JP2008045427A - Catalyst deterioration detecting device of internal combustion engine - Google Patents

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JP2008045427A JP2006219503A JP2006219503A JP2008045427A JP 2008045427 A JP2008045427 A JP 2008045427A JP 2006219503 A JP2006219503 A JP 2006219503A JP 2006219503 A JP2006219503 A JP 2006219503A JP 2008045427 A JP2008045427 A JP 2008045427A
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光壱 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent erroneous detection caused by operation of a variable valve gear. <P>SOLUTION: This internal combustion engine has the variable valve gear in an intake-exhaust system. The device detects the deterioration in a catalyst arranged in its exhaust passage, and has a means for performing active air-fuel ratio control for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio on the catalyst upstream side to the other from one of the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio, a means (S102) determining whether or not the operation timing of an intake valve and an exhaust valve falls within a predetermined mask area, and a means (S103) prohibiting the active air-fuel ratio control when determining that the operation timing falls within the mask area. The erroneous detection based on an unstable oxygen storage capacity calculating value can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a catalyst deterioration detection device that detects deterioration of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

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運転条件により混合気がリッチ側又はリーン側に振れてしまっても、触媒表面は理論空燃比に保たれ、三元触媒のもつO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。 Generally, in an internal combustion engine, a catalyst is disposed in an exhaust passage in order to purify exhaust gas. Such a catalyst, for example, a three-way catalyst, adsorbs and holds excess oxygen present in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio becomes lean. When the air-fuel ratio of the gas becomes smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio becomes rich, it has an O 2 storage function for releasing the adsorbed oxygen. Accordingly, during the normal operation of the internal combustion engine, even if the air-fuel mixture by the operating conditions around the stoichiometric air-fuel ratio is gone swing to the rich side or the lean side, the catalyst surface is kept to the stoichiometric air-fuel ratio, O 2 having a three-way catalyst Due to the storage function, when the air-fuel mixture becomes lean, excess oxygen is adsorbed and held by the catalyst, so NOx is reduced. When the air-fuel mixture becomes rich, oxygen adsorbed and held by the catalyst is released. HC and CO are oxidized, so that NOx, HC and CO can be simultaneously purified.

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、空燃比が理論空燃比を中心として制御されるためリッチ側又はリーン側に交互に振れてしまっても、それによってNOx,HCおよびCOを同時に低減されるようになっている。   Therefore, an air-fuel ratio sensor for detecting the exhaust air-fuel ratio is disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst, and when the exhaust air-fuel ratio becomes lean, the fuel supply amount is increased, and when the exhaust air-fuel ratio becomes rich By reducing the fuel supply amount, the air-fuel ratio is controlled around the stoichiometric air-fuel ratio, so that even if the fuel is alternately swung to the rich side or the lean side, NOx, HC and CO can be reduced simultaneously. It has become.

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ストレージ機能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、O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。 By the way, when the three-way catalyst deteriorates, the exhaust gas purification rate decreases. There is a correlation between the degree of deterioration of the three-way catalyst and the degree of reduction of the O 2 storage function because they are reactions through noble metals. Therefore, it is possible to detect that the catalyst has deteriorated by detecting that the O 2 storage function has deteriorated.

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。この装置は、内燃機関の排気通路に直列に配置された上流触媒と下流触媒のうち下流触媒の異常を判定するものである。上流触媒と下流触媒との間の触媒間空燃比を検出する触媒間センサと、下流触媒の下流の触媒後空燃比を検出する触媒後センサとが設けられる。触媒後センサの出力のリッチからリーンへの又はその逆への切り替えに応じて上流触媒の上流の触媒前空燃比をリーンからリッチへ又はその逆へと切り替えるアクティブ空燃比制御が実行される。そしてこのアクティブ空燃比制御の実行中に下流触媒の酸素吸蔵容量が算出され、この算出値に基づいて下流触媒の異常が判定される。   As an apparatus for detecting catalyst deterioration based on such a principle, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. This apparatus determines an abnormality of the downstream catalyst among the upstream catalyst and the downstream catalyst arranged in series in the exhaust passage of the internal combustion engine. An inter-catalyst sensor that detects an inter-catalyst air-fuel ratio between the upstream catalyst and the downstream catalyst, and a post-catalyst sensor that detects a post-catalyst air-fuel ratio downstream of the downstream catalyst are provided. Active air-fuel ratio control is performed in which the pre-catalyst air-fuel ratio upstream of the upstream catalyst is switched from lean to rich or vice versa in response to switching of the output of the post-catalyst sensor from rich to lean or vice versa. During the execution of this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity of the downstream catalyst is calculated, and abnormality of the downstream catalyst is determined based on this calculated value.

なお、他の従来技術として、例えば特許文献2には、機関負荷の変動が大であるとき触媒手段の劣化検出を禁止することが開示されている。また特許文献3には、バルブタイミング切換機構が異常であるときに触媒手段の劣化検出を禁止することが開示されている。また特許文献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ことが開示されている。また特許文献5には、吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方を可変制御する内燃機関の制御装置において、排気浄化触媒の劣化判定時には、そうでないときに比して、吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方を増大させる技術が開示されている。   As another prior art, for example, Patent Document 2 discloses that the deterioration detection of the catalyst means is prohibited when the engine load fluctuates greatly. Patent Document 3 discloses that the deterioration detection of the catalyst means is prohibited when the valve timing switching mechanism is abnormal. Further, Patent Document 4 discloses that catalyst deterioration detection is prohibited when an abnormality of the valve timing adjusting device is detected. Further, in Patent Document 5, in the control device for an internal combustion engine that variably controls at least one of the maximum lift amount and the operating angle of the intake valve, the maximum value of the intake valve is determined when the deterioration of the exhaust purification catalyst is judged as compared to when it is not. A technique for increasing at least one of a lift amount and a working angle is disclosed.

特開2004−176615号公報JP 2004-176615 A 特開平9−41952号公報JP-A-9-41952 特開平6−42338号公報JP-A-6-42338 特開平11−190234号公報JP 11-190234 A 特開2006−37841号公報JP 2006-37841 A

ところで、内燃機関において、吸気弁(又は排気弁)の作動タイミングやリフトを変更可能とする可変動弁装置が設けられる場合がある。この場合、可変動弁装置によって吸気弁の作動タイミングやリフトが変更される結果、排気ガスの組成が変化し、この組成変化が酸素吸蔵容量の算出値に影響することがある。そしてその酸素吸蔵容量算出値が不安定にバラつき、誤判定、誤検出の原因ともなる虞がある。   By the way, in an internal combustion engine, there may be provided a variable valve operating device that can change the operation timing and lift of the intake valve (or exhaust valve). In this case, as a result of changing the operation timing and lift of the intake valve by the variable valve operating apparatus, the composition of the exhaust gas changes, and this composition change may affect the calculated value of the oxygen storage capacity. The calculated value of oxygen storage capacity varies in an unstable manner, which may cause erroneous determination and erroneous detection.

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、可変動弁装置の作動に起因する誤検出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。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine that can prevent erroneous detection due to the operation of a variable valve device. is there.

上記目的を達成するため、第1の発明は、
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が、所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が所定範囲内にあると判定されたとき、前記アクティブ空燃比制御を実行中に中止若しくは中断させるか、又は前記アクティブ空燃比制御を実行前に禁止させるアクティブ空燃比制御停止手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
Determining means for determining whether at least one of an operation timing and a lift of at least one of an intake valve and an exhaust valve related to the variable valve operating device is within a predetermined range;
When the determination means determines that at least one of the operation timing and the lift is within a predetermined range, the active air-fuel ratio control is stopped or interrupted during execution, or before the active air-fuel ratio control is executed. And an active air-fuel ratio control stopping means for prohibiting.

また、第2の発明は、
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記アクティブ空燃比制御の実行中に前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が、所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段による酸素吸蔵容量の算出中に、前記判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が所定範囲内にあると判定されたとき、その算出された酸素吸蔵容量の値を無効化する無効化手段と
を備えたことを特徴とする。
In addition, the second invention,
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
A storage capacity calculating means for calculating an oxygen storage capacity of the catalyst during execution of the active air-fuel ratio control;
Determining means for determining whether at least one of an operation timing and a lift of at least one of an intake valve and an exhaust valve related to the variable valve operating device is within a predetermined range;
When the determination means determines that at least one of the operation timing and the lift is within a predetermined range during the calculation of the oxygen storage capacity by the storage capacity calculation means, the calculated oxygen storage capacity value is invalidated. And an invalidating means for converting to the above.

また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記所定範囲が、前記吸気弁の作動タイミングが比較的進角側となる所定範囲であるか、又は前記排気弁の作動タイミングが比較的遅角側となる所定範囲であることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The predetermined range is a predetermined range in which the operation timing of the intake valve is relatively advanced, or a predetermined range in which the operation timing of the exhaust valve is relatively retarded.

また、第4の発明は、
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたか否かを判定する過渡判定手段と、
前記過渡判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が所定値を超えたと判定されたとき、前記アクティブ空燃比制御を実行中に中止若しくは中断させるか、又は前記アクティブ空燃比制御を実行前に禁止させる過渡時アクティブ空燃比制御停止手段と
を備えたことを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
Transient determination means for determining whether or not the change speed of at least one of the operation timing and the lift of at least one of the intake valve and the exhaust valve related to the variable valve operating system exceeds a predetermined value;
When it is determined by the transient determination means that the change speed of at least one of the operation timing and the lift exceeds a predetermined value, the active air-fuel ratio control is stopped or interrupted during execution, or the active air-fuel ratio control is performed. And a transient active air-fuel ratio control stop means for prohibiting before execution.

また、第5の発明は、
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記アクティブ空燃比制御の実行中に前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたか否かを判定する過渡判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段による酸素吸蔵容量の算出中に、前記過渡判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたと判定されたとき、その算出された酸素吸蔵容量の値を無効化する過渡時無効化手段と
を備えたことを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
A storage capacity calculating means for calculating an oxygen storage capacity of the catalyst during execution of the active air-fuel ratio control;
Transient determination means for determining whether or not the change speed of at least one of the operation timing and the lift of at least one of the intake valve and the exhaust valve related to the variable valve operating system exceeds a predetermined value;
During the calculation of the oxygen storage capacity by the storage capacity calculation means, when the transition determination means determines that the change speed of at least one of the operation timing and the lift exceeds a predetermined value, the calculated oxygen storage capacity And a transient invalidating means for invalidating the value of.

本発明によれば、可変動弁装置の作動に起因する誤検出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。   According to the present invention, an excellent effect is exhibited that it is possible to prevent erroneous detection caused by the operation of the variable valve operating apparatus.

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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. To do. The internal combustion engine 1 is a vehicular multi-cylinder engine (only one cylinder is shown), and is a spark ignition type internal combustion engine, more specifically, a gasoline engine.

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。ここで可変動弁装置として、吸気弁Vi及び排気弁Veにはそれぞれ可変バルブタイミング機構(以下「VVT」と称し、吸気側VVTを「VVTi」、排気側VVTを「VVTe」と称す)21、22が付設され、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングが可変となっている。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。   In the cylinder head of the internal combustion engine 1, an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port are provided for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). Here, as the variable valve operating device, each of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve has a variable valve timing mechanism (hereinafter referred to as “VVT”, the intake side VVT is referred to as “VVTi”, and the exhaust side VVT is referred to as “VVTe”) 21, 22 is attached, and the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is variable. A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder. Further, an injector (fuel injection valve) 12 is disposed in the cylinder head for each cylinder so that fuel is directly injected into the combustion chamber 3. The piston 4 is configured as a so-called deep dish top surface type, and a concave portion 4a is formed on the upper surface thereof. In the internal combustion engine 1, fuel is directly injected from the injector 12 toward the concave portion 4 a of the piston 4 in a state where air is sucked into the combustion chamber 3. As a result, a layer of a mixture of fuel and air is formed (stratified) in the vicinity of the spark plug 7 and separated from the surrounding air layer, and stable stratified combustion is executed.

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。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 serving as an intake air collecting chamber via a branch pipe for each cylinder. An intake pipe 13 that forms an intake manifold passage is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. An air flow meter 5 for detecting the intake air amount and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in the intake pipe 13 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

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。 On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust pipe 6 forming an exhaust collecting passage through a branch pipe for each cylinder, and a catalyst 11 made of a three-way catalyst having an O 2 storage function is connected to the exhaust pipe 6. It is attached. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the branch pipe, and the exhaust pipe 6. Pre-catalyst sensors and post-catalyst sensors 17 and 18 for detecting the exhaust air-fuel ratio are installed on the upstream side and the downstream side of the catalyst 11, respectively. The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-area air-fuel ratio sensor, can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide area, and outputs a current signal proportional to the air-fuel ratio. On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic that the output voltage changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12、VVTi21及びVVTe22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、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、VVTi21及びVVTe22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、吸気弁Viの開閉タイミング、排気弁Veの開閉タイミング等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。   The above-described spark plug 7, throttle valve 10, injector 12, VVTi21, VVTe22, and the like are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1 and an accelerator that detects the accelerator opening, as shown in the figure. An opening sensor 15, an intake pressure sensor 16 for detecting the intake pressure, a throttle opening sensor 19 for detecting the opening of the throttle valve 10, and other various sensors are electrically connected via an A / D converter (not shown). Has been. The ECU 20 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, the VVTi 21, the VVTe 22, and the like so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection The timing, throttle opening, intake valve Vi opening / closing timing, exhaust valve Ve opening / closing timing, and the like are controlled. The throttle opening is normally controlled to an opening corresponding to the accelerator opening.

VVTi21及びVVTe22は同様の構成であり、ここでは吸気側のVVTi21のみ代表して説明する。VVTi21は、クランク角に対する吸気カムシャフトの角度(カム角)を相対的に進角又は遅角させ、これにより、全気筒の吸気弁Viの作用角を一定に保ったまま、開閉時期を一斉に且つ同量ずつ進角又は遅角させるものである。吸気弁Viのリフト(1リフト当たりの最大リフト量)は変化しない。VVTi21の詳細な構成は、例えば特開平8−218823号公報に開示されたものと同様である。VVTi21にはカム角を検出するカム角センサが設けられ、カム角センサの出力はECU20に送られる。ECU20は、エンジン運転状態(例えば回転速度NE及び負荷率KL)に基づいてカム角の目標値を設定し、カム角センサにより検出される実際のカム角が目標値に一致するようにVVTi21を制御する。ECU20は、各カム角に対応する吸気弁Viの作動タイミング即ち開閉タイミングを算出可能である。   VVTi21 and VVTe22 have the same configuration, and only VVTi21 on the intake side will be described as a representative here. The VVTi 21 advances or retards the angle of the intake camshaft relative to the crank angle (cam angle), thereby simultaneously opening and closing the operation angles of the intake valves Vi of all the cylinders. In addition, the angle is advanced or retarded by the same amount. The lift of the intake valve Vi (maximum lift amount per lift) does not change. The detailed configuration of the VVTi 21 is the same as that disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-218823. The VVTi 21 is provided with a cam angle sensor that detects the cam angle, and the output of the cam angle sensor is sent to the ECU 20. The ECU 20 sets a target value of the cam angle based on the engine operating state (for example, the rotational speed NE and the load factor KL), and controls the VVTi 21 so that the actual cam angle detected by the cam angle sensor matches the target value. To do. The ECU 20 can calculate the operation timing of the intake valve Vi corresponding to each cam angle, that is, the opening / closing timing.

吸気弁Viの開閉タイミングは例えば図6に示すように変更可能である。即ち、クランク角に対するカム角の相対位置をVVTi位置ivtと称すると、吸気弁Viの開タイミングは、VVTi位置ivtが最も遅角側の基準位置(ivt=0)にあるときのθo1から、VVTi位置ivtが最も進角側の最大進角位置(ivt=ivt0)にあるときのθo2まで、変更可能である。この開タイミングの変更に合わせて閉タイミングもθc1からθc2まで変更可能である。但し開タイミングから閉タイミングまでの間の角度である作用角Δθと、1リフト当たりの最大リフト量とは一定である。なおVVTi位置ivtはクランク角センサ14とカム角センサとの検出値から算出される。   The opening / closing timing of the intake valve Vi can be changed as shown in FIG. 6, for example. That is, when the relative position of the cam angle with respect to the crank angle is referred to as a VVTi position ivt, the opening timing of the intake valve Vi is VVTi from θo1 when the VVTi position ivt is at the most retarded reference position (ivt = 0). It can be changed up to θo2 when the position ivt is at the maximum advance angle position (ivt = ivt0) on the most advance side. The closing timing can be changed from θc1 to θc2 in accordance with the change of the opening timing. However, the operating angle Δθ, which is an angle between the opening timing and the closing timing, and the maximum lift amount per lift are constant. The VVTi position ivt is calculated from the detection values of the crank angle sensor 14 and the cam angle sensor.

図示省略するが、排気弁Veについては吸気弁Viとは逆に、最も進角側が基準タイミングとなる。即ち、排気弁Veの開タイミングは、VVTe位置evtが最も進角側の基準位置(evt=0)にあるときのタイミングから、VVTe位置evtが最も遅角側の最大遅角位置(evt=evt0)にあるときのタイミングまで変更可能である。   Although not shown in the figure, the exhaust valve Ve has the reference timing on the most advanced side, contrary to the intake valve Vi. That is, the opening timing of the exhaust valve Ve is from the timing when the VVTe position evt is at the most advanced reference position (evt = 0) to the maximum retarded position (evt = evt0) at which the VVTe position evt is most retarded. ) Can be changed up to the timing when

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。   The catalyst 11 simultaneously purifies NOx, HC and CO when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 is a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) A / Fs (for example, 14.6). Correspondingly, during normal operation of the internal combustion engine, the ECU 20 controls the air / fuel ratio so that the exhaust air / fuel ratio upstream of the catalyst, that is, the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr becomes the stoichiometric air / fuel ratio A / Fs. Specifically, the ECU 20 sets a target air-fuel ratio A / Ft equal to the theoretical air-fuel ratio A / Fs, and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr detected by the pre-catalyst sensor 17 matches the target air-fuel ratio A / Ft. Thus, the fuel injection amount injected from the injector 12 is controlled. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 is kept in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, and the maximum purification performance is exhibited in the catalyst 11.

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。 Here, the catalyst 11 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, in the catalyst 11, a coating material 31 is coated on the surface of a carrier base material (not shown), and the coating material 31 is held in a state in which a large number of particulate catalyst components 32 are dispersedly arranged. The catalyst 11 is exposed inside. The catalyst component 32 is mainly composed of a noble metal such as Pt or Pd, and serves as an active point for reacting exhaust gas components such as NOx, HC and CO. On the other hand, the coating material 31 plays the role of a promoter that promotes the reaction at the interface between the exhaust gas and the catalyst component 32 and includes an oxygen storage component capable of absorbing and releasing oxygen according to the air-fuel ratio of the atmospheric gas. Oxygen storage component, for example made of cerium dioxide CeO 2. For example, when the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is richer than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, oxygen stored in the oxygen storage component existing around the catalyst component 32 is released, and as a result, release Unburned components such as HC and CO are oxidized and purified by the released oxygen. Conversely, if the atmosphere gas of the catalyst component 32 and the coating material 31 is leaner than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, the oxygen storage component present around the catalyst component 32 absorbs oxygen from the atmosphere gas, and as a result, NOx is reduced. Reduced and purified.

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。   Even if the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr slightly varies from the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs during the normal air-fuel ratio control, the three exhaust gas components such as NOx, HC, and CO can be obtained. Can be purified simultaneously. Therefore, in normal air-fuel ratio control, it is also possible to purify exhaust gas by causing the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr to oscillate slightly around the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs and to repeatedly absorb and release oxygen.

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。   By the way, in the catalyst 11 in the new state, as described above, a large number of fine particulate catalyst components 32 are uniformly distributed, and the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is kept high. However, when the catalyst 11 deteriorates, some of the catalyst components 32 are lost, and some of the catalyst components 32 are baked and solidified by exhaust heat (see broken lines in the figure). In this case, the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is lowered, and the purification rate is lowered. In addition to this, the amount of the coating material 31 existing around the catalyst component 32, that is, the amount of the oxygen storage component decreases, and the oxygen storage capacity itself decreases.

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 Storage Capacity、単位はg)の大きさによって表される。 Thus, the degree of deterioration of the catalyst 11 and the degree of decrease in the oxygen storage capacity of the catalyst 11 are in a correlation. Therefore, in this embodiment, the degree of deterioration of the catalyst 11 is detected or determined by detecting the oxygen storage capacity of the catalyst 11. Here, the oxygen storage capacity of the catalyst 11 is represented by the size of an oxygen storage capacity (OSC; O 2 Storage Capacity, unit: g), which is the amount of oxygen that the catalyst 11 can store.

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。   Hereinafter, detection of deterioration of the catalyst in the present embodiment will be described.

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。   In the present embodiment, active air-fuel ratio control by the ECU 20 is executed when the deterioration of the catalyst 11 is detected. Here, the active air-fuel ratio control means that the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr that is the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst is changed from one of the predetermined rich air-fuel ratio A / Fr and lean air-fuel ratio A / Fl to a predetermined value. This control is forcibly switched at the timing.

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。   Here, the deterioration detection of the catalyst 11 is executed when the internal combustion engine 1 is in a steady operation and when the catalyst 11 is in a predetermined activation temperature range. The temperature of the catalyst 11 may be detected directly, but in the present embodiment, it is estimated using a predetermined map or function based on the engine operating state. The detection of the deterioration of the catalyst 11 is performed once for each operation of the engine, and the warning device is activated when it is determined that the catalyst 11 is in a deteriorated state at least twice.

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の内部値である目標空燃比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。   3A and 3B, the outputs of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 when the active air-fuel ratio control is executed are indicated by solid lines, respectively. Further, in FIG. 3A, the target air-fuel ratio A / Ft that is an internal value of the ECU 20 is indicated by a broken line. The outputs of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 represent the pre-catalyst air / fuel ratio A / Ffr and the post-catalyst air / fuel ratio A / Frr, respectively.

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。   As shown in FIG. 3A, the target air-fuel ratio A / Ft is centered on the theoretical air-fuel ratio A / Fs as the center air-fuel ratio, and then has a predetermined amplitude (rich amplitude Ar, Ar> 0) on the rich side. ) Separated by an air-fuel ratio (rich air-fuel ratio A / Fr) and an air-fuel ratio (lean air-fuel ratio A / Fl) separated from the air-fuel ratio by a predetermined amplitude (lean amplitude Al, Al> 0) on the lean side. And alternately. Then, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr as an actual value is switched with a slight time delay with respect to the target air-fuel ratio A / Ft so as to follow the switching or vibration of the target air-fuel ratio A / Ft. Accordingly, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr is also forcibly and alternately switched between the rich air-fuel ratio A / Fr and the lean air-fuel ratio A / Fl in the same manner as the target air-fuel ratio A / Ft. From this, it will be understood that the target air-fuel ratio A / Ft and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr are equivalent except that there is a time delay.

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。   In the illustrated example, the rich amplitude Ar and the lean amplitude Al are equal. For example, theoretical air fuel ratio A / Fs = 14.6, rich air fuel ratio A / Fr = 14.1, lean air fuel ratio A / Fl = 15.1, rich amplitude Ar = lean amplitude Al = 0.5. Compared with the normal air-fuel ratio control, the active air-fuel ratio control has a larger amplitude of the air-fuel ratio, that is, the values of the rich amplitude Ar and the lean amplitude Al are larger.

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。   By the way, the timing at which the target air-fuel ratio A / Ft is switched is the timing at which the output of the post-catalyst sensor 18 is switched from rich to lean, or from lean to rich. As shown in the figure, the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio A / Fs, and the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr is the rich air-fuel ratio smaller than the theoretical air-fuel ratio A / Fs. When the output voltage becomes equal to or higher than the rich determination value VR, and when the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr is the lean air-fuel ratio greater than the theoretical air-fuel ratio A / Fs, the output voltage becomes lower than the lean determination value VL. Here, VR> VL, for example, VR = 0.59 (V) and VL = 0.21 (V).

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。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes from the rich value to the lean value and becomes equal to the lean determination value VL (time t1), the target sky The fuel ratio A / Ft is switched from the lean air-fuel ratio A / Fl to the rich air-fuel ratio A / Fr. Thereafter, when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 changes from the lean value to the rich side and becomes equal to the rich determination value VR (time t2), the target air-fuel ratio A / Ft becomes lean from the rich air-fuel ratio A / Fr. The air-fuel ratio is switched to A / Fl.

このように、触媒後センサ18の出力値が反転してリッチ判定値VR又はリーン判定値VLに達したと同時に目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Fl又はリッチ空燃比A/Frに強制的に切り替えられる。   In this way, the output value of the post-catalyst sensor 18 is inverted and reaches the rich determination value VR or the lean determination value VL. At the same time, the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / Fl or the rich air-fuel ratio A / Fr. It is forcibly switched.

この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。   While performing this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst 11 is calculated as follows, and the deterioration of the catalyst 11 is determined.

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。   Referring to FIG. 3, the target air-fuel ratio A / Ft is set to the lean air-fuel ratio A / Fl before time t1, and the lean gas flows into the catalyst 11. At this time, the catalyst 11 continues to absorb oxygen, but when it fully absorbs oxygen, it can no longer absorb oxygen, and the lean gas flows through the catalyst 11 and flows downstream of the catalyst 11. When this happens, the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr changes to the lean side, and when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 reaches the lean determination value VL (t1), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the rich air-fuel ratio A / Fr. Or reversed. In this way, the target air-fuel ratio A / Ft is reversed using the output of the post-catalyst sensor 18 as a trigger.

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。   This time, rich gas flows into the catalyst 11. At this time, the oxygen stored in the catalyst 11 continues to be released from the catalyst 11. Therefore, the exhaust gas of the theoretical air-fuel ratio A / Fs flows out to the downstream side of the catalyst 11 and the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr does not become rich, so the output of the post-catalyst sensor 18 is not reversed. When oxygen is continuously released from the catalyst 11, all of the stored oxygen is eventually released from the catalyst 11, and at that time, no more oxygen can be released, and the rich gas flows through the catalyst 11 and flows downstream of the catalyst 11. When this happens, the post-catalyst air-fuel ratio A / Frr changes to the rich side, and when the output voltage of the post-catalyst sensor 18 reaches the rich determination value VR (t2), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / Fl. Can be switched to.

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。   The larger the oxygen storage capacity OSC, the longer the time during which oxygen can be absorbed or released. That is, when the catalyst is not deteriorated, the inversion cycle of the target air-fuel ratio A / Ft (for example, the time from t1 to t2) becomes longer, and the inversion cycle of the target air-fuel ratio A / Ft becomes shorter as the deterioration of the catalyst proceeds. .

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。   Therefore, using this fact, the oxygen storage capacity OSC is calculated as follows. As shown in FIG. 4, immediately after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t1, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr as the actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Fr. Switch to Fr. Then, from the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr reaches the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs to the time t2 when the target air-fuel ratio A / Ft next reverses, the oxygen storage capacity for every minute time is given by the following equation (1). dC is calculated, and the oxygen storage capacity dC for each minute time is integrated from time t11 to time t2. In this way, the oxygen storage capacity OSC1, that is, the amount of released oxygen in this oxygen release cycle is calculated.

Figure 2008045427
Figure 2008045427

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。   Here, Q is the fuel injection amount, and the excess air amount can be calculated by multiplying the air-fuel ratio difference ΔA / F by the fuel injection amount Q. K is the proportion of oxygen contained in the air (about 0.23).

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。   Basically, the oxygen storage capacity OSC1 calculated once is used and compared with a predetermined threshold value (catalyst deterioration determination threshold value). If the oxygen storage capacity OSC1 exceeds the threshold value, For example, the deterioration of the catalyst can be determined such that the deterioration is normal and the oxygen storage capacity OSC1 is lower than the threshold value. However, in this embodiment, in order to improve the accuracy, the oxygen storage capacity (oxygen absorption amount in this case) is calculated on the lean side as well, and the calculation is repeated a plurality of times on the rich side and the lean side as necessary. The final deterioration judgment is performed by comparing the value with a threshold value.

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。こうして複数サイクルの酸素吸蔵容量OSCm(m=1,2,・・・n、nは2以上の整数)が繰り返し算出され、その平均値OSCavが所定のしきい値OSCsと比較される。そして、平均値OSCavがしきい値OSCsを超えていれば触媒11は正常、平均値OSCavがしきい値OSCs以下ならば触媒11は劣化と判定される。   Specifically, as shown in FIG. 4, after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the lean air-fuel ratio A / Fl at time t2, the oxygen storage capacity dC for every minute time is calculated by the previous equation (1). And the oxygen storage capacity dC for each minute time from the time t21 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr reaches the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs, and then when the target air-fuel ratio A / Ft reverses to the rich side Integration is performed until t3. Thus, the oxygen storage capacity OSC2, that is, the amount of absorbed oxygen in this oxygen absorption cycle is calculated. The oxygen storage capacity OSC1 of the previous cycle and the oxygen storage capacity OSC2 of the current cycle should be approximately equal. Thus, a plurality of cycles of oxygen storage capacity OSCm (m = 1, 2,..., N, n is an integer of 2 or more) are repeatedly calculated, and the average value OSCav is compared with a predetermined threshold value OSCs. If the average value OSCav exceeds the threshold value OSCs, the catalyst 11 is determined to be normal, and if the average value OSCav is equal to or less than the threshold value OSCs, the catalyst 11 is determined to be deteriorated.

なお、車両の走行距離等、触媒劣化度に相関する値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。   Note that the calculation number n of the oxygen storage capacity OSC may be changed in accordance with a value that correlates with the degree of catalyst deterioration, such as the travel distance of the vehicle. For example, if it is assumed that the travel distance is relatively small and the deterioration is not significantly advanced, the value of n is set to a small value. If the travel distance is relatively large and the deterioration may be advanced to a considerable degree, the value of n is increased. And

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。   Here, the relationship between the oxygen storage capacity OSC and the catalyst temperature is shown in FIG. As can be seen, the oxygen storage capacity OSC tends to increase as the catalyst temperature increases. The oxygen storage capacity OSC is the maximum for a new catalyst, and decreases as the catalyst deteriorates. When the oxygen storage capacity OSC becomes equal to or less than the threshold value OSCs, the catalyst 11 is determined to be deteriorated.

さて、本実施形態では可変動弁装置としてVVTi21及びVVTe22が備えられているが、これらVVTi21及びVVTe22の作動により、吸気弁Vi及び排気弁Veの開閉タイミングが変更され、その結果、排気ガスの組成が変化し、この組成変化が酸素吸蔵容量OSCの算出値に影響することがある。そしてその酸素吸蔵容量算出値が不安定となり、誤検出の原因ともなる虞がある。   Now, in this embodiment, VVTi21 and VVTe22 are provided as variable valve operating devices, but the opening and closing timings of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve are changed by the operation of the VVTi21 and VVTe22, and as a result, the composition of the exhaust gas The composition change may affect the calculated value of the oxygen storage capacity OSC. Then, the calculated oxygen storage capacity becomes unstable, which may cause erroneous detection.

具体的には、排気ガス中の組成成分としては未燃成分としてのHC,COと、酸化成分としてのNOxとに大別されるが、これらHC,COとNOxとの割合が吸気弁Vi及び排気弁Veの開閉タイミングによって変化する。そして吸気弁Vi及び排気弁Veの開閉タイミングがある特定領域となると、その排ガス中の組成割合の変化に起因して、算出される酸素吸蔵容量OSCの値が不安定となり、真の値から比較的大きくずれることがある。このような値を劣化判定しきい値OSCsと比較して劣化判定を行うことは、適切ではなく、誤判定、誤検出に及ぶ可能性もある。   Specifically, the composition components in the exhaust gas are roughly classified into HC and CO as unburned components and NOx as an oxidizing component. The ratio of these HC, CO and NOx is the intake valve Vi and It changes depending on the opening / closing timing of the exhaust valve Ve. When the opening / closing timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is in a specific region, the calculated value of the oxygen storage capacity OSC becomes unstable due to the change in the composition ratio in the exhaust gas. May deviate significantly. It is not appropriate to perform deterioration determination by comparing such a value with the deterioration determination threshold value OSCs, and may lead to erroneous determination and erroneous detection.

本発明者による試験研究の結果によれば、吸気弁Viの開閉タイミングを進角させると、燃焼温度が低下してNOxが減少する傾向にあり、排気弁Veの開閉タイミングを遅角させても同様の傾向があることが判明した。アクティブ空燃比制御によって触媒前空燃比A/Ffrを同一の値に制御していても、吸気弁Vi及び排気弁Veの開閉タイミングによって排ガス成分が異なり、触媒後センサ18の感知する排ガスが異なるため、同一の酸素吸蔵容量算出値を得られなくなり、ひいては真の値から比較的大きくずれた値が算出されることがある。   According to the results of a test study by the present inventor, if the opening / closing timing of the intake valve Vi is advanced, the combustion temperature tends to decrease and NOx tends to decrease, and even if the opening / closing timing of the exhaust valve Ve is retarded. A similar trend was found. Even if the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr is controlled to the same value by the active air-fuel ratio control, the exhaust gas components differ depending on the opening / closing timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve, and the exhaust gas sensed by the post-catalyst sensor 18 differs. Thus, the same oxygen storage capacity calculation value cannot be obtained, and as a result, a value that deviates relatively from the true value may be calculated.

図7は、酸素吸蔵容量算出値が不安定となるような領域に吸気弁Vi及び排気弁Veの開閉タイミングがあるときの触媒前センサ17及び触媒後センサ18の出力変化の様子を示す。図示例は特に、排ガス中のNOx割合が少なく(つまりHC,COの割合が多く)、触媒後センサ18がリッチを検出し難いような排ガス成分となっているときを示す。このとき、触媒後センサ18は通常の場合(図3参照)のようにリーンからリッチに急速に反転せず、なだらかに反転するようになる。従って目標空燃比A/Ftの反転タイミング、ひいては酸素吸蔵容量算出値もばらつくようになる。酸素吸蔵容量OSCを正確に算出するには、触媒後センサ18の出力が明確に反転することが要求されるが、かかる状態では酸素吸蔵容量OSCを正確に算出するのが困難である。   FIG. 7 shows changes in the outputs of the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 when the intake valve Vi and the exhaust valve Ve are opened and closed in a region where the calculated oxygen storage capacity becomes unstable. The illustrated example particularly shows the case where the NOx ratio in the exhaust gas is small (that is, the ratio of HC and CO is large) and the post-catalyst sensor 18 is an exhaust gas component that makes it difficult to detect richness. At this time, the post-catalyst sensor 18 does not rapidly reverse from lean to rich as in a normal case (see FIG. 3), but gently reverses. Accordingly, the inversion timing of the target air-fuel ratio A / Ft, and hence the oxygen storage capacity calculation value, also varies. In order to accurately calculate the oxygen storage capacity OSC, the output of the post-catalyst sensor 18 is required to be clearly inverted. However, in such a state, it is difficult to accurately calculate the oxygen storage capacity OSC.

そこで、VVTi21及びVVTe22の作動に起因する誤検出を防止するため、本実施形態ではECU20により次のような第1乃至第4の処理の少なくとも一つを実行することとしている。   Therefore, in order to prevent erroneous detection due to the operation of VVTi21 and VVTe22, in the present embodiment, the ECU 20 executes at least one of the following first to fourth processes.

図8には第1の処理にかかるルーチンを示す。このルーチンはECU20により微小時間毎に繰り返し実行される。まずステップS101において、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エンジン始動後、最初に内燃機関1が定常運転状態となり、且つ、触媒11の推定温度が所定の活性温度域に入ったときに、この条件は成立となる。アクティブ空燃比制御の実行条件が成立していない場合には、ステップS103に進んでアクティブ空燃比制御が禁止される。これによってアクティブ空燃比制御は不実行となる。他方、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立している場合にはステップS102に進む。   FIG. 8 shows a routine relating to the first processing. This routine is repeatedly executed by the ECU 20 every minute time. First, in step S101, it is determined whether an execution condition for active air-fuel ratio control is satisfied. For example, this condition is satisfied when the internal combustion engine 1 is first in a steady operation state after the engine is started and the estimated temperature of the catalyst 11 enters a predetermined activation temperature range. If the execution condition of the active air-fuel ratio control is not satisfied, the process proceeds to step S103 and the active air-fuel ratio control is prohibited. As a result, the active air-fuel ratio control is not executed. On the other hand, if the execution condition of the active air-fuel ratio control is established, the process proceeds to step S102.

ステップS102においては、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングが所定のマスク領域にあるか否かが判断される。マスク領域とは酸素吸蔵容量算出値が不安定となるような吸排気弁の作動タイミング領域であり、図9にMで示されるようなハッチング領域である。ここで図9は、VVTi位置ivt及びVVTe位置evtとマスク領域Mとの関係を示すマップで、予め実験等を通じて作成され、ECU20に記憶されている。   In step S102, it is determined whether or not the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is within a predetermined mask region. The mask region is an operation timing region of the intake / exhaust valve where the oxygen storage capacity calculation value becomes unstable, and is a hatching region as indicated by M in FIG. Here, FIG. 9 is a map showing the relationship between the VVTi position ivt and VVTe position evt and the mask region M, which is created in advance through experiments or the like and stored in the ECU 20.

図6を参照して説明したように、VVTi位置ivtは最遅角側の基準位置0から大きくなるほど進角し、これに伴って吸気弁Viの開タイミングが基準タイミングθo1から徐々に進角する(早くなる)。また、VVTe位置evtは最進角側の基準位置0から大きくなるほど遅角し、これに伴って排気弁Veの開タイミングが基準タイミングから徐々に遅角する(遅れる)。   As described with reference to FIG. 6, the VVTi position ivt advances as it increases from the most retarded reference position 0, and the opening timing of the intake valve Vi gradually advances from the reference timing θo1 accordingly. (Becomes faster). The VVTe position evt is retarded as it increases from the reference position 0 on the most advanced angle side, and the opening timing of the exhaust valve Ve is gradually delayed (delayed) from the reference timing.

図9には、参考として、吸排気弁の開タイミングと、排ガス中のHC,CO及びNOxの合計量に対するNOx量の割合(NOx割合)N1,N2,N3,N4,N5との関係を示す。但しN1>N2>N3>N4>N5である。見られるように、吸気弁Viの開タイミングが早まるほどNOx割合が減少し、排気弁Veの開タイミングが遅くなるほどNOx割合が減少する。このマップでは、酸素吸蔵容量OSCを安定して算出できなくなるような低いNOx割合N4,N5を示す吸排気弁開タイミング領域をマスク領域Mとしている。マスク領域Mは、少なくとも、吸気弁Viの開タイミングが比較的進角側の所定範囲にあるか、又は排気弁Veの開タイミングが比較的遅角側の所定範囲にある領域であるのが好ましい。   For reference, FIG. 9 shows the relationship between the opening timing of the intake and exhaust valves and the ratio of the NOx amount to the total amount of HC, CO and NOx in the exhaust gas (NOx ratio) N1, N2, N3, N4 and N5. . However, N1> N2> N3> N4> N5. As can be seen, the NOx ratio decreases as the intake valve Vi opens earlier, and the NOx ratio decreases as the exhaust valve Ve opens later. In this map, a mask region M is an intake / exhaust valve opening timing region showing a low NOx ratio N4, N5 that makes it impossible to stably calculate the oxygen storage capacity OSC. The mask region M is preferably at least a region where the opening timing of the intake valve Vi is within a predetermined range on the relatively advanced side, or the opening timing of the exhaust valve Ve is within a predetermined range on the relatively retarding side. .

さて、図8に戻って、ステップS102においては、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングがマスク領域Mにあるか否かが判断される。具体的には、クランク角センサ14及びカム角センサの検出値に基づいて算出される実際のVVTi位置ivt及びVVTe位置evtが、図9のマップにおけるマスク領域M内にあるか否かが判断される。マスク領域Mにないと判断された場合は、ステップS104においてアクティブ空燃比制御が実行され、他方、マスク領域Mにあると判断された場合は、ステップS103においてアクティブ空燃比制御が禁止される。よってマスク領域内にあると判断された場合、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているにも拘わらず、アクティブ空燃比制御はその実行前に禁止される。   Now, returning to FIG. 8, in step S <b> 102, it is determined whether or not the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is in the mask region M. Specifically, it is determined whether or not the actual VVTi position ivt and VVTe position evt calculated based on the detection values of the crank angle sensor 14 and the cam angle sensor are within the mask region M in the map of FIG. The If it is determined that it is not in the mask region M, active air-fuel ratio control is executed in step S104. On the other hand, if it is determined that it is in the mask region M, active air-fuel ratio control is prohibited in step S103. Therefore, when it is determined that the current position is within the mask region, the active air-fuel ratio control is prohibited before the execution even though the execution condition of the active air-fuel ratio control is satisfied.

なお、アクティブ空燃比制御の実行中に、VVTi位置ivt及びVVTe位置evtのいずれかが変更され、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングがマスク領域Mに入ったとき、アクティブ空燃比制御がその実行途中で中断されたり、中止されたりしてもよい。ここで中断とは、その後吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングがマスク領域Mから抜け出たときに、アクティブ空燃比制御が再開されることを意味する。また中止とは、その時点でアクティブ空燃比制御が完全に終了され、その後吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングがマスク領域Mから抜け出たときでも、アクティブ空燃比制御が再開されないことを意味する。中断の場合、その中断時点でのサイクルの酸素吸蔵容量算出値のみが破棄又は無効化され、それ以外のサイクルの酸素吸蔵容量算出値が最終的な酸素吸蔵容量OSCavの算出に用いられる。中止の場合、中止以前の酸素吸蔵容量算出値は一切破棄又は無効化され、最終的な酸素吸蔵容量OSCavも算出されない。   During execution of the active air-fuel ratio control, when either the VVTi position ivt or the VVTe position evt is changed and the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve enters the mask region M, the active air-fuel ratio control is performed. It may be interrupted or canceled during execution. Here, the interruption means that the active air-fuel ratio control is resumed when the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve subsequently leaves the mask region M. Also, the term “stop” means that the active air-fuel ratio control is not resumed even when the active air-fuel ratio control is completely terminated at that time and the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve subsequently leaves the mask region M. . In the case of interruption, only the oxygen storage capacity calculation value of the cycle at the time of the interruption is discarded or invalidated, and the oxygen storage capacity calculation values of the other cycles are used for the calculation of the final oxygen storage capacity OSCav. In the case of cancellation, the oxygen storage capacity calculation value before the cancellation is discarded or invalidated, and the final oxygen storage capacity OSCav is not calculated.

このように、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングが所定範囲内にあるとき、アクティブ空燃比制御は停止され、即ち、アクティブ空燃比制御は、実行前に禁止されるか、又は実行中に中断若しくは中止される。よって、酸素吸蔵容量OSCを安定して算出できなくなるような排ガス組成成分であるときの酸素吸蔵容量OSCの算出や触媒劣化判定を回避し、触媒劣化の誤判定や誤検出を未然に防止することができる。   Thus, when the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is within a predetermined range, the active air-fuel ratio control is stopped, that is, the active air-fuel ratio control is prohibited before execution or during execution. Suspended or canceled. Therefore, the calculation of the oxygen storage capacity OSC and the catalyst deterioration determination when the exhaust gas composition component is such that the oxygen storage capacity OSC cannot be calculated stably can be avoided, and the erroneous determination or erroneous detection of the catalyst deterioration can be prevented. Can do.

次に、図10には第2の処理にかかるルーチンを示す。このルーチンもECU20により微小時間毎に繰り返し実行される。まずステップS201において、前記ステップS101と同様、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判断される。アクティブ空燃比制御の実行条件が成立していない場合には、本処理が終了され、他方、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立している場合にはステップS202に進む。   Next, FIG. 10 shows a routine related to the second process. This routine is also repeatedly executed by the ECU 20 every minute time. First, in step S201, as in step S101, it is determined whether an execution condition for active air-fuel ratio control is satisfied. If the execution condition for the active air-fuel ratio control is not satisfied, the present process is terminated. If the execution condition for the active air-fuel ratio control is satisfied, the process proceeds to step S202.

ステップS202においては、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、このアクティブ空燃比制御の実行中に、各サイクルの酸素吸蔵容量OSCmが順次算出される。   In step S202, active air-fuel ratio control is executed, and the oxygen storage capacity OSCm of each cycle is sequentially calculated during execution of this active air-fuel ratio control.

次のステップS203においては、前記ステップS103と同様、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングが所定のマスク領域内にあるか否かが判断される。マスク領域内にないと判断された場合は、本処理が終了され、アクティブ空燃比制御と酸素吸蔵容量の算出とが引き続き実行される。他方、マスク領域内にあると判断された場合は、ステップS204において、その時点のサイクルの酸素吸蔵容量算出値OSCmが破棄され又は無効化される。   In the next step S203, it is determined whether or not the operation timings of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve are within a predetermined mask region, as in step S103. If it is determined that it is not within the mask region, this process is terminated, and the active air-fuel ratio control and the calculation of the oxygen storage capacity are continued. On the other hand, if it is determined that it is within the mask region, in step S204, the oxygen storage capacity calculation value OSCm of the current cycle is discarded or invalidated.

この第2の処理は、あるサイクルの酸素吸蔵容量OSCmの算出中に、吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングがマスク領域に入った場合、アクティブ空燃比制御及び酸素吸蔵容量算出は停止しないで続行しつつ、そのマスク領域に入ったサイクルの酸素吸蔵容量算出値のみを無効化するものである。アクティブ空燃比制御が続行される点で前記第1の処理の中断とは異なる。アクティブ空燃比制御及び酸素吸蔵容量算出が続行され、マスク領域に入ってないサイクルの酸素吸蔵容量算出値を利用して触媒劣化検出を行えるので、触媒劣化検出の機会をできるだけ多く確保できる。この第2の処理によっても前記第1の処理と同様の作用効果を発揮できる。   In the second process, when the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve enters the mask region during the calculation of the oxygen storage capacity OSCm of a certain cycle, the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity calculation are not stopped. While continuing, only the oxygen storage capacity calculation value of the cycle entering the mask region is invalidated. This is different from the interruption of the first process in that the active air-fuel ratio control is continued. Since the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity calculation are continued and the catalyst deterioration detection can be performed using the oxygen storage capacity calculation value of the cycle that is not in the mask region, it is possible to secure as many opportunities for detecting the catalyst deterioration as possible. The same effect as that of the first process can be exhibited by the second process.

次に、図11には第3の処理にかかるルーチンを示す。このルーチンもECU20により微小時間毎に繰り返し実行される。まずステップS301において、アクティブ空燃比制御が実行中であるか否かが判断される。アクティブ空燃比制御が実行中でない場合は本処理が終了され、他方、アクティブ空燃比制御が実行中である場合はステップS302に進む。   Next, FIG. 11 shows a routine according to the third process. This routine is also repeatedly executed by the ECU 20 every minute time. First, in step S301, it is determined whether active air-fuel ratio control is being executed. If the active air-fuel ratio control is not being executed, this process is terminated. If the active air-fuel ratio control is being executed, the process proceeds to step S302.

ステップS302においては、吸気弁Viの作動タイミングの変化速度Wi及び排気弁Veの作動タイミングの変化速度Weの少なくとも一方が、所定のしきい値Wsを超えたか否かが判定される。即ち、例えばエンジン運転状態が一時的に過渡状態になった場合など、VVTi21又はVVTe22が急速に作動されて吸気弁Vi又は排気弁Veの開閉タイミングが急速に変化した場合、空燃比、エンジン負荷率、吸入空気量及び触媒後センサ検出値の少なくとも一つに影響を与え、酸素吸蔵容量算出値が不安定になり、誤判定、誤検出をもたらす虞がある。そこでこの第3の処理では、このようなバルブタイミングの急速変化に起因する誤判定、誤検出を防止するようにしている。   In step S302, it is determined whether or not at least one of the change timing Wi of the operation timing of the intake valve Vi and the change speed We of the operation timing of the exhaust valve Ve has exceeded a predetermined threshold value Ws. That is, when the VVTi21 or VVTe22 is actuated rapidly and the opening / closing timing of the intake valve Vi or the exhaust valve Ve is rapidly changed, for example, when the engine operating state temporarily becomes a transient state, the air-fuel ratio, the engine load factor This may affect at least one of the intake air amount and the detected value after the catalyst, and the oxygen storage capacity calculation value may become unstable, leading to erroneous determination and erroneous detection. Therefore, in the third process, erroneous determination and erroneous detection due to such a rapid change in valve timing are prevented.

このステップS302では具体的には、VVTi21及びVVTe22のカム角センサの検出値に基づいて、VVTi位置ivt及びVVTe位置evtの変化速度が算出され、この変化速度が所定のしきい値と比較される。これら二者の算出比較方法は同様なので、代表して吸気側についてのみ述べると、図12に示すように、現時点である時刻t2とそれより微小時間前の時刻t1におけるVVTi位置ivt1,ivt2の差Δivt=ivt2−ivt1が算出され、その差Δivtの絶対値が、VVTi位置ivtの変化速度とされる。このVVTi位置ivtの変化速度は吸気弁作動タイミング変化速度Wiに等しい値である。そして、その差Δivtの絶対値が、所定のしきい値Δivtsを超えたか否かが判断される。このしきい値Δivtsは、吸気弁作動タイミング変化速度のしきい値Wsに等しい値である。   Specifically, in this step S302, based on the detection values of the cam angle sensors of VVTi21 and VVTe22, the changing speeds of VVTi position ivt and VVTe position evt are calculated, and this changing speed is compared with a predetermined threshold value. . Since these two calculation comparison methods are the same, only the intake side will be described as a representative. As shown in FIG. 12, the difference between the current time t2 and the VVTi positions ivt1 and ivt2 at time t1 that is a minute before that is shown in FIG. Δivt = ivt2−ivt1 is calculated, and the absolute value of the difference Δivt is set as the change speed of the VVTi position ivt. The change speed of the VVTi position ivt is equal to the intake valve operation timing change speed Wi. Then, it is determined whether or not the absolute value of the difference Δivt exceeds a predetermined threshold value Δivts. This threshold value Δivts is a value equal to the threshold value Ws of the intake valve operation timing change speed.

こうして、吸気弁作動タイミング変化速度Wi及び排気弁作動タイミング変化速度Weのいずれもしきい値Wsを超えていないと判定された場合、本処理が終了され、アクティブ空燃比制御及びこれに伴う酸素吸蔵容量算出が続行される。他方、吸気弁作動タイミング変化速度Wi及び排気弁作動タイミング変化速度Weの少なくとも一方がしきい値Wsを超えていると判定された場合、ステップS303においてアクティブ空燃比制御が中断される。これにより、不安定な酸素吸蔵容量算出値に基づく誤判定、誤検出を未然に防止することができる。   Thus, when it is determined that neither the intake valve operation timing change speed Wi and the exhaust valve operation timing change speed We exceed the threshold value Ws, the present process is terminated, and the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity associated therewith are terminated. Calculation continues. On the other hand, if it is determined that at least one of the intake valve operation timing change speed Wi and the exhaust valve operation timing change speed We exceeds the threshold value Ws, the active air-fuel ratio control is interrupted in step S303. Thereby, erroneous determination and erroneous detection based on an unstable oxygen storage capacity calculation value can be prevented in advance.

なお、ここでいう中断とは第1の処理で述べたのと同様の意味である。この中断のほか、第1の処理で述べたのと同様に、アクティブ空燃比制御が中止されてもよく、さらには、アクティブ空燃比制御の実行前にアクティブ空燃比制御が禁止されてもよい。   The term “interruption” used here has the same meaning as described in the first process. In addition to this interruption, the active air-fuel ratio control may be stopped as described in the first process, and further, the active air-fuel ratio control may be prohibited before the execution of the active air-fuel ratio control.

次に、図13には第4の処理にかかるルーチンを示す。このルーチンもECU20により微小時間毎に繰り返し実行される。まずステップS401において、前記ステップS301と同様、アクティブ空燃比制御が実行中であるか否かが判断される。アクティブ空燃比制御が実行中でない場合は本処理が終了され、他方、アクティブ空燃比制御が実行中である場合はステップS402に進む。   Next, FIG. 13 shows a routine for the fourth process. This routine is also repeatedly executed by the ECU 20 every minute time. First, in step S401, as in step S301, it is determined whether or not active air-fuel ratio control is being executed. If the active air-fuel ratio control is not being executed, this process is terminated. If the active air-fuel ratio control is being executed, the process proceeds to step S402.

ステップS402においては、前記ステップS302と同様、吸気弁Viの作動タイミングの変化速度Wi及び排気弁Veの作動タイミングの変化速度Weの少なくとも一方が、所定のしきい値Wsを超えたか否かが判定される。   In step S402, as in step S302, it is determined whether or not at least one of the change timing Wi of the operation timing of the intake valve Vi and the change speed We of the operation timing of the exhaust valve Ve has exceeded a predetermined threshold value Ws. Is done.

吸気弁作動タイミング変化速度Wi及び排気弁作動タイミング変化速度Weのいずれもしきい値Wsを超えていないと判定された場合、本処理が終了され、アクティブ空燃比制御及びこれに伴う酸素吸蔵容量算出が続行される。他方、吸気弁作動タイミング変化速度Wi及び排気弁作動タイミング変化速度Weの少なくとも一方がしきい値Wsを超えていると判定された場合、ステップS403において、前記ステップS204と同様、その時点のサイクルの酸素吸蔵容量算出値OSCmが破棄され又は無効化される。これによっても不安定な酸素吸蔵容量算出値に基づく誤判定、誤検出を未然に防止することができる。   When it is determined that neither the intake valve operation timing change speed Wi nor the exhaust valve operation timing change speed We exceeds the threshold value Ws, this processing is terminated, and the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity calculation associated therewith are calculated. To continue. On the other hand, when it is determined that at least one of the intake valve operation timing change speed Wi and the exhaust valve operation timing change speed We exceeds the threshold value Ws, in step S403, as in step S204, The oxygen storage capacity calculation value OSCm is discarded or invalidated. This also prevents erroneous determination and erroneous detection based on the unstable oxygen storage capacity calculation value.

この第4の処理も、前記第2の処理と同様、あるサイクルの酸素吸蔵容量OSCmの算出中に、吸気弁作動タイミング変化速度Wi及び排気弁作動タイミング変化速度Weの少なくとも一方がしきい値Wsを超えた場合、アクティブ空燃比制御及び酸素吸蔵容量算出は停止しないで続行しつつ、そのしきい値Wsを超えた時点が含まれるサイクルの酸素吸蔵容量算出値OSCmのみを無効化するものである。アクティブ空燃比制御が続行される点で前記第3の処理の中断とは異なる。アクティブ空燃比制御及び酸素吸蔵容量算出が続行され、その無効サイクル以外のサイクルの酸素吸蔵容量算出値を利用して触媒劣化検出を行えるので、触媒劣化検出の機会をできるだけ多く確保できる利点がある。この第4の処理によっても前記第3の処理と同様の作用効果を発揮できる。   In the fourth process, as in the second process, during the calculation of the oxygen storage capacity OSCm in a certain cycle, at least one of the intake valve operation timing change speed Wi and the exhaust valve operation timing change speed We has a threshold value Ws. Is exceeded, the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity calculation continue without stopping, and only the oxygen storage capacity calculated value OSCm of the cycle including the time point when the threshold value Ws is exceeded is invalidated. . This is different from the interruption of the third process in that the active air-fuel ratio control is continued. Since the active air-fuel ratio control and the oxygen storage capacity calculation are continued and the catalyst deterioration detection can be performed using the oxygen storage capacity calculation values of cycles other than the invalid cycle, there is an advantage that as many opportunities for detecting the catalyst deterioration as possible can be secured. This fourth process can also exhibit the same effects as the third process.

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、ECU20によって判定手段、アクティブ空燃比制御停止手段、吸蔵容量算出手段、無効化手段、過渡判定手段、過渡時アクティブ空燃比制御停止手段、過渡時無効化手段が構成される。   In the above-described embodiment, the ECU 20 and the injector 12 constitute active air-fuel ratio control means, and the ECU 20 comprises determination means, active air-fuel ratio control stop means, storage capacity calculation means, invalidation means, transient determination means, transient time Active air-fuel ratio control stop means and transient invalidation means are configured.

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。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, although the above-described internal combustion engine is a direct injection type, the present invention is also applicable to an intake port (intake passage) injection type or a dual injection type internal combustion engine having both injection types.

前記実施形態では吸気側と排気側との両方に可変動弁装置(VVTi21及びVVTe22)を設けたが、いずれか一方(例えば吸気側)のみに可変動弁装置を設けることも可能である。また、前記実施形態では吸気弁Vi及び排気弁Veの作動タイミングのみを可変としたが、作動タイミングとリフトとの両方を可変としてもよく、或いはリフトのみ可変としてもよい。さらには作用角を可変としてもよい。これら各動弁パラメータの吸気側/排気側及び可変/固定の組み合わせは任意であり、また、各動弁パラメータとマスク領域との比較、或いは各動弁パラメータの変化速度としきい値との比較も任意である。   In the above-described embodiment, the variable valve gears (VVTi21 and VVTe22) are provided on both the intake side and the exhaust side. However, it is also possible to provide the variable valve gear on only one (for example, the intake side). In the above embodiment, only the operation timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve is variable. However, both the operation timing and the lift may be variable, or only the lift may be variable. Furthermore, the working angle may be variable. These valve parameters can be arbitrarily combined with intake / exhaust and variable / fixed. Also, each valve parameter can be compared with the mask area, or the change speed of each valve parameter can be compared with the threshold value. Is optional.

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。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

本実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of this embodiment. 触媒の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a catalyst. 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。3 is a time chart for explaining the basics of active air-fuel ratio control. 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。FIG. 4 is a time chart similar to FIG. 3 for illustrating a method for calculating the oxygen storage capacity. 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。It is a graph which shows the relationship between oxygen storage capacity and catalyst temperature, and is a figure for demonstrating the catalyst degradation determination method. 吸気側可変バルブタイミング機構(VVTi)の作動と吸気弁の開閉タイミングの変更の様子とを説明するためのタイミング図である。FIG. 5 is a timing diagram for explaining the operation of the intake side variable valve timing mechanism (VVTi) and the state of changing the opening / closing timing of the intake valve. 酸素吸蔵容量算出値が不安定となるような領域に吸排気弁作動タイミングがあるときの触媒前センサ及び触媒後センサの出力変化の様子を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the mode of the output change of the pre-catalyst sensor and the post-catalyst sensor when there is an intake / exhaust valve operation timing in a region where the oxygen storage capacity calculation value becomes unstable. 第1の処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 1st process. マスク領域を示すマップである。It is a map which shows a mask area | region. 第2の処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 2nd process. 第3の処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 3rd process. 吸排気弁作動タイミング変化速度の算出方法と、算出された変化速度及びしきい値の比較とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of intake / exhaust valve operation timing change speed, and the comparison of the calculated change speed and a threshold value. 第4の処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 4th process.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
3 燃焼室
6 排気管
11 触媒
12 インジェクタ
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
20 電子制御ユニット(ECU)
21 吸気側可変バルブタイミング機構(VVTi)
22 排気側可変バルブタイミング機構(VVTe)
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
OSC 触媒の酸素吸蔵容量
OSCs 劣化判定しきい値
M マスク領域
ivt VVTi位置
evt VVTe位置
Wi 吸気弁作動タイミング変化速度
We 排気弁作動タイミング変化速度
Ws しきい値
1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 6 Exhaust pipe 11 Catalyst 12 Injector 17 Pre-catalyst sensor 18 Post-catalyst sensor 20 Electronic control unit (ECU)
21 Intake side variable valve timing mechanism (VVTi)
22 Exhaust variable valve timing mechanism (VVTe)
A / F Air-fuel ratio A / Ffr Pre-catalyst air-fuel ratio A / Frr Post-catalyst air-fuel ratio A / Ft Target air-fuel ratio A / Fs Theoretical air-fuel ratio A / Fr Rich air-fuel ratio A / Fl Lean air-fuel ratio OSC Catalyst oxygen storage capacity OSCs Degradation determination threshold M Mask area ivt VVTi position evt VVTe position Wi Intake valve operation timing change speed We Exhaust valve operation timing change speed Ws Threshold

Claims (5)

吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が、所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が所定範囲内にあると判定されたとき、前記アクティブ空燃比制御を実行中に中止若しくは中断させるか、又は前記アクティブ空燃比制御を実行前に禁止させるアクティブ空燃比制御停止手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
Determining means for determining whether at least one of an operation timing and a lift of at least one of an intake valve and an exhaust valve related to the variable valve operating device is within a predetermined range;
When the determination means determines that at least one of the operation timing and the lift is within a predetermined range, the active air-fuel ratio control is stopped or interrupted during execution, or before the active air-fuel ratio control is executed. An active air-fuel ratio control stop means for prohibiting is provided. A catalyst deterioration detection apparatus for an internal combustion engine, comprising:
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記アクティブ空燃比制御の実行中に前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が、所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段による酸素吸蔵容量の算出中に、前記判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方が所定範囲内にあると判定されたとき、その算出された酸素吸蔵容量の値を無効化する無効化手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
A storage capacity calculating means for calculating an oxygen storage capacity of the catalyst during execution of the active air-fuel ratio control;
Determining means for determining whether at least one of an operation timing and a lift of at least one of an intake valve and an exhaust valve related to the variable valve operating device is within a predetermined range;
When the determination means determines that at least one of the operation timing and the lift is within a predetermined range during the calculation of the oxygen storage capacity by the storage capacity calculation means, the calculated oxygen storage capacity value is invalidated. A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine, comprising:
前記所定範囲が、前記吸気弁の作動タイミングが比較的進角側となる所定範囲であるか、又は前記排気弁の作動タイミングが比較的遅角側となる所定範囲であることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   The predetermined range is a predetermined range in which the operation timing of the intake valve is relatively advanced, or a predetermined range in which the operation timing of the exhaust valve is relatively retarded. Item 3. A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to Item 1 or 2. 吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたか否かを判定する過渡判定手段と、
前記過渡判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が所定値を超えたと判定されたとき、前記アクティブ空燃比制御を実行中に中止若しくは中断させるか、又は前記アクティブ空燃比制御を実行前に禁止させる過渡時アクティブ空燃比制御停止手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
Transient determination means for determining whether or not the change speed of at least one of the operation timing and the lift of at least one of the intake valve and the exhaust valve related to the variable valve operating system exceeds a predetermined value;
When it is determined by the transient determination means that the change speed of at least one of the operation timing and the lift exceeds a predetermined value, the active air-fuel ratio control is stopped or interrupted during execution, or the active air-fuel ratio control is performed. An apparatus for detecting catalyst deterioration in an internal combustion engine, comprising: an active air-fuel ratio control stop means during transition that is prohibited before execution.
吸排気系の少なくとも一方に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、そ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、
前記アクティブ空燃比制御の実行中に前記触媒の酸素吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
前記可変動弁装置に関連された吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の、作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたか否かを判定する過渡判定手段と、
前記吸蔵容量算出手段による酸素吸蔵容量の算出中に、前記過渡判定手段により、前記作動タイミング及びリフトの少なくとも一方の変化速度が、所定値を超えたと判定されたとき、その算出された酸素吸蔵容量の値を無効化する過渡時無効化手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An internal combustion engine provided with a variable valve device in at least one of the intake and exhaust systems, and a device for detecting deterioration of a catalyst disposed in the exhaust passage,
Active air-fuel ratio control means for forcibly switching the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst from one of a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio to the other at a predetermined timing;
A storage capacity calculating means for calculating an oxygen storage capacity of the catalyst during execution of the active air-fuel ratio control;
Transient determination means for determining whether or not the change speed of at least one of the operation timing and the lift of at least one of the intake valve and the exhaust valve related to the variable valve operating system exceeds a predetermined value;
During the calculation of the oxygen storage capacity by the storage capacity calculation means, when the transition determination means determines that the change speed of at least one of the operation timing and the lift exceeds a predetermined value, the calculated oxygen storage capacity A catalyst deterioration detecting device for an internal combustion engine, comprising: a transient invalidating means for invalidating a value of the internal combustion engine.
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JP2009299658A (en) * 2008-06-17 2009-12-24 Toyota Motor Corp Deterioration determination device for exhaust emission control catalyst

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