JP2010014082A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒コンバータの上流に空燃比センサを、下流には酸素濃度センサを用いる場合において、触媒コンバータの劣化度合いに対して相関性の高い劣化判定パラメータを生成し、高い診断精度を得る。
【解決手段】内燃機関から排出される排気ガスの浄化を行う触媒コンバータＭ２と、触媒コンバータＭ２の上流に配設された空燃比センサＭ３と、触媒コンバータＭ２の下流に配設された酸素濃度センサＭ４と、ＥＣＵ５内に設けられ、空燃比センサＭ３と酸素濃度センサＭ４との出力に基づいて触媒コンバータＭ２の劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、上流の空燃比センサＭ３の出力信号を下流の酸素濃度センサＭ４の出力信号相当値に変換し、触媒コンバータＭ２が完全に劣化した状態における酸素濃度センサＭ４の出力信号を推定し、この推定信号と実際の酸素濃度センサＭ４の出力の波形の近似度から触媒コンバータＭ２の劣化を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、運転者に触媒劣化を警告する機能を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

従来の内燃機関の触媒劣化検出装置として、触媒コンバータの上流および下流に配設された酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）の出力信号とフィードバック制御中の制御目標値とにより囲まれた図形の面積相当値を演算する手段と、該出力信号が該制御目標値に対して反転する周期を演算する手段と、該面積相当値あるいは反転周期あるいは両者の組合せにより触媒の劣化判定パラメータを演算する手段と、この劣化判定パラメータを所定値と比較し、劣化を判定する劣化判定手段を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の従来装置として、触媒コンバータの上流および下流側に配設された空燃比センサと酸素濃度センサの出力特性の相違に着目し、空燃比センサの出力の軌跡長又は変動幅が所定の範囲内にあるときのみ、触媒劣化検出を許可したり、劣化判定の基準値を変更するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第２６１１０７０号公報 特開平９−１２５９３６号公報

特許文献１に記載の従来の触媒劣化診断装置では、触媒コンバータの上流および下流に配設された酸素濃度センサの出力信号の軌跡と制御目標値で囲まれた面積とをそれぞれ算出し、上流および下流のセンサから算出されたそれぞれの面積の比率（下流のセンサの軌跡面積÷上流のセンサの軌跡面積）から、劣化判定パラメータを生成している。触媒コンバータの劣化が進むと、下流のセンサの出力信号の軌跡は上流のセンサに近似してくるので、下流のセンサの出力信号から算出した面積は徐々に増大し、劣化判定パラメータの値が増大する。この様に、上流および下流に配設されたセンサの出力特性が同じ酸素濃度センサを用いる場合、面積の比率から算出された劣化判定パラメータは、触媒コンバータの劣化度合いと非常に相関が高く、このパラメータを用いることによって精度の良い診断結果を得ることが出来る。

しかしながら、精密な燃料制御を実現するために、触媒コンバータの上流に従来の酸素濃度センサの代わりに、広域空燃比センサ（以下、空燃比センサと記す）を用いた場合には、触媒コンバータの上流および下流から、それぞれ異なる物理量の出力信号を得ることになる。すなわち、上流のセンサからは排ガスの酸素濃度に応じた広範な空燃比が、下流のセンサからは理論空燃比近傍以外の領域で出力値が飽和する電圧である。これらの異なる物理量の出力信号の軌跡が、触媒コンバータの劣化度合いに応じて近似することは無い。従って、触媒コンバータの上流に空燃比センサを、下流に酸素濃度センサを配設する内燃機関の制御装置に対して、従来の触媒劣化診断装置を適用すると、触媒コンバータの上流および下流のセンサ出力の物理量が異なることに起因して、触媒劣化診断装置において算出される劣化判定パラメータと触媒コンバータの劣化度合いの間の相関性が低くなり、劣化診断の精度が下がってしまうという問題点があった。

この現象を図２２を用いて説明する。図２２は、内燃機関の空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作した際の空燃比センサおよび酸素濃度センサの出力波形を示すタイミングチャートである。最上段のグラフと中段のグラフは、それぞれ、触媒コンバータの上流に、空燃比センサを配設した場合と、酸素濃度センサを配設した場合（すなわち、特許文献１記載の構成）の出力波形である。また、最下段のグラフは触媒コンバータの下流に配設した酸素濃度センサの出力波形である。なお、ここで使用している酸素濃度センサは、図４に示す出力特性を有するものである。最上段のグラフの波形を最下段のグラフの波形と比較すれば明らかなように、近似度が低い、すなわち、相関性が低いことが分かる。

また、特許文献２記載の様に、空燃比センサの出力の軌跡長又は変動幅が所定の範囲内にあるときのみ、触媒劣化検出を許可する構成の場合、次のような問題点が生じる。内燃機関の空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作した際に、例えば、燃焼不良などの外乱によって、実際の空燃比が目標の空燃比範囲より大きく変動した場合に、診断が禁止されてしまい、触媒コンバータの劣化を検出できない。すなわち、診断の実施頻度が低くなってしまうという問題点が発生する。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、触媒コンバータの上流に空燃比センサを、下流には酸素濃度センサを用いる場合において、触媒コンバータの劣化度合いに対して相関性の高い劣化判定パラメータを生成することにより、触媒劣化診断の実施頻度を高めつつ、精度の高い診断を行うことが可能な内燃機関の制御装置を得るものである。

この発明は、内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒コンバータの下流に配設され、前記触媒コンバータより下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記空燃比センサの出力と前記酸素濃度センサの出力とに基づいて、前記触媒コンバータの劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段は、前記空燃比センサの出力と運転状態とに基づいて、前記触媒コンバータへ供給あるいは前記触媒コンバータから消費する酸素量を算出する相対Ｏ２ストレージ量算出手段と、前記相対Ｏ２ストレージ量算出手段の算出結果に基づいて、空燃比をリッチ、リーンの交互に操作する空燃比制御手段と、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒コンバータが劣化した場合の酸素濃度センサ出力を推定する触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段と、前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段の出力と前記酸素濃度センサの出力の近似度から触媒の劣化度を劣化判定パラメータとして算出する劣化判定パラメータ算出手段と、前記劣化判定パラメータ算出手段から算出された劣化判定パラメータの値が所定の値を超過した場合に、前記触媒コンバータの状態を劣化として判定する劣化判定手段とを有し、前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段は、前記空燃比センサの出力を前記酸素濃度センサの空燃比対出力電圧の関係を基に出力変換して、前記酸素濃度センサ出力の推定を行う。

この発明は、内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒コンバータの下流に配設され、前記触媒コンバータより下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記空燃比センサの出力と前記酸素濃度センサの出力とに基づいて、前記触媒コンバータの劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段は、前記空燃比センサの出力と運転状態とに基づいて、前記触媒コンバータへ供給あるいは前記触媒コンバータから消費する酸素量を算出する相対Ｏ２ストレージ量算出手段と、前記相対Ｏ２ストレージ量算出手段の算出結果に基づいて、空燃比をリッチ、リーンの交互に操作する空燃比制御手段と、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒コンバータが劣化した場合の酸素濃度センサ出力を推定する触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段と、前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段の出力と前記酸素濃度センサの出力の近似度から触媒の劣化度を劣化判定パラメータとして算出する劣化判定パラメータ算出手段と、前記劣化判定パラメータ算出手段から算出された劣化判定パラメータの値が所定の値を超過した場合に、前記触媒コンバータの状態を劣化として判定する劣化判定手段とを有し、前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段は、前記空燃比センサの出力を前記酸素濃度センサの空燃比対出力電圧の関係を基に出力変換して、前記酸素濃度センサ出力の推定を行うようにしたので、触媒コンバータの上流に空燃比センサを、下流には酸素濃度センサを用いる場合において、触媒コンバータの劣化度合いに対して相関性の高い劣化判定パラメータを生成することにより、触媒劣化診断の実施頻度を高めつつ、精度の高い診断を行うことができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示した図であり、図２は、この発明を実施するための実施の形態１における内燃機関と内燃機関の制御装置との構成を示した図である。これらの図において、Ｍ１は内燃機関、Ｍ２は内燃機関Ｍ１の排気ガスを浄化する触媒コンバータ、Ｍ３は内燃機関Ｍ１から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、Ｍ４は触媒コンバータＭ２の下流の排気ガスの酸素濃度を示す酸素濃度センサである。また、１はクランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサ、２は内燃機関Ｍ１が吸入する空気量の量を計測するエアーフローセンサ、３は内燃機関Ｍ１のシリンダ内へ燃料を供給するインジェクタ、４は内燃機関Ｍ１のシリンダ内部に火花を点火する点火プラグ、５は、クランク角センサ１やエアーフローセンサ２等から内燃機関Ｍ１の運転状態を検出して供給燃料量や点火時期を制御しつつ、触媒コンバータＭ２の劣化状態を検出する内燃機関の制御装置（以下、ＥＣＵ５とする。）である。ＥＣＵ５は、図１に示すように、内部に触媒劣化診断手段（装置）を備えている。触媒劣化診断手段は、空燃比センサＭ３の出力と酸素濃度センサＭ４の出力とに基づいて、触媒コンバータＭ２の劣化を診断するものである。

図１に示すように、触媒劣化診断手段には、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５、劣化判定パラメータ算出手段Ｍ６、劣化判定手段Ｍ７、相対Ｏ２ストレージ量算出手段Ｍ８、空燃比制御手段Ｍ９を備えている。なお、図１において、Ｍ１０はＥＣＵ５内に設けられた運転状態検出手段、Ｍ１１は同じくＥＣＵ５内に設けられた燃料噴射量調整手段である。

図１に従って、本実施の形態１における触媒劣化診断手段における基本的な劣化検出の処理の流れについて説明する。触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５は、触媒コンバータＭ２の上流に配設された空燃比センサＭ３の出力を基に、触媒コンバータＭ２が完全に劣化した状態における酸素濃度センサＭ４の出力信号を推定する。劣化判定パラメータ算出手段Ｍ６は、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５で算出された推定出力と実際の酸素濃度センサＭ４の出力信号（実出力）とを比較して、推定出力の実出力に対する近似度を劣化判定パラメータとして算出する。劣化判定手段Ｍ７は劣化判定パラメータ算出手段Ｍ６で算出された劣化判定パラメータの値と（予め実験的に設定された所定の）劣化判定基準値とを比較し、劣化判定パラメータが当該劣化判定基準値を上回っている場合に、「劣化」であると判定する。この点について詳細に説明すると次の様になる。

一般に、触媒コンバータＭ２の排ガス浄化能力は、触媒コンバータＭ２が有する最大酸素吸蔵量と相関性が高く、最大酸素吸蔵量が低下すると排ガスの浄化能力は低下する。一方、最大酸素吸蔵量が低下してくると、内燃機関Ｍ１に対して空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作した際に得られる酸素濃度センサＭ４の出力信号は、高電圧側（例えば約１Ｖ）および低電圧側（例えば約０Ｖ）の交互に変動するようになる。触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５で算出される推定出力は、触媒の最大酸素吸蔵量がほとんど無くなった状態における酸素濃度センサＭ４の挙動が算出されるため、内燃機関Ｍ１に対して空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作すると、高電圧側（例えば約１Ｖ）および低電圧側（例えば約０Ｖ）の交互に極めて大きく変動する。従って、内燃機関Ｍ１に対して空燃比をリッチ／リーンの双方向に反転操作した際に得られる実際の酸素濃度センサＭ４の出力と、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５で算出される出力とから求まる劣化判定パラメータの値が大きい程（すなわち、両出力の近似度が高い程）、触媒コンバータＭ２の浄化能力が低い、すなわち、「劣化」と判断できる。劣化判定手段Ｍ７で触媒コンバータＭ２を「劣化」と判定した場合には、故障ランプ等を点灯し、運転者に触媒コンバータＭ２の故障を知らしめる。

なお、運転状態検出手段Ｍ１０は、内燃機関Ｍ１に配される各種センサ（例えば、クランク角センサ１、エアーフローセンサ２）の出力（例えば、クランク角、吸入空気量）から、運転状態（例えば、内燃機関の回転速度や充填効率）を検出する。相対Ｏ２ストレージ量算出手段Ｍ８は、空燃比センサＭ３と運転状態検出手段Ｍ１０の検出値に基づいて、触媒コンバータＭ２への酸素の供給量および触媒コンバータＭ２から消費する酸素の消費量を算出する。空燃比制御手段Ｍ９は、相対Ｏ２ストレージ量算出手段Ｍ８の算出結果を基準として、内燃機関Ｍ１の目標Ａ／Ｆ（空燃比）をリッチあるいはリーンに設定するものである。燃料噴射量調整手段Ｍ１１は、通常、運転状態検出手段Ｍ１０が検出した運転状態を基に、内燃機関Ｍ１へインジェクタ３を介して噴射する燃料の量を調整するものであるが、触媒劣化診断の実施時には、空燃比制御手段Ｍ９からの指令とあわせて燃料の量を調整する。

次に、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５の構成の詳細について説明する。図３は、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５の構成を示す図である。図３において、Ｍ５１は空燃比センサＭ３の出力と酸素濃度センサＭ４の出力の応答時間差を調整する出力応答調整手段である。Ｍ５２は、後述の、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段である。出力応答調整手段Ｍ５１は、例えば、空燃比センサＭ３の応答が酸素濃度センサＭ４と比較して著しく速い場合は、酸素濃度センサＭ４の応答に一致するように、フィルタ処理を施す。フィルタ処理は、Ａ／Ｆｏｕｔ（ｔ）＝Ｋ１ × Ａ／Ｆｏｕｔ（ｔ−１） ＋ ｛１−Ｋ１｝× Ａ／Ｆｉｎ（ｔ）の様な１次遅れ処理が適切であることが実験的に判っている。ここで、Ａ／Ｆｉｎは空燃比センサＭ３の出力であり、Ａ／Ｆｏｕｔは、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２への出力である。また、添え字ｔは離散時間系のある時刻を示すパラメータである。

Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２は、酸素濃度センサＭ４のＡ／Ｆと出力電圧の特性を用いて、空燃比センサＭ３からの出力を電圧に変換するものである。図４は酸素濃度センサＭ４の入出力特性であるＡ／Ｆと出力電圧の関係を示している。図５は図４の特性を２次元テーブル（ＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ）に置き換えたものである。Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２では、この特性を利用して、図５に示した２次元テーブル（ＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ）を利用して、Ａ／ＦｉｎからＡ／Ｆｏｕｔを算出する。

次に、この処理の流れを図６のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ６０１にて、空燃比センサＭ３からＡ／Ｆ（Ａ／Ｆｉｎ）を読み出す。読み出したＡ／Ｆｉｎは、ステップＳ６０２において、式 Ａ／Ｆｏｕｔ（ｔ）＝Ｋ１ × Ａ／Ｆｏｕｔ（ｔ−１） ＋ ｛１−Ｋ１｝× Ａ／Ｆｉｎ（ｔ）によるフィルタ処理を施された後、Ａ／Ｆｏｕｔとして、ステップＳ６０３の処理（λ０２’（ｔ）＝ＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ（Ａ／Ｆｉｎ（ｔ））に引き渡される。ステップＳ６０２のフィルタ処理によって、Ａ／Ｆｉｎに重畳する高周波のノイズ成分が除去されつつ、Ａ／Ｆｏｕｔの出力の応答性を遅らせる。このフィルタ定数Ｋ１を適切に調整することにより、酸素濃度センサＭ４との応答性のズレに起因する波形の歪みを解消することが出来る。ひいては波形の近似度が向上する。

図７は、触媒コンバータＭ２が完全に劣化した状態における空燃比センサＭ３と酸素濃度センサＭ４の出力の関係を示している。空燃比センサＭ３の出力Ａ／Ｆｉｎが、出力応答調整部Ｍ５１でなまされてＡ／Ｆｏｕｔとして、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２に入力される。この結果、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２の出力であるＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ（Ａ／Ｆｏｕｔ）は、酸素濃度センサＭ４の実際の出力と近似度が高くなる。なお、図７Ａは、フィルタ処理をせずにＡ／Ｆ→λＯ２出力変換を行なった結果を示している。この図より、Ａ／Ｆｉｎに重畳する高周波ノイズ成分と、酸素濃度センサＭ４との応答性の違いにより、波形が歪み、近似度が低いことが分かる。

ここで、一連の触媒劣化診断の処理の内容をフローチャートを使って説明する。なお、触媒劣化診断は大別して、
（ａ）触媒コンバータＭ２に対して酸素を消費、供給する、という操作と、
（ｂ）空燃比センサＭ３の出力を基に触媒劣化時の酸素濃度センサの出力を推定し、実際の酸素濃度センサＭ４の出力との近似度を劣化診断パラメータとして算出する（すなわち、触媒劣化判定の処理）という操作と、
の２つの操作を同時並行的に実施する。これらの処理内容はそれぞれ図８と図９においてフローチャートに示している。

まず、図８を用いて、触媒コンバータＭ２に対して酸素を消費、供給する、という操作の内容を説明する。ただし、内燃機関Ｍ１が、空燃比センサＭ３と酸素濃度センサＭ４を利用して、サブ空燃比フィードバック制御を実施していることが前提であり、この運転状態が所定の時間継続した場合に、触媒劣化診断が実施される。なお、サブ空燃比フィードバック制御については、例えば、特許文献２の段落［００３８］に記載されているようにして行う。このとき、まず、ステップＳ８０１で、診断の継続時間を示す診断実施時間を初期化する。ステップＳ８０２では、触媒コンバータＭ２に吸蔵されている酸素量を示す触媒吸蔵量（以下、Ｏ２Ｓ量と記す）の相対変化量（以下、相対Ｏ２Ｓ量と記す）を０にリセットする。この値は、触媒コンバータＭ２に対して、酸素を供給する（すなわち、理論空燃比よりもリーン側で運転する）と増加し、反対に消費する（すなわち、理論空燃比よりもリッチ側で運転する）と減少する値である。一定の期間、内燃機関Ｍ１を理論空燃比で運転させると、触媒コンバータＭ２中のＯ２Ｓ量は、触媒コンバータＭ２が有する最大酸素吸蔵量の約半分で安定することが知られている。従って、ステップＳ８０２の処理が実施される状況においては、触媒コンバータＭ２中のＯ２Ｓ量は、その触媒コンバータが有する最大酸素吸蔵量の約半分となっている。

ステップＳ８０３では、触媒劣化診断の実施条件が継続しているかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ８０４に進む。一方、ＮＯの場合は処理を終了する。ステップＳ８０４，Ｓ８０５では、それぞれ、内燃機関Ｍ１のＡ／Ｆをリッチ化，リーン化する制御を実施する。これらの制御の目的は、診断対象となる触媒コンバータＭ２に対して、酸素を消費、あるいは、供給することで、触媒のＯＳＣ量を調整することである。触媒コンバータＭ２の最大酸素吸蔵量の範囲内で、ＯＳＣ量が増減しても、触媒コンバータ下流の酸素濃度は、ほぼ一定となるため、酸素濃度センサＭ４の出力はほとんど変化しない。すなわち、触媒コンバータの劣化度合いが小さい場合は、ステップＳ８０４，Ｓ８０５によるＯＳＣ量の増減操作によっても、酸素濃度センサＭ４の出力に変化は得られない。一方、触媒コンバータの劣化度合いが大きい場合は、触媒コンバータの最大酸素吸蔵量が少なくなっているため、前述のＯＳＣ量の増減操作によって、触媒コンバータの下流の酸素濃度が大きく変化する。この結果、酸素濃度センサＭ４の出力は大きく変動することになる。

ステップＳ８０６では、触媒劣化診断の期間が所定の時間を経過したかどうかを判断し、ＹＥＳの場合は、一連の触媒コンバータＭ２に対する酸素の消費，供給の操作を完了する。一方、ＮＯの場合は、触媒劣化診断を継続すべくステップＳ８０３に戻る。

次に、ステップＳ８０４の処理の詳細を図８Ａを用いて説明する。この処理は、触媒コンバータＭ２の酸素を消費する、すなわちＯＳＣ量を減少させることを目的としている。ステップＳ８Ａ０１で、サブ空燃比フィードバック制御で得られた中心Ａ／Ｆ（すなわち、理論空燃比）から所定量αだけリッチ側に目標Ａ／Ｆを設定する。この操作により、ＥＣＵ５は空燃比センサＭ２の出力が目標Ａ／Ｆに一致するように、インジェクタ３の燃料噴射量を調整する。この結果、内燃機関Ｍ１の空燃比は理論空燃比よりリッチとなる。

ステップＳ８Ａ０２では、相対Ｏ２Ｓ量を算出する。相対Ｏ２Ｓ量は触媒劣化診断が開始された時点からのＯ２Ｓ量の増減を示すものであり、ステップＳ８Ａ０１で内燃機関Ｍ１の空燃比がリッチ側に操作されていることから、次第に減少していく。なお、相対Ｏ２Ｓ量を求める式は、次式のとおりである。

相対Ｏ２Ｓ量（ｔ）＝相対Ｏ２Ｓ量（ｔ−１）＋｛（実Ａ／Ｆ（ｔ）− 中心Ａ／Ｆ）÷ 中心Ａ／Ｆ × Ｑａ（ｔ） × ΔＴ × ０．２３

ここで、「実Ａ／Ｆ」は内燃機関Ｍ１の実際の空燃比、「中心Ａ／Ｆ」は、サブ空燃比フィードバック制御で得られた理論空燃比、「Ｑａ」は、内燃機関Ｍ１の単位時間当たりの吸入空気量、「ΔＴ」は、相対Ｏ２Ｓ量を算出する時間間隔（例えば、１０ｍｓｅｃ）、「０．２３」は、「Ｑａ」中の酸素の質量比率（すなわち、大気中の酸素の質量比率）、各項の「ｔ」は時刻を表すパラメータである。

ステップＳ８Ａ０３では、ステップＳ８Ａ０２で求めた相対Ｏ２Ｓ量が目標Ｏ２Ｓ量（−側）以下となったかどうか判断する。ここで、目標Ｏ２Ｓ量（−側）は、劣化触媒の最大酸素吸蔵量の１／２より大きく、かつ、正常な触媒の最大酸素吸蔵量の１／２より小さくなるように予め設定されている。これは、触媒コンバータＭ２の下流の酸素濃度が、劣化触媒の場合に低く（すなわち、酸素濃度センサＭ４の出力は高電圧）、正常な触媒の場合に理論空燃比相当（すなわち、酸素濃度センサの出力は中間電圧）となることを狙って設定されている。なお、触媒の最大酸素吸蔵量は正の数であり、目標Ｏ２Ｓ量（−側）は便宜上、負の数となるため、符号を付した状態の大小関係は次の様になる。

（−１）×ＯＳＣ＿Ｎ÷２ ＜ 目標Ｏ２Ｓ量（−側） ＜ （−１）×ＯＳＣ＿Ｄ÷２

ここで、ＯＳＣ＿Ｎは、正常触媒の最大酸素吸蔵量、ＯＳＣ＿Ｄは、劣化触媒の最大酸素吸蔵量である。

ステップＳ８Ａ０３の判断がＹＥＳの場合はＡ／Ｆリッチ化制御を完了して処理を終了する。一方、ＮＯの場合はＡ／Ｆリッチ化制御を継続すべく、ステップＳ８Ａ０１に戻る。

次に、ステップＳ８０５の処理の詳細を図８Ｂを用いて説明する。この処理は、触媒コンバータＭ２に酸素を供給する、すなわち、ＯＳＣ量を増加させることを目的としている。ステップＳ８Ｂ０１で、サブ空燃比フィードバック制御で得られた中心Ａ／Ｆ（すなわち、理論空燃比）から所定量αだけリーン側に目標Ａ／Ｆを設定する。この操作により、ステップＳ８Ａ０１のＥＣＵ５によるインジェクタ３の制御の結果と同様に、内燃機関Ｍ１の空燃比は理論空燃比よりリーンとなる。ステップＳ８Ｂ０２での処理内容は、ステップＳ８Ａ０２と同じであるため説明は割愛する。

ステップＳ８Ｂ０３では、ステップＳ８Ａ０２で求めた相対Ｏ２Ｓ量が目標Ｏ２Ｓ量（＋側）以上となったかどうか判断する。ここで、目標Ｏ２Ｓ量（＋側）は、劣化触媒の最大酸素吸蔵量の１／２より大きく、かつ、正常な触媒の最大酸素吸蔵量の１／２より小さくなるように予め設定されている。これは、触媒コンバータＭ２の下流の酸素濃度が、劣化触媒の場合に高く（すなわち、酸素濃度センサＭ４の出力は低電圧）、正常な触媒の場合に理論空燃比相当（すなわち、酸素濃度センサの出力は中間電圧）となることを狙って設定されている。

ステップＳ８Ｂ０３の判断がＹＥＳの場合はＡ／Ｆリッチ化制御を完了して処理を終了する。一方、ＮＯの場合はＡ／Ｆリッチ化制御を継続すべく、ステップＳ８Ｂ０１に戻る。

前述の図８のステップＳ８０４およびＳ８０５のＡ／Ｆ操作による、相対Ｏ２量の挙動と酸素濃度センサＭ４の出力の挙動について、図１４に示すタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ０で、触媒劣化診断が開始される。時刻ｔ０以前はサブ空燃比フィードバック制御が所定時間以上継続しているため、触媒コンバータＭ２のＯＳＣ量は触媒の持つ最大酸素吸蔵量の約半分となっている。時刻ｔ０からステップＳ８０４のＡ／Ｆリッチ化制御を実施することにより、相対Ｏ２Ｓ量は低下する。ここで、触媒コンバータＭ２が劣化している場合は、相対Ｏ２Ｓ量の低下量が劣化触媒の最大酸素吸蔵量の１／２（図中では一点鎖線で記載）を下回ると、診断開始時に触媒コンバータＭ２内に蓄えられていた酸素は全て消費され、触媒コンバータＭ２の下流にリッチガスが放出される。この際、酸素濃度センサＭ４は高電圧側の出力となる。触媒コンバータＭ２が正常である場合は、この時点で触媒コンバータＭ２内に充分な酸素が残されているため、触媒コンバータ内の酸化還元反応は可能であり、理論空燃比相当のガスが放出される。従って、触媒コンバータＭ２が正常の場合は酸素濃度センサＭ４の出力は変動しない。更に、Ａ／Ｆリッチ化制御を継続すると、相対Ｏ２Ｓ量が目標Ｏ２Ｓ（−側）に達するタイミング（すなわち時刻ｔ１）で、ステップＳ８Ａ０１〜Ｓ８Ａ０３で示されたステップＳ８０４の処理は完了し、次のステップＳ８０５に進む。

時刻ｔ１からステップＳ８０５のリーン化制御を実施すると、相対Ｏ２Ｓ量は徐々に減少から増加方向に変化する。図１４では、最も相対Ｏ２Ｓ量が小さくなるタイミングにおいても、相対Ｏ２量の診断開始時（すなわち０）からの減少量は、正常触媒の最大酸素吸蔵量の１／２より少ないため、触媒コンバータ下流Ｍ５にリッチガスが放出されることは無い。すなわち、酸素濃度センサＭ４の出力は変動しない。一方で、触媒コンバータＭ２が劣化している場合は、実際のＡ／Ｆが理論空燃比よりリーン側になったタイミングから酸素濃度センサの出力が中間電圧に戻る。これは、前述のリッチ化制御で触媒コンバータＭ２内で完全に欠乏していた酸素がリーン化制御によって供給されて酸化還元反応が可能となり、触媒コンバータＭ２下流に理論空燃比相当のガスが排出されるようになったからである。このままリーン化制御を継続すると、触媒コンバータＭ２の下流からリーンガスが放出され、酸素濃度センサＭ４の出力は低電圧側に変化する。これは、リーン化制御の継続により、最大酸素吸蔵量を超える酸素が供給され、触媒内での酸化還元反応が出来なくなったことに起因する。つまり、Ａ／Ｆリーン化制御により、触媒コンバータＭ２に酸素が供給され始めてから、劣化触媒の最大触媒吸蔵量に達するまでの間は、酸素濃度センサＭ４の出力は理論空燃比相当の中間電圧で維持され、さらにＡ／Ｆリーン化制御を継続すると酸素濃度センサＭ４の出力は低電圧となる。

Ａ／Ｆリーン化制御により、相対Ｏ２Ｓ量が目標Ｏ２Ｓ（＋側）に達するタイミング（すなわち時刻ｔ２）でステップＳ８Ｂ０１〜Ｓ８Ｂ０３で示されたステップＳ８０５の処理は完了し、次のステップＳ８０６に進む。なお、触媒コンバータＭ２が正常である場合は、この時点においても触媒内の酸素は飽和しきっていないため、触媒コンバータ２内の酸化還元反応は可能であり、理論空燃比相当のガスが放出し続ける。従って、正常触媒の場合はリーン化制御においても酸素濃度センサＭ４の出力は変動しない。

前述のように、触媒劣化診断が実施される期間中に、ステップＳ８０４，Ｓ８０５による相対Ｏ２Ｓ量を制御対象としてＡ／Ｆリッチ化制御，リーン化制御を実施することにより、劣化触媒に対してのみ、酸素濃度センサＭ４の出力を変動させることができる。

次に、前述の触媒劣化検出用Ａ／Ｆ制御（ステップＳ８０１からＳ８０６まで）と同時並行的に実施される触媒劣化判定の処理を説明する。触媒劣化判定では、触媒コンバータの劣化度合いを示す劣化判定パラメータＳＩＡＭＰが、予め、劣化した触媒を基に設定した劣化判定基準値以上となる事で、触媒の劣化状態を判定する。劣化判定パラメータＳＩＡＭＰは、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定Ｍ５で得られる出力ＲＯ２’と、酸素濃度センサＭ４で得られる出力ＲＯ２の波形近似度を基に求められる。この波形近似度を算出するために、さらに振幅比ＡＭＰＲと面積比ＳＩＲといった２種類の指標値を算出する。

まず、振幅比ＡＭＰＲの算出方法について説明する。ＡＭＰＲは、ＡＭＰＲ＝ΣＡＭＰＲＯ２÷ΣＡＭＰＲＯ２’の式で求められる。ここで、ΣＡＭＰＲＯ２はＲＯ２の波形の振幅を積算して求めたもの、ΣＡＭＰＲＯ２’はＲＯ２’の波形の振幅を積算して求めたもの、である。

ΣＡＭＰＲＯ２の算出方法について、図１１を用いて説明する。酸素濃度センサＭ４の出力が予め定められた電圧値を横切る（以降、反転する、と表現する）毎に、直前で求められたＲＯ２の最大値と最小値から振幅ＡＭＰＲＯ２を算出し、ΣＡＭＰＲＯ２に積算していく。図１１では、この反転タイミングを、ｔ１，ｔ２…で表しており、このタイミングでのΣＡＭＰＲＯ２の算出結果を示している。この操作を触媒劣化診断条件が継続する間繰り返す。ΣＡＭＰＲＯ２’の算出の仕方は、前述のΣＡＭＰＲＯ２に準じており、対象波形をＲＯ２の代わりにＲＯ２’として読み替える。反転タイミングは、また、酸素濃度センサＭ４の出力ではなく、空燃比センサＭ３の出力が予め定められたＡ／Ｆ値を横切る（反転する）タイミングが適用される。

次に、面積比ＳＩＲの算出方法について説明する。ＳＩＲは、ＳＩＲ＝ΣＳ＿ＲＯ２÷ΣＳ＿ＲＯ２’の式で求められる。ここで、ΣＳ＿ＲＯ２はＲＯ２の波形と、ＲＯ２にフィルタを通して得られた波形ＲＯ２Ｆとで囲まれた面積、ΣＳ＿ＲＯ２’はＲＯ２’の波形と、ＲＯ２’にフィルタを通して得られた波形ＲＯ２’Ｆとで囲まれた面積、である。

ΣＳ＿ＲＯ２の算出方法について、説明する。ＲＯ２ＦはＲＯ２より次の式で求められる。ＲＯ２Ｆ（ｔ）＝Ｋ２×ＲＯ２Ｆ（ｔ−１）＋｛１−Ｋ２｝×ＲＯ２（ｔ）。ここで、Ｋ２はフィルタ定数である。次に所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）にΣＳ＿ＲＯ２（ｔ）＝ΣＳ＿ＲＯ２（ｔ−１）＋｜ＲＯ２（ｔ）−ＲＯ２Ｆ（ｔ）｜として、触媒劣化診断実施条件が終了するまでΣＳ＿ＲＯ２（ｔ）の算出を継続する。この結果、図１３に示すように、ＲＯ２とＲＯ２Ｆで囲まれた面積として、ΣＳ＿ＲＯ２が求まる。ΣＳ＿ＲＯ２’（ｔ）の算出の仕方も、前述のΣＳ＿ＲＯ２に準じており、対象波形をＲＯ２の代わりにＲＯ２’として読み替える。

振幅比ＡＭＰＲ，面積比ＳＩＲは共に、ＲＯ２とＲＯ２’の波形の近似度が高いほど、１．０に近づく。触媒の劣化状態を判定する劣化判定パラメータＳＩＡＭＰは、ＳＩＡＭＰ＝ＡＭＰＲ×ＳＩＲで求められるため、ＡＭＰＲ，ＳＩＲと同様に、ＲＯ２とＲＯ２’の波形の近似度が高いほど１．０に近づく。一方で、ＲＯ２とＲＯ２’の波形の近似度が低い場合は、ＳＩＡＭＰの値は０に近づく。例えば、触媒コンバータＭ２が正常である場合、前述した触媒劣化検出用Ａ／Ｆ制御を適用しても、酸素濃度センサＭ４の変動量は極めて少なく、振幅の変動量を０と仮定すると、前述したΣＡＭＰＲＯ２は０となり、ＡＭＰＲも０となる。この結果、ＳＩＡＭＰも０になる。従って、診断と対象となる触媒コンバータＭ２の劣化度に応じて、劣化判定パラメータＳＩＡＭＰは０〜１の値をとることが分かる。ここで、内燃機関Ｍ１の排ガスが、法令の定めた値を超過する程度まで劣化した触媒を、前述した装置を用いて計測した場合に、ＳＩＡＭＰ＝０．５が得られたならば、劣化判定基準値を０．４とすることで、法令の定めた値を超過する前に、対象となる触媒コンバータＭ２を劣化として判定出来る。

次に、前述した一連の触媒劣化判定の処理の詳細を図９のフローチャートを用いて説明する。まず、触媒劣化診断の実施条件が成立した場合に、ステップＳ９０１で振幅比ＡＭＰＲ，面積比ＳＩＲを０に初期化しておく。また、ＡＭＰＲ，ＳＩＲの算出過程で使用する各種パラメータ（後述する）も同様に０に初期化しておく。次に、ステップＳ９０２で触媒劣化診断の実施条件が継続して成立しているかどうかを判断する。ＹＥＳの場合は、既にステップＳ６０１〜６０３で説明した、触媒劣化時の酸素濃度センサ出力ＲＯ２’の推定を行なう。ＮＯの場合は処理を終了する。

ステップＳ６０１〜Ｓ６０３でＲＯ２’を算出した後、ステップＳ９０３で振幅比ＡＭＰＲの算出を行なう。この処理の詳細は、図１０のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１００１では触媒劣化時酸素濃度センサ出力ＲＯ２’の最大値、最小値の更新を行なう。この処理は図１０Ａでその詳細を説明する。ステップＳ１０ａ０１で、ＲＯ２’が、この時点までのＲＯ２’の最大値ＲＯ２’ＭＸ以上かどうか判断する。ＹＥＳの場合は、ステップＳ１０ａ０２に進み、ＲＯ２’ＭＸにＲＯ２’を代入して処理を終了する。ＮＯの場合はステップＳ１０ａ０３に進み、この時点までのＲＯ２’の最小値ＲＯ２’ＭＮ以下かどうか判断する。ＹＥＳの場合は、ステップＳ１０ａ０４に進み、ＲＯ２’ＭＮにＲＯ２’を代入して処理を終了する。ＮＯの場合は、そのまま処理を終了する。

ステップＳ１００２では酸素濃度センサ出力ＲＯ２の最大値、最小値の更新を行なう。この処理は図１０Ｂでその詳細を示しているが、対象がＲＯ２’とＲＯ２で異なる以外は、本質的に図１０Ａの処理内容と同じであるため、説明を割愛する。

ステップＳ１００３では、空燃比センサＭ３の出力が反転した際のＲＯ２’の振幅の積算処理を行なう。この処理は図１０Ｃでその詳細を説明する。ステップＳ１０ｃ０１では、空燃比センサＭ３の出力が反転したかどうかを判断する。ＹＥＳの場合はステップＳ１０ｃ０２へ進む。ＮＯの場合はそのまま処理を終了する。ステップＳ１０ｃ０２では、ＲＯ２’の反転方向に関して、リッチからリーン方向へ反転したかどうかを判断する。ＹＥＳの場合は、ステップＳ１０ｃ０３で、この時点でのＲＯ２’の最大値ＲＯ２’ＭＸと最小値ＲＯ２’ＭＮの差より、振幅ＡＭＰＲＯ２’を求める。この後、ステップＳ１０ｃ０４で、最小値ＲＯ２’ＭＮに最大値ＲＯ２’ＭＸを代入することによりＲＯ２’ＭＮをリセットする。ステップＳ１０ｃ０５はステップＳ１０ｃ０３と同じ処理である。ステップＳ１０ｃ０５の後、ステップＳ１０ｃ０６に進み、最大値ＲＯ２’ＭＸに最小値ＲＯ２’ＭＮを代入することによりＲＯ２’ＭＸをリセットする。ステップＳ１０ｃ０７では、ステップＳ１０ｃ０３あるいはＳ１０ｃ０５で求めた振幅をΣＡ＿ＲＯ２’として積算し、処理を終了する。

ステップＳ１００４では酸素濃度センサＭ４の出力が反転した際のＲＯ２の振幅の積算処理を行なう。この処理は図１０Ｄでその詳細を示しているが、反転判断の対象が空燃比センサと酸素濃度センサで異なること、また、処理する波形の対象がＲＯ２’とＲＯ２で異なる以外は、本質的に図１０−（ｃ）の処理内容と同じであるため、説明を割愛する。

ステップＳ１００５では、ステップＳ１００３，Ｓ１００４で求めた振幅積算値ΣＡ＿ＲＯ２’，ΣＡ＿ＲＯ２から、振幅比ＡＭＰＲを ＡＭＰＲ＝ΣＡ＿ＲＯ２÷ΣＡ＿ＲＯ２’で求め、処理を終了する。

再び、図９に戻って説明する。次に、ステップＳ９０４で面積比ＳＩＲの算出を行なう。この処理の詳細は、図１２のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１２０１では、触媒劣化時酸素濃度センサ出力の推定値ＲＯ２’によって囲まれた面積ΣＳ＿ＲＯ２’を求める。この処理は図１２Ａでその詳細を示している。ステップＳ１２ａ０１でＲＯ２’にフィルタを適用した出力ＲＯ２’Ｆを求める。これは、ＲＯ２’Ｆ（ｔ）＝Ｋ２×ＲＯ２’Ｆ（ｔ−１）＋｛１−Ｋ２｝×ＲＯ２’（ｔ）の算式から求められる。次にステップＳ１２ａ０２で、｜ＲＯ２’（ｔ）−ＲＯ２’Ｆ（ｔ）｜を算出し、ΣＳ＿ＲＯ２’（ｔ）に積算する。この処理は所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に行なわれるので、ΣＳ＿ＲＯ２’は、ＲＯ２’（ｔ）とＲＯ２Ｆ’（ｔ）で囲まれた面積となる。

ステップＳ１２０２では酸素濃度センサ出力ＲＯ２によって囲まれた面積ΣＳ＿ＲＯ２を求める。この処理は図１２Ｂでその詳細を示しているが、対象がＲＯ２’とＲＯ２で異なる以外は、本質的に図１２Ｂの処理内容と同じであるため、説明を割愛する。

ステップＳ１２０３では、ステップＳ１２０１とＳ１２０２で求めた面積ΣＳ＿ＲＯ２’，ΣＳ＿ＲＯ２から、面積比ＳＩＲを ＳＩＲ＝ΣＳ＿ＲＯ２÷ΣＳ＿ＲＯ２’で求め、処理を終了する。

再度、図９に戻って説明する。ステップＳ９０５では、触媒劣化診断の実施条件成立時間が所定時間継続しているかどうか判断する。ＹＥＳの場合は、ステップＳ９０６に進み、劣化判定パラメータＳＩＡＭＰをＳＩＡＭＰ＝ＳＩＲ×ＡＭＰＲの式で算出する。ＮＯの場合は、ステップＳ９０２に戻って診断を継続する。ステップＳ９０７で劣化判定パラメータＳＩＡＭＰが劣化判定基準値（例えば、０．４）より大きいかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ９０８で劣化と判定して処理を終了する。ＮＯの場合はステップＳ９０９で正常と判定して処理を終了する。

このように、本実施の形態１によれば、触媒コンバータの上流に配設された空燃比センサの出力信号を、触媒下流に配設された酸素濃度センサの出力信号相当値に変換するため、触媒コンバータが完全に劣化した状態における酸素濃度センサの出力信号を推定することができる。この信号と酸素濃度センサの出力信号の物理的な次元は一致し、これらの信号の軌跡を利用して触媒コンバータの劣化判定パラメータを算出することによって、触媒コンバータの劣化状況に対して相関性の高い指標値が得られる。従って、信頼性の高い触媒コンバータの劣化判定の結果を得ることが可能となる。

また、本実施の形態１によれば、空燃比センサＭ３の出力と酸素濃度センサＭ４の出力の応答時間差を調整する手段を有するため、酸素濃度センサの出力信号の推定値と実際の酸素濃度センサとの応答ズレに起因する波形の歪みを解消することが出来るので、図７のように波形の近似度が向上する。ひいては、劣化判定パラメータの精度が向上し、信頼性の高い触媒コンバータの判定結果を得ることが可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２における内燃機関および内燃機関の制御装置の構成は図２に示す通りである。個々の構成要素に関しては、内燃機関の制御装置５を除いて、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を割愛する。ここで、内燃機関の制御装置５に関して、実施の形態１との構成の差異を明確化するために、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、本実施の形態２における構成図である。また、図１６は本実施の形態２における概念構成を示す図である。

図１５において、図１の構成との違いは、運転状態検出手段Ｍ１０の出力を、相対Ｏ２ストレージ量算出手段Ｍ８だけでなく、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５へも入力するようにした点である。他の構成については、図１の構成と同じである。また、図１６において、図３との構成の違いは、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５に、フィルタゲイン調整手段Ｍ５３を追加し、前述した運転状態検出手段Ｍ１０の出力をフィルタゲイン調整手段Ｍ５３へ入力するようにした点である。フィルタゲイン調整手段Ｍ５３は、内燃機関Ｍ１の運転状態（少なくとも、回転速度および吸入空気量等を示すパラメータを含む）に基づいて、空燃比センサＭ３と酸素濃度センサＭ４との出力応答の差を吸収するフィルタゲインを調整する。他の構成については、図３と同じである。

内燃機関Ｍ１の回転速度や充填効率が変わると、酸素濃度センサＭ４に対する排気ガスの当たり方が変わるので、酸素濃度センサＭ４の応答性が変化する。そこで、図１７に示す内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃから参照するフィルタゲインの３次元マップＴＣＡＴＦＧ（Ｎｅ，Ｅｃ）を酸素濃度センサの出力推定に利用する。具体的には、図６のステップＳ６０２でフィルタ処理する際に、Ｋ１＝ＴＣＡＴＦＧ（Ｎｅ，Ｅｃ）とする。

このように、本実施の形態２によれば、運転状態に応じて変化する酸素濃度センサＭ４の応答性に対して、最適なフィルタゲインを選択することで、運転状態に関わらず、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５による、劣化触媒に対する酸素濃度センサＭ４の出力波形の近似度が向上する。ひいては、劣化判定パラメータの精度が向上し、信頼性の高い触媒コンバータの判定結果を得ることが可能となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態２における内燃機関および内燃機関の制御装置の構成は図２に示す通りである。個々の構成要素に関しては、内燃機関の制御装置５を除いて、実施の形態１および実施の形態２と同じであるため、ここでは説明を割愛する。ここで、内燃機関の制御装置５に関して、実施の形態１および実施の形態２との構成の差異を明確化するために、図１８を用いて説明する。

図１８は、本実施の形態３における概念構成を示す図である。図１８において、図１６の構成との違いは、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５に、変換テーブル切替手段Ｍ５４を追加し、前述した運転状態検出手段Ｍ１０の出力をフィルタゲイン調整手段Ｍ５３だけでなく、変換テーブル切替手段Ｍ５４にも入力するようにした点である。他の構成については、図１６と同じである。なお、変換テーブル切替手段Ｍ５４は、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２で使用する変換テーブルＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ（図５に記載）を運転状態検出手段Ｍ１０の出力に応じて切り替えるものである。

酸素濃度センサＭ４のＡ／Ｆに対する出力電圧の関係は、一般に素子温度に依存して変化する。この様子を図１９に示す。Ａ／Ｆがリッチの場合、素子温度が低くなると、素子温度が高い場合に比べて、出力電圧が高くなる。一方、Ａ／Ｆがリーンの場合は、素子温度が低くなると、素子温度が高い場合に比べて、出力電圧が低くなる。酸素濃度センサＭ４の素子温度は、内燃機関Ｍ１から排出される排気ガスの温度に依存する。また、排ガスの温度は、内燃機関Ｍ１の回転速度および充填効率に依存する（一般的に、回転速度が高い場合、充填効率が高い場合に排ガス温度が高くなる）。そこで、素子温度毎に、Ａ／Ｆから出力電圧に変換する３次元マップＴＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤ（Ａ／Ｆ，ＴＭＰ）と、内燃機関Ｍ１の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃとから、前述ＴＣＮＶ＿ＡＦ＿ＬＭＤを選択するための素子温度ＴＭＰを求める３次元マップＴＴＭＰ（Ｎｅ，Ｅｃ）とを予め用意しておき、それらを利用する。これらはそれぞれ図２０と図２１に示している。

これにより、変換テーブル切替手段Ｍ５４は、図２１の３次元マップを用いて、内燃機関Ｍ１の運転状態から酸素濃度センサＭ４の素子温度を推定し、図２２の３次元マップを用いて、酸素濃度センサＭ４の素子温度に基づいて、酸素濃度センサＭ４の空燃比対出力電圧の関係を切り替える。

このように、本実施の形態３によれば、素子温度に依存して変化する酸素濃度センサＭ４のＡ／Ｆに対する出力電圧に対して、Ａ／Ｆから出力電圧に変換するテーブルを素子温度に応じて選択することになる。この結果、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５による、劣化触媒に対する酸素濃度センサＭ４の出力波形の近似度が向上する。ひいては、劣化判定パラメータの精度が向上し、信頼性の高い触媒コンバータの判定結果を得ることが可能となる。

また、このように、本実施の形態３によれば、内燃機関Ｍ１の運転状態から酸素濃度センサＭ４の素子温度を推定するため、高い排ガス温度を計測できる高価な温度センサ等を使用すること無しに、Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段Ｍ５２の変換テーブルを適切に選択できる。この結果、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段Ｍ５による、劣化触媒に対する酸素濃度センサＭ４の出力波形の近似度を向上しつつ、コストダウンが図れる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関および内燃機関の制御装置の構成を示した構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における触媒劣化酸素濃度センサ出力推定手段の構成を示した構成図である。 酸素濃度センサのＡ／Ｆと出力電圧の関係を示す図である。 Ａ／Ｆと出力の関係を２次元テーブル化した図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 空燃比センサの出力を触媒劣化時の酸素濃度センサの推定出力に変換したタイミングチャートである。 空燃比センサの出力を触媒劣化時の酸素濃度センサの推定出力に変換したタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 酸素濃度センサの出力の振幅を積算する過程を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 酸素濃度センサの出力とその出力をフィルタ処理した出力で囲まれる面積を示した図である。 Ａ／Ｆ制御と相対Ｏ２Ｓ量と酸素濃度センサの出力の関係を示したタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置における触媒劣化酸素濃度センサ出力推定手段の構成を示した構成図である。 フィルタゲインの３次元マップである。 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置における触媒劣化酸素濃度センサ出力推定手段の構成を示した構成図である。 素子温度を変化させた際の、酸素濃度センサのＡ／Ｆと出力電圧の関係を示す図である。 素子温度を変化させた際の、酸素濃度センサのＡ／Ｆと出力電圧の関係を３次元マップ化した図である。 運転状態と素子温度の関係を示す図である。 内燃機関の空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作した際の空燃比センサのＡ／Ｆと酸素濃度センサの出力電圧を示す図である。

符号の説明

１ クランク角センサ、２ エアーフローセンサ、３ インジェクタ、４ 点火プラグ、５ ＥＣＵ、Ｍ１ 内燃機関、Ｍ２ 触媒コンバータ、Ｍ３ 空燃比センサ、Ｍ４ 酸素濃度センサ、Ｍ５ 触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段、Ｍ６ 劣化判定パラメータ算出手段、Ｍ７ 劣化判定手段、Ｍ８ 相対Ｏ２ストレージ量算出手段、Ｍ９ 空燃比制御手段、Ｍ１０ 運転状態検出手段、Ｍ１１ 燃料噴射量調整手段、Ｍ５１ 出力応答調整手段、Ｍ５２ Ａ／Ｆ→λＯ２出力変換手段、Ｍ５３ フィルタゲイン調整手段、Ｍ５４ 変換テーブル切替手段。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、
   前記触媒コンバータの上流に配設され、前記内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記触媒コンバータの下流に配設され、前記触媒コンバータより下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
   前記空燃比センサの出力と前記酸素濃度センサの出力とに基づいて、前記触媒コンバータの劣化を診断する触媒劣化診断手段と
   を備え、
   前記触媒劣化診断手段は、
   前記空燃比センサの出力と運転状態とに基づいて、前記触媒コンバータへ供給あるいは前記触媒コンバータから消費する酸素量を算出する相対Ｏ２ストレージ量算出手段と、
   前記相対Ｏ２ストレージ量算出手段の算出結果に基づいて、空燃比をリッチ、リーンの交互に操作する空燃比制御手段と、
   前記空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒コンバータが劣化した場合の酸素濃度センサ出力を推定する触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段と、
   前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段の出力と前記酸素濃度センサの出力の近似度から触媒の劣化度を劣化判定パラメータとして算出する劣化判定パラメータ算出手段と、
   前記劣化判定パラメータ算出手段から算出された劣化判定パラメータの値が所定の値を超過した場合に、前記触媒コンバータの状態を劣化として判定する劣化判定手段と
   を有し、
   前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段は、前記空燃比センサの出力を前記酸素濃度センサの空燃比対出力電圧の関係を基に出力変換して、前記酸素濃度センサ出力の推定を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段は、前記空燃比センサと前記酸素濃度センサの出力応答の差を吸収する出力応答調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記応答調整手段は、内燃機関の回転速度および吸入空気量を示すパラメータを少なくとも含む運転状態に基づいて、前記空燃比センサと前記酸素濃度センサとの出力応答の差を吸収するフィルタゲインを調整するフィルタゲイン調整手段を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段は、前記酸素濃度センサの素子温度を基に前記酸素濃度センサの空燃比対出力電圧の関係を切り替える変換テーブル切替手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記変換テーブル切替手段は、内燃機関の運転状態から前記酸素濃度センサの素子温度を推定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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