出や、この算出値を用いた触媒劣化の誤判定を未然に防止することができる。

また、第５の発明は、
前記パラメータが、失火率、機関冷却水温及び大気圧の少なくとも一つであることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関の負荷が低負荷である場合の触媒酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。

内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、Ｏ_２ストレージ機能を有する三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出するための触媒前センサ及び触媒後センサ１７，１８が設置されている。触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した電流信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ_２センサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。

上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、吸気圧を検出する吸気圧センサ１６、スロットルバルブ１０の開度を検出するスロットル開度センサ１９、機関冷却水温を検出する水温センサ２１、外気の大気圧を検出する大気圧センサ２２、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。

特にＥＣＵ２０は、通常のスロットル開度制御において、アクセル開度センサ１５によって検出されたアクセル開度ＡＣに基づいて目標スロットル開度ＴＨｔを定め、スロットル開度センサ１９によって検出されるスロットル開度ＴＨがその目標スロットル開度ＴＨｔに一致するようにスロットルバルブ１０ないしスロットル開度を制御する。これによってスロットル開度は、ドライバによって増減（開閉）されるアクセル開度に応じて増減（開閉）されることとなる。ここでアクセル開度の値は、ドライバが内燃機関に要求する負荷即ち要求負荷の値に相当し、また、スロットルバルブ１０が、アクセル開度（要求負荷）に応じて吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段を構成する。

また、ＥＣＵ２０は、所定のフュエルカット条件が成立したときに内部信号としてのフュエルカット要求信号をフラグ等の形態で発生する。このフュエルカット条件とは、１）スロットル開度センサ１９によって検出されるスロットル開度ＴＨが略全閉であること、２）クランク角センサ１４の出力に基づいて計算されるエンジン回転速度ＮＥがアイドルより若干高い所定速度ＮＥ以上であること、の二条件を満たしたときである。こうしてフュエルカット要求信号が発せられると、ＥＣＵ２０は、インジェクタ１２の通電を停止してフュエルカットを実行する。

触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ）Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、触媒上流側の排気空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓになるように空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比Ａ／Ｆｓに等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量を制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。

ここで、触媒１１についてより詳細に説明する。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で保持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ_２からなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元浄化される。

このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを敢えて理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。

ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。

このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出ないし判定することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、触媒１１が吸蔵し得る酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O_２ Strage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。

以下、本実施形態における触媒の劣化検出について説明する。

本実施形態では、触媒１１の劣化検出の際にＥＣＵ２０によるアクティブ空燃比制御が実行される。ここでアクティブ空燃比制御とは、触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを、所定のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの一方から他方に所定のタイミングで強制的に切り替える制御である。

ここで触媒１１の劣化検出は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が所定の活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度は、直接検出してもよいが、本実施形態の場合それをエンジン運転状態に基づき所定のマップ又は関数を用いて推定するようにしている。触媒１１の劣化検出はエンジンの１運転毎に１回実行され、少なくとも続けて２回、触媒１１が劣化状態にあると判定されたときに警告装置が作動させられる。

図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力はそれぞれ触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒ及び触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒを表す。

図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比としての理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えないし振動に追従するようにして、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。よって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも目標空燃比Ａ／Ｆｔと同様にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとに強制的に且つ交互に切り替えられる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。

図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えば理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。

ところで、目標空燃比Ａ／Ｆｔが切り替えられるタイミングは、触媒後センサ１８の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後センサ１８の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓを境に急変し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより小さいリッチ側の空燃比であるときその出力電圧がリッチ判定値ＶＲ以上となり、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより大きいリーン側の空燃比であるときその出力電圧がリーン判定値ＶＬ以下となる。ここでＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）である。

図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。その後、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値ＶＲに等しくなった時（時刻ｔ２）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

このような空燃比変化を行うアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出され、触媒１１の劣化が判定される。

図３を参照して、時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（ｔ１）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、或いは反転される。このように目標空燃比Ａ／Ｆｔは触媒後センサ１８の出力をトリガにして反転される。

そして今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒１１の下流側にはほぼ理論空燃比Ａ／Ｆｓの排気ガスが流出し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチにならないことから、触媒後センサ１８の出力は反転しない。触媒１１から酸素が放出され続けるとやがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲに達した時点（ｔ２）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほど目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして算出される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積分される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ１即ち放出酸素量が算出される。

ここで、Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰分の空気量を算出できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。

基本的には、この１回で算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ１を用い、これを所定のしきい値（触媒劣化判定しきい値）と比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値を超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、リーン側でも同様に酸素吸蔵容量（この場合酸素吸収量）を算出し、必要に応じてリッチ側とリーン側とで複数回算出を繰り返し、その平均値をしきい値と比較して最終的な劣化判定を行っている。

具体的には、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで積分される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ２即ち吸収酸素量が算出される。前回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と今回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるはずである。こうして複数の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２，・・・ＯＳＣｎ（例えばｎは５以上）が繰り返し算出され、その平均値ＯＣＳａｖが所定のしきい値ＯＳＣｓと比較される。そして、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓを超えていれば触媒１１は正常、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓ以下ならば触媒１１は劣化と判定される。

なお、車両の走行距離等、触媒劣化の進行に相関するパラメータに応じて酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出回数ｎを変化させてもよい。例えば走行距離が比較的少なく明らかに劣化が相当程度進んでいないと想定できる場合はｎを少ない値とし、走行距離が比較的多く劣化が相当程度進んでいる可能性のある場合はｎを多い値とする。

ここで、酸素吸蔵容量ＯＳＣと触媒温度との関係を図５に示す。見られるように、酸素吸蔵容量ＯＳＣは触媒温度が高くなるにつれ大きくなる傾向にある。酸素吸蔵容量ＯＳＣは新品の触媒で最大であり、触媒の劣化が進むにつれ減少してくる。そして、酸素吸蔵容量ＯＳＣがしきい値ＯＳＣｓ以下になった場合、触媒１１は劣化と判定される。

さて、内燃機関がアイドル運転を含めて低負荷運転しているとき、吸入空気量の値は少なくなっている。そしてこのとき、機関負荷が低負荷でないとき（つまり中高負荷であるとき）と同様にアクティブ空燃比制御を実行すると、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒをリーン側に振っている最中であるリーン運転時に、元々吸入空気量が少ないところで燃料噴射量も通常運転時より少なくなっていることから、燃焼が不安定となり、その結果酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣの精度が悪化し、誤判定に至る場合がある。

そこで、このような酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止すべく、本実施形態では前述のアクティブ空燃比制御において以下のような振幅減少制御を実行することとしている。

本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、後述の負荷検出手段により検出される機関負荷に応じて少なくともリーン振幅Ａｌが変更される。そして特に、検出された機関負荷が低負荷のときには、その機関負荷が低負荷でないときよりも少なくともリーン振幅Ａｌが小さくされる。即ち、所謂リーン深さをより浅くする制御を行う。

図６〜図９はこのようなリーン振幅減少制御の第１乃至第４の態様を示す。図中、破線は機関負荷が中負荷又は高負荷である場合の目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化を示し、実線は機関負荷が低負荷である場合の目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化を示す。ここで機関負荷が中高負荷である場合、図３に示した場合と同様に、目標空燃比Ａ／Ｆｔが理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として等しい振幅Ａｒ，Ａｌだけリッチ側又はリーン側に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの間で切り替えられるものとし、これを基準状態とする。なお理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５とする。図示省略するが、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えに追従して実際値或いは触媒前センサ検出値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも同じように切り替わることが容易に理解されよう。

図６に示す第１の態様は、リッチ振幅を基準値Ａｒと等しくする一方、リーン振幅を基準値Ａｌより減少する態様である。即ち、リッチ振幅とリーン振幅との減少量ΔＡｒ、ΔＡｌについてはΔＡｒ＝０，ΔＡｌ＞０となる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態に対し、リーン側のみより小さく振られるようになる。例えばΔＡｌ＝０．２とすることができ、この場合、振幅減少後のリーン空燃比Ａ／Ｆｌｘ＝１４．９となる。

図７に示す第２の態様は、リッチ振幅及びリーン振幅の両方を基準値Ａｒ、Ａｌよりも減少するが、減少後リーン振幅Ａｌｘを減少後リッチ振幅Ａｒｘよりも小さくする態様である（Ａｌｘ＜Ａｒｘ）。減少量ΔＡｒ、ΔＡｌについてはΔＡｒ＜ΔＡｌとなり、減少後のリッチ振幅及びリーン振幅Ａｒｘ、ＡｌｘについてはＡｒｘ＞Ａｌｘとなる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態よりも小さく振られるが、リッチ側よりもリーン側の方が小さく振られるようになる。

図８に示す第３の態様は、リッチ振幅及びリーン振幅の両方を基準値Ａｒ、Ａｌに対し等しく減少する態様である。減少量ΔＡｒ、ΔＡｌについてはΔＡｒ＝ΔＡｌとなり、減少後のリッチ振幅及びリーン振幅についてはＡｒｘ＝Ａｌｘとなる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態よりも小さく振られ、リッチ側及びリーン側において等しい量ずつ小さく振られるようになる。

図９に示す第４の態様は、少なくともリーン振幅Ａｌを１サイクル中で経時的に変化させる態様である。即ち、基準状態ではリーン振幅Ａｌが時間に対し一定であるのに対し、振幅減状態では、減少後リーン振幅Ａｌｘが切替時（ｔ１）に最小とされ、その後徐々に増大されている。図示例では時間に対し一定割合でリーン振幅Ａｌｘが増大されている。この結果、目標空燃比Ａ／Ｆｔの少なくともリーン側の波形は基準状態では矩形であるのに対し、振幅減状態では略鋸歯状となる。

図示例では、図６の第１の態様の如く、リーン振幅Ａｌのみが減少され且つ経時的に変化させられている。しかしながら、図示省略するが、リッチ側振幅Ａｒも図７の第２の態様又は図８の第３の態様の如く減少され、且つ経時的に変化させられてもよいことが理解されよう。

かかる振幅減少制御によれば、低負荷運転時のアクティブ空燃比制御において、特にリーン振幅が基準値より減少され、リーン側の目標空燃比Ａ／Ｆｔが理論空燃比Ａ／Ｆｓに近づけられる。よって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒをリーン側に振っている最中のリーン運転時に、燃料噴射量を相対的に増やすことができ、燃焼を安定化することができる。それ故、酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣの精度悪化を防止し、誤判定を防止することができる。また、逆に言えば、酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣの精度悪化を防止したり誤判定を防止したりできることから、アイドルを含めた低負荷運転時にも劣化検出を実行可能となり、劣化検出の機会をより多く確保することができる。

図１０には、ＥＣＵ２０によって実行される振幅変更制御のフローチャートを示す。まずステップＳ１０１ではアクティブ空燃比制御実行中か否かが判断され、実行中でなければ本フローが終了される。実行中であれば、ステップＳ１０２において、機関負荷が低負荷であるか否か、具体的には負荷率ＫＬが所定のしきい値ＫＬｓ未満であるか否かが判断される。

ここで負荷率ＫＬとは機関負荷を表す値で、次のように計算される。ＥＣＵ２０には、各機関回転速度ＮＥ毎の吸入空気量ＧＡの最大値ＧＡｍａｘ、即ち、アクセル開度ＡＣ及びスロットル開度ＴＨが全開のときの最大吸入空気量ＧＡｍａｘの値がマップ（又は関数）の形式で予め記憶されている。そしてＥＣＵ２０は、エアフローメータ５及びクランク角センサ１４によって検出された実際の吸入空気量ＧＡ及びエンジン回転速度ＮＥの値を取得し、マップから実際のエンジン回転速度ＮＥに対応する最大吸入空気量ＧＡｍａｘの値を取得する。そして、負荷率ＫＬを式：ＫＬ＝ＧＡ／ＧＡｍａｘに基づいて計算する。なおこの場合、ＥＣＵ２０、エアフローメータ５及びクランク角センサ１４によって、機関負荷を検出する負荷検出手段が構成される。

或いは、吸入空気量ＧＡの代わりに燃料噴射量Ｑの値を用いて負荷率ＫＬを算出することもできる。この場合、ＥＣＵ２０には、各機関回転速度ＮＥ毎の燃料噴射量Ｑの最大値Ｑｍａｘ、即ちアクセル開度ＡＣ及びスロットル開度ＴＨが全開のときの最大燃料噴射量Ｑｍａｘの値がマップ（又は関数）の形式で予め記憶されている。そしてＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４によって検出された実際のエンジン回転速度ＮＥと、内部値としての燃料噴射量Ｑとの値を取得し、マップから実際のエンジン回転速度ＮＥに対応する最大燃料噴射量Ｑｍａｘの値を取得する。そして、負荷率ＫＬを式：ＫＬ＝Ｑ／Ｑｍａｘに基づいて計算する。なお、燃料噴射量Ｑは例えば吸入空気量ＧＡ及びエンジン回転速度ＮＥの検出値に基づいて算出される。この場合、ＥＣＵ２０、エアフローメータ５及びクランク角センサ１４によって、機関負荷を検出する負荷検出手段が構成される。

こうして算出された負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ以上である場合、即ち機関負荷が中高負荷である場合、ステップＳ１０４においてリッチ振幅及びリーン振幅は基準値Ａｒ、Ａｌに設定される。他方、負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ未満である場合、即ち機関負荷が低負荷である場合、ステップＳ１０３において、リーン振幅のみを減少する（例えば図６に示した第１の態様の場合）か、又はリッチ振幅及びリーン振幅の両方を減少する（例えば図７、図８に示した第２、第３の態様の場合）。

機関負荷が低負荷である場合のリーン振幅の減少量ΔＡｌは、一定値（例えばΔＡｌ＝０．２）としてもよいし、機関負荷に応じて変化させてもよい。例えば、図１１に示すようなマップ又は関数に従って、負荷率ＫＬの減少につれリーン振幅Ａｌが減少するように設定してもよい。負荷率ＫＬに対するリーン振幅Ａｌの変化の仕方は図示するような連続状の形態であっても、ステップ状の形態であってもよい。この点はリッチ振幅及びその減少量についても同様である。

次に、機関負荷が低負荷である場合の目標空燃比の算出方法を説明する。その第１の態様は、所定の基準値に所定のオフセット値を加減算して最終的な目標空燃比の値を算出する態様である。リーン側の目標空燃比は基準値からオフセット値を減算して算出され、リッチ側の目標空燃比は基準値にオフセット値を加算して算出される。

例えば図１２に示すように、負荷率ＫＬの減少につれ増大するようなオフセット値ＯＦがマップ（関数でもよい）の形態でＥＣＵ２０に記憶される。そして、図１０のステップＳ１０２で算出されるような実際の負荷率ＫＬに対応したオフセット値ＯＦがマップから取得される。振幅減少後のリーン側目標空燃比の値即ちリーン空燃比Ａ／Ｆｌｘは、基準値（例えば中高負荷時の基準空燃比Ａ／Ｆｌ）からオフセット値ＯＦ（即ち振幅減少量ΔＡｌ）を減算して算出される。これによりリーン空燃比Ａ／Ｆｌｘは低負荷であるほど理論空燃比Ａ／Ｆｓに近づけられる。なお、振幅減少後のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒｘは、基準値（例えば中高負荷時の基準空燃比Ａ／Ｆｒ）にオフセット値ＯＦ（即ち振幅減少量ΔＡｒ）を加算して算出される。

低負荷時の目標空燃比算出の第２の態様は、所定の基準値に所定の係数を乗算することにより最終的な目標空燃比の値を算出する態様である。例えば図１３に示すように、負荷率ＫＬの減少につれ、１に対し減少するような係数Ｂがマップ（関数でもよい）の形態でＥＣＵ２０に記憶される。そして、図１０のステップＳ１０２で算出されるような実際の負荷率ＫＬに対応した係数Ｂがマップから取得される。振幅減少後のリーン側目標空燃比の値即ちリーン空燃比Ａ／Ｆｌｘは、基準値（例えば中高負荷時の基準空燃比Ａ／Ｆｌ）に係数Ｂを乗算して算出される。これによりリーン空燃比Ａ／Ｆｌｘは低負荷であるほど理論空燃比Ａ／Ｆｓに近づけられる。なお、振幅減少後のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒｘも同様に算出されるが、このときは負荷率ＫＬの減少につれ、１に対し増大するような係数Ｂを予め定める。

なお、第１の態様において図１２に示されたようなマップをリッチ側とリーン側とで別々に用意し、同一の負荷率ＫＬに対して、オフセット値ＯＦを異ならせ、図７に示したようにリッチ側とリーン側とで振幅を変えるようにしてもよい。同様に、第２の態様において、図７に示したような異なるリッチ側振幅及びリーン側振幅となるように、図１３に示したマップ上の係数Ｂをリッチ側とリーン側とで異ならせてもよい。これら第１及び第２の態様は、図９に示したような振幅を徐々に変化させる場合にも適用可能である。この場合、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替え時（ｔ１，ｔ２）の最初の目標空燃比Ａ／Ｆｔの算出に、前記第１及び第２の態様を適用することができる。

ところで、このような低負荷時のリーン振幅減少制御は次のような本実施形態の制御にも適用可能である。即ち、本実施形態では、フュエルカット時は排気空燃比が著しくリーンとなるため、アクティブ空燃比制御が実行中であってもそれが原則中断される。その一方で、アクティブ空燃比制御が中断されると触媒劣化検出の機会が失われることから、その機会をできるだけ確保するため、アクティブ空燃比制御実行中にフュエルカット要求があったときは、フュエルカットを遅れて実行させるようにしている。そうするとその遅延時間分だけアクティブ空燃比制御を継続し、触媒劣化検出の機会を確保できるようになる。

これの具体例を以下に説明する。図１４において、（Ａ）は、既述したようなＥＣＵ２０内部で発生されるフュエルカット要求信号の発生状態を示し、未発生がオフ、発生がオンである。（Ｂ）はフュエルカットの実行状態を示し、非実行がオフ、実行がオンである。（Ｂ）において実線はアクティブ空燃比制御実行中でない場合、破線はアクティブ空燃比制御実行中である場合を示す。

（Ｂ）に示されるように、アクティブ空燃比制御実行中にフュエルカット要求信号が発生されたとき（破線）は、アクティブ空燃比制御実行中でないときにフュエルカット要求信号が発生されたとき（実線）に比べ、フュエルカットが遅れて実行ないし開始される。このようにフュエルカットを遅延（ディレイ）させれば、その遅延時間Δｔの間にアクセルが踏まれ、フュエルカット要求信号がオフする可能性がある。またたとえフュエルカット要求信号がオフしなかったとしても、遅延時間Δｔ分だけアクティブ空燃比制御を継続することができる。よってアクティブ空燃比制御の中断の頻度を減少し、触媒劣化検出の機会をより多く確保することが可能になる。

このようなフュエルカットディレイは、ＥＣＵ２０に内蔵のタイマを用いて実施することも可能であるが、本実施形態では次のような手法が採られている。

即ち、本実施形態ではフュエルカット要求信号オンからフュエルカット実行までの間に、トルクショック抑制のための点火時期遅角制御が実行される。図５（Ｃ）は点火時期の変化を示し、実線がアクティブ空燃比制御実行中でない場合、破線がアクティブ空燃比制御実行中である場合である。

アクティブ空燃比制御実行中でない場合（実線）、フュエルカット要求信号がオンされた時（ｔ０）から、点火時期が所定速度で所定の遅角量ΔＩＧになるまで遅角される。そして遅角量がその所定遅角量ΔＩＧに達した時（ｔ１）、フュエルカットが実行される。

一方、アクティブ空燃比制御実行中である場合（破線）は、点火時期が所定遅角量ΔＩＧまで遅角されるときの遅角速度が遅くされる。よって遅角量が所定遅角量ΔＩＧに達するまでの時間が長くなり（ｔ１→ｔ１’、ｔ１’−ｔ１＝Δｔ）、結果的にフュエルカットはディレイされる。

なお、いずれの場合においても、遅角量が所定遅角量ΔＩＧに達した後は、より速い速度で点火時期が進角され、遅角量がゼロに戻される。もっともこのときはフュエルカット中なので、実際の点火は行われず、あくまで点火時期の目標値が元の値に戻されるだけである。このときの進角速度は、アクティブ空燃比制御実行中のときの進角速度をアクティブ空燃比制御実行中でないときの進角速度と異ならせてもよく、例えば前者を後者より遅くしてもよい。

図１５にはＥＣＵ２０によって実行される点火時期遅角制御のフローチャートを示す。まずステップＳ２０１において、フュエルカット要求信号が発生（オン）しているか否かが判断され、発生していないと判断された場合、本フローが終了され、発生していると判断された場合、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２においては、アクティブ空燃比制御実行中か否かが判断される。実行中でないと判断された場合、ステップＳ２０３において遅角速度が所定の基準値に設定され、実行中であると判断された場合、ステップＳ２０４において遅角速度が基準値より低速の所定値に設定される。ステップＳ２０３、Ｓ２０４の後はステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０３、Ｓ２０４で設定された遅角速度で点火時期の遅角が実行される。

ところで、フュエルカット要求信号がオンで且つフュエルカットされていないときとは、アクセル開度ＡＣ及びスロットル開度ＴＨが略全閉であって、低負荷運転されているときである。このフュエルカット遅延制御のおかげで検出機会は確保されるが、その一方でフュエルカットされずに低負荷運転する時間も長くなる。上述のようなリーン振幅減少制御によれば、フュエルカットされないで低負荷運転しているときにも、その間中常に燃焼を安定化させることができ、その間に算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣの値についても精度を確保することができる。

なお、以上の説明で理解されるように、本実施形態には次のような構成が具備される。
・所定のフュエルカット条件が成立したときにフュエルカット要求信号を発生する信号発生手段。
・信号発生手段によりフュエルカット要求信号が発生されたときフュエルカットを実行するフュエルカット実行手段。ここでフュエルカット実行手段は、アクティブ空燃比制御の実行中にフュエルカット要求信号が発生されたとき、アクティブ空燃比制御が実行中でないときにフュエルカット要求信号が発生されたときに比べ、フュエルカットを遅れて実行する。
・前記信号発生手段によりフュエルカット要求信号が発生されたとき、点火時期を所定速度で所定の遅角量になるまで遅角する遅角制御手段。ここで前記フュエルカット実行手段は、遅角制御手段による点火時期の遅角量が前記所定遅角量に達したときにフュエルカットを実行し、前記遅角制御手段は、アクティブ空燃比制御の実行中にフュエルカット要求信号が発生されたとき、アクティブ空燃比制御が実行中でないときにフュエルカット要求信号が発生されたときに比べ、点火時期の遅角速度を遅くする。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。前記実施形態では低負荷運転時における酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止するため、アクティブ空燃比制御のリーン振幅を減少する手法を採った。これに対し、本実施形態では、吸入空気量を強制的に増量する手法を採用する。

図１６にはＥＣＵ２０によって実行される吸入空気量増量制御のフローチャートを示す。図示されるステップＳ３０１，Ｓ３０２は図１０に示したようなステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様であるので説明を省略する。但し、ステップＳ３０２において、負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ以上であると判断された場合は本フローが直ちに終了される。

他方、ステップＳ３０２において、負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ未満、つまり低負荷運転であると判断された場合は、ステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３においては吸入空気量が強制的に増量される。即ち、本実施形態の基本制御においては、スロットル開度ＴＨがアクセル開度ＡＣに対応した値となるように制御されるが、このステップＳ３０３においては、スロットル開度ＴＨが、アクセル開度ＡＣに対応した値よりも所定値だけ大きい値（開側の値）となるように制御される。これにより実際の吸入空気量は、要求負荷（アクセル開度）に対応した吸入空気量よりも増量されることになる。なおここでのスロットル開度及び吸入空気量の増加量は、エンジンの発生トルクの大きさをあまり変えぬような僅かな量とされる。

こうなると、目標空燃比が同一に保たれるので、吸入空気量が増加した分だけ燃料噴射量が増加される。よって燃焼を安定化し、酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止することができる。

ところで、このように吸入空気量が要求負荷から離れて強制的に増量されると、僅かではあるがエンジンの発生トルクが上昇し、車両においてはドライバが加速感を感じるようになる。そこでこのトルク上昇及び加速感を打ち消すために、ステップＳ３０３の後のステップＳ３０４においては次のようなトルクダウン制御が実行される。

このトルクダウン制御の第１の態様として、点火時期の遅角制御が実行される。これにより、吸入空気量増量によるトルク増加と点火遅角によるトルク減少とを相殺し、実際の発生トルクの上昇及び加速感の発生を防止することができる。

また、トルクダウン制御の第２の態様として、電気負荷の増大制御が実行されてもよい。即ち、例えば、点火プラグ７に高電圧を供給するプラグコイルへの電力エネルギを増加する、バッテリへの充電量を増加する、ラジエータファンを起動させる、等の制御を実行する。電気負荷が増すと、エンジンに駆動されるオルタネータの発電量が増加し、その分、エンジントルクを減少させることができる。よって吸入空気量増量によるトルク増加を打ち消すことができ、発生トルクの上昇及び加速感の発生を防止することができる。なお、電気負荷としてはそれが増大されてもドライバが感知しないものが好ましい。ステップＳ３０４の実行によって本フローが終了される。

次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。本実施形態では、低負荷運転時における酸素吸蔵容量算出値の精度悪化や触媒劣化の誤判定を防止するため、低負荷運転であることに加え、燃焼悪化を引き起こすようなさらなる追加要因があるような場合はアクティブ空燃比制御を中止する。

図１７にはＥＣＵ２０によって実行されるアクティブ空燃比制御中止処理のフローチャートを示す。図示されるステップＳ４０１，Ｓ４０２は図１０に示したようなステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様であるので説明を省略する。但し、ステップＳ４０２において、負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ以上であると判断された場合は本フローが直ちに終了される。

他方、ステップＳ４０２において、負荷率ＫＬがしきい値ＫＬｓ未満、つまり低負荷運転であると判断された場合は、ステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３においては
燃焼を悪化させるような追加要因があるか否かが判定される。具体的には、燃焼悪化に関連する所定のパラメータが検出又は取得されると共に、このパラメータの値が燃焼を悪化させるような値であるか否かが判定される。

かかるパラメータは例えば失火率である。失火率とは、例えば、所定期間内における点火回数Ｎｔと失火回数Ｎｓとの比Ｒｓ＝Ｎｓ／Ｎｔで表される。ここで失火検出は次のように実行される。即ち、ＥＣＵ２０は、触媒劣化検出開始時点から現時点までの期間において、任意の気筒が爆発行程に移行する度に、同気筒の爆発行程中にてクランク軸が一定クランク角度回転するのに要する経過時間を検出し、その検出した複数の経過時間のうちの所定の２つの経過時間の偏差が所定値を超えていれば、失火が発生したと判定し、逆に、経過時間の偏差が所定値を超えていなければ、失火が発生していないと判定する。こうしてＥＣＵ２０は、触媒劣化検出開始時点から現時点までの期間内の点火回数Ｎｔと失火回数Ｎｓとをカウントし、失火率Ｒｓを算出する。そしてこの失火率Ｒｓを所定のしきい値Ｒｓｓと比較し、失火率Ｒｓがしきい値Ｒｓｓ以上なら燃焼悪化の追加要因あり、失火率Ｒｓがしきい値Ｒｓｓ未満なら燃焼悪化の追加要因なしと判定する。なおここではクランク角センサ１４及びＥＣＵ２０によってパラメータ検出手段が構成される。

このほか、パラメータは大気圧Ｐａであってもよい。例えば気象状況に基づく低気圧や車両の高地走行では大気圧Ｐａが低下し、燃焼が悪化するからである。この場合、ＥＣＵ２０は、大気圧センサ２２によって検出された大気圧Ｐａの値を所定のしきい値Ｐａｓと比較し、大気圧Ｐａがしきい値Ｐａｓ以下なら燃焼悪化の追加要因あり、大気圧Ｐａがしきい値Ｐａｓを超えていたら燃焼悪化の追加要因なしと判定する。ここでは大気圧センサ２２によってパラメータ検出手段が構成される。

パラメータはエンジン冷却水温Ｔｗであってもよい。水温Ｔｗが低い、即ち筒内温度が低いと燃焼が悪化するからである。この状況は例えば、触媒温度がそれほど高くない領域から、仮に暖機中であっても、触媒劣化検出を行うという条件設定をしたときに、その水温のしきい値温度より僅かに高温側で触媒劣化検出を行った場合などに想定し得る。この場合、ＥＣＵ２０は、水温センサ２１によって検出された水温Ｔｗの値を所定のしきい値Ｔｗｓと比較し、水温Ｔｗがしきい値Ｔｗｓ以下なら燃焼悪化の追加要因あり、水温Ｔｗがしきい値Ｔｗｓを超えていたら燃焼悪化の追加要因なしと判定する。ここでは水温センサ２１によってパラメータ検出手段が構成される。

こうして、ステップＳ４０３において燃焼悪化の追加要因ありと判定されたときは、ステップＳ４０４でアクティブ空燃比制御が中止され、本フローが終了される。他方、ステップＳ４０３において燃焼悪化の追加要因なしと判定されたときは、直ちに本フローが終了され、アクティブ空燃比制御は中止されず続行される。

前述したように、低負荷運転時におけるアクティブ空燃比制御の場合、それだけでリーン運転時の燃焼が不安定で、酸素吸蔵容量算出値の精度が悪い場合がある。それに加えて、燃焼悪化を引き起こすようなさらなる追加要因があると、益々精度が悪化し、真の値から著しくずれた値となる可能性がある。本実施形態によれば、燃焼悪化の追加要因があるときにはアクティブ空燃比制御が中止されるので、そのような信頼性に乏しい値を使用した誤判定、誤検出を未然に防止することができる。

なお、上述の実施形態においては、ＥＣＵ２０及びインジェクタ１２によってアクティブ空燃比制御手段が構成される。また、触媒前センサ１７によって、触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段が構成され、触媒後センサ１８によって、触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後空燃比検出手段が構成される。触媒後センサ１８として、触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを用いることも可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート（吸気通路）噴射式或いは両噴射方式を兼ね備えるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本実施形態の構成を示す概略図である。 触媒の構成を示す概略断面図である。 アクティブ空燃比制御の基本を説明するためのタイムチャートである。 図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の算出方法を説明するための図である。 酸素吸蔵容量と触媒温度との関係を示すグラフであり、触媒劣化判定方法を説明するための図である。 振幅変更制御の第１の態様を示すタイムチャートである。 振幅変更制御の第２の態様を示すタイムチャートである。 振幅変更制御の第３の態様を示すタイムチャートである。 振幅変更制御の第４の態様を示すタイムチャートである。 振幅変更制御のフローチャートである。 負荷率とリーン振幅との関係を定めたマップである。 負荷率とオフセット値との関係を定めたマップである。 負荷率と係数との関係を定めたマップである。 フュエルカットディレイ制御を説明するためのタイムチャートである。 点火時期遅角制御のフローチャートである。 吸入空気量増量制御のタイムチャートである。 アクティブ空燃比制御中止処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
７ 点火プラグ
１０ スロットルバルブ
１１ 触媒
１２ インジェクタ
１５ アクセル開度センサ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
１９ スロットル開度センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ 水温センサ
２２ 大気圧センサ
Ａ／Ｆ 空燃比
Ａ／Ｆｆｒ 触媒前空燃比
Ａ／Ｆｒｒ 触媒後空燃比
Ａ／Ｆｔ 目標空燃比
Ａ／Ｆｓ 理論空燃比
Ａ／Ｆｒ リッチ空燃比
Ａ／Ｆｌ リーン空燃比
Ａ／Ｆｒｘ 振幅減少後のリッチ空燃比
Ａ／Ｆｌｘ 振幅減少後のリーン空燃比
Ａｒ リッチ振幅
Ａｌ リーン振幅
Ａｒｘ 振幅減少後のリッチ振幅
Ａｌｘ 振幅減少後のリーン振幅
ΔＡｒ リッチ振幅減少量
ΔＡｌ リーン振幅減少量
ＯＳＣ 触媒の酸素吸蔵容量
ＯＳＣｓ 劣化判定しきい値
ＧＡ 吸入空気量
ＴＨ スロットル開度
ＫＬ 負荷率
ＫＬｓ 負荷率のしきい値
ＡＣ アクセル開度
Ｔｗ 水温
Ｐａ 大気圧

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   触媒上流側の排気空燃比を、所定の中心空燃比から所定のリッチ振幅だけリッチ側であるリッチ空燃比と、前記中心空燃比から所定のリーン振幅だけリーン側であるリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
   機関負荷を検出するための負荷検出手段と
   を備え、
   前記アクティブ空燃比制御手段は、前記負荷検出手段によって検出された機関負荷が低負荷であるとき、その機関負荷が低負荷でないときよりも前記リーン振幅を小さくする
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
2. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   触媒上流側の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
   所定の要求負荷に応じて吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段と、
   前記アクティブ空燃比制御の実行中、前記要求負荷が低負荷であるとき、前記要求負荷に対応した吸入空気量よりも実際の吸入空気量が増量されるように、前記調節手段を制御する吸入空気量増量制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
3. 前記吸入空気量増量制御手段による吸入空気量の増量時に所定のトルクダウン制御を実行するトルクダウン制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
4. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   触媒上流側の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
   機関負荷を検出するための負荷検出手段と、
   燃焼悪化に関連する所定のパラメータを検出するパラメータ検出手段と
   を備え、
   前記アクティブ空燃比制御手段は、前記負荷検出手段によって検出された機関負荷が低負荷であり、且つ、前記パラメータ検出手段によって検出されたパラメータの値が燃焼を悪化させるような値であるとき、前記アクティブ空燃比制御を中止する
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
5. 前記パラメータが、失火率、機関冷却水温及び大気圧の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
   

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