JP2015121143A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射量の過補正を防止して空燃比制御の精度をより一層向上させる。【解決手段】排気浄化用の触媒の上流に設けられた空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御において、空燃比センサの出力信号を目標空燃比に対応した目標値と比較し、その大小関係に応じて現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであるかリッチであるかを判定し、現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであると判定している間は燃料噴射量を徐々に増加させるように補正量を変化させる一方、現在の空燃比が目標空燃比よりもリッチであると判定している間は燃料噴射量を徐々に減少させるように補正量を変化させる。その上で、空燃比センサの出力信号が目標値を横切るように変化したときには、遅延時間の経過を待ってから判定させ、遅延時間中における補正量の単位時間あたりの変化量を、遅延時間外における補正量の単位時間あたりの変化量よりも小さくする。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関における燃料噴射量を調整して空燃比を制御する制御装置に関する。

一般に、内燃機関の排気通路には、内燃機関の気筒から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xを酸化／還元して無害化する三元触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xの全てを効率よく浄化するには、排気ガスの空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収める必要がある。そのために、触媒の上流及び下流にそれぞれ空燃比センサを配し、それら空燃比センサの出力信号を用いる二重のフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御する。

図７に、この空燃比フィードバック制御の内容を示している。内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、気筒に充填される吸気（新気）の量に比例する基本噴射量に、触媒に流入するガスの空燃比に応じて変動するフィードバック補正係数ＦＡＦを乗じることで、インジェクタからの燃料噴射量を決定する。

ＥＣＵは、触媒の上流側のガスの空燃比を検出するフロントＯ₂センサの出力電圧を、目標空燃比に相当する電圧値（鎖線で表す）と比較して、その目標電圧値よりも高ければ空燃比リッチ、その目標電圧値よりも低ければ空燃比リーンと判定する。但し、フロントＯ₂センサの出力電圧が目標電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間の経過を待ってから判定結果を反転させる。つまり、フロントＯ₂センサの出力電圧がリーンからリッチに切り替わった（目標電圧値を上回った）際には、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。並びに、フロントＯ₂センサの出力電圧がリッチからリーンに切り替わった（目標電圧値を下回った）際には、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。

ＥＣＵは、触媒の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。具体的には、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを単位時間あたりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、フィードバック補正係数ＦＡＦを単位時間あたりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる（以上、下記特許文献を参照）。

特開２０１０−１３８７９１号公報

上掲の空燃比フィードバック制御によれば、フロントＯ₂センサの出力電圧がリーンからリッチに切り替わった直後のリッチ判定遅延時間ＴＤＲ中に、フィードバック補正係数ＦＡＦを増加させることになる。実際のガスの空燃比が既に目標空燃比に比してリッチであるにもかかわらず、燃料噴射量を増量補正することから、却って空燃比が目標から逸脱し、燃料の浪費とともに有害物質の排出量の増大を招く懸念がある。

同様に、フロントＯ₂センサの出力電圧がリッチからリーンに切り替わった直後のリーン判定遅延時間ＴＤＬ中には、フィードバック補正係数ＦＡＦを減少させてしまう。実際のガスの空燃比が既に目標空燃比に比してリーンであるにもかかわらず、燃料噴射量を減量補正することから、却って空燃比が目標から逸脱し、有害物質の排出量の増大を招くだけでなく、気筒の燃焼室内で失火が発生してドライバビリティを低下させる懸念がある。

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、燃料噴射量の過補正を防止して空燃比制御の精度をより一層向上させることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の上流に設けられた空燃比センサの出力信号を参照して空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、前記空燃比センサの出力信号を目標空燃比に対応した目標値と比較し、その大小関係に応じて現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであるかリッチであるかを判定し、現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであると判定している間は燃料噴射量を徐々に増加させるように補正量を変化させる一方、現在の空燃比が目標空燃比よりもリッチであると判定している間は燃料噴射量を徐々に減少させるように補正量を変化させるものであり、前記空燃比センサの出力信号が前記目標値を横切るように変化したときには、即時に前記判定の結果を反転させるのではなく、遅延時間の経過を待ってから前記判定の結果を判定させ、なおかつ、前記遅延時間中における前記補正量の単位時間（または、制御サイクル、演算サイクル）あたりの変化量を、前記遅延時間外における前記補正量の単位時間あたりの変化量よりも小さくする（０にすることを含む）内燃機関の制御装置を構成した。

内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の上流側の空燃比を強制的に変動させてから下流側の空燃比が変動するまでの間の経過時間を計測することを通じて、触媒の酸素吸蔵能力を推算し、推算した酸素吸蔵能力の大きさを判定閾値と比較して触媒の劣化診断を行うダイアグノーシス機能を有するものにおいては、前記劣化診断を実行している場合の前記補正量の単位時間あたりの変化量を、前記劣化診断を実行していない場合の前記補正量の単位時間あたりの変化量よりも大きくすることが好ましい。さすれば、触媒の劣化診断を速やかに遂行することができる。

本発明によれば、燃料噴射量の過補正を防止して空燃比制御の精度をより一層向上させることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 フロントＯ₂センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。 制御中心補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示するグラフ。 リアＯ₂センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。 触媒のダイアグノーシスのためのアクティブ制御の内容を説明するタイミング図。 フロントＯ₂センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。 従来の空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサ４３、４４について、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ₂センサを想定している。Ｏ₂センサ４３、４４の出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。

本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒１から排出され触媒４１へと導かれる排気ガスの空燃比をフィードバック制御する。ＥＣＵ０は、まず、吸気圧及び吸気温、エンジン回転数、要求ＥＧＲ率等から、気筒１に充填される新気の量を算出し、これに見合った基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１の上流側の空燃比に応じて定まるフィードバック補正係数ＦＡＦで補正し、さらには内燃機関の状況に応じて定まる各種補正係数Ｋやインジェクタ３６の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

触媒４１の上流側の空燃比信号ｆを参照したフィードバック制御は、例えば、内燃機関の冷却水温が所定温度以上であり、燃料カット中でなく、パワー増量中でなく、内燃機関の始動から所定時間が経過し、フロントＯ₂センサ４３が活性中、吸気圧が正常である、等の諸条件が全て成立している場合に行う。

図２に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比を検出するセンサであるフロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆを、目標空燃比に相当する目標電圧値（鎖線で表す）と比較して、その目標電圧値よりも高ければリッチ、その目標電圧値よりも低ければリーンと判定する。

但し、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが目標電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬの経過を待ってから判定結果を反転させる。つまり、ＥＣＵ０は、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆがリーンからリッチに切り替わった（目標電圧値を上回った）時点では、依然として空燃比はリーンであると判定し、当該時点からリッチ判定遅延時間ＴＤＲが経過した後に、はじめて空燃比がリッチになったと判定する。同様に、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆがリッチからリーンに切り替わった（目標電圧値を下回った）時点では、依然として空燃比はリッチであると判定し、当該時点からリーン判定遅延時間ＴＤＬが経過した後に、はじめて空燃比がリーンになったと判定する。

そして、ＥＣＵ０は、上に述べた触媒４１の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。具体的には、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを単位時間あたりリーン積分値ＫＩＭ（遅延時間ＴＤＬ中においては、ＫＩＭ’）だけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、フィードバック補正係数ＦＡＦを単位時間あたりリッチ積分値ＫＩＰ（遅延時間ＴＤＲ中においては、ＫＩＰ’）だけ逓増させる。

なお、ＥＣＵ０におけるガスの空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した（遅延時間ＴＤＲが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。並びに、ＥＣＵ０におけるガスの空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した（遅延時間ＴＤＬが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。

フィードバック補正量ＦＡＦが減少すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。逆に、フィードバック補正量ＦＡＦが増加すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。

遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬは、制御中心補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示する。補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲ（実線で表す）は延長され、リーン判定遅延時間ＴＤＬ（破線で表す）は短縮される。さすれば、フィードバック補正量ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリッチ側に変位する。

他方、補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮され、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長される。さすれば、フィードバック補正量ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリーン側に変位する。

ＥＣＵ０は、空燃比のフィードバック制御中、上記の制御中心補正量ＦＡＣＦをも算出する。原則として、ＦＡＣＦは、触媒４１の下流側の空燃比に応じて定まる。触媒４１の下流側の空燃比信号ｇを参照したフィードバック制御は、例えば、冷却水温が所定温度以上であり、空燃比フィードバック制御の開始から所定時間が経過し、フロントＯ₂センサ４３及び／またはリアＯ₂センサ４４が活性してから所定時間が経過し、過渡期の燃料補正量が所定値を下回り、アイドル状態で車速が０若しくは０に近い所定値以下であるかまたは非アイドル状態で所定の運転領域にある、等の諸条件が全て成立している場合に行う。

図４に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の下流側のガスの空燃比を検出するセンサであるリアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇを、目標空燃比に相当する目標電圧値（鎖線で表す。この電圧値は、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆの目標電圧値とは一致しないことがある）と比較して、その目標電圧値よりも高ければリッチ、その目標電圧値よりも低ければリーンと判定する。そして、センサ出力ｇがリッチである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間あたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる。既に述べたように、補正量ＦＡＣＦの減少に伴い、空燃比制御中心はリーンへと向かう。

逆に、センサ出力ｇがリーンである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間あたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。補正量ＦＡＣＦの増加に伴い、空燃比制御中心はリッチへと向かう。

しかして、本実施形態では、図２に示しているように、上記の遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬ中におけるフィードバック補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＰ’、ＫＩＭ’（の絶対値）を、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬ外におけるフィードバック補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＰ、ＫＩＭ（の絶対値）よりも小さくして、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬ中の燃料噴射量の過補正を抑止するようにしている。

リッチ判定遅延時間ＴＤＲ中のリッチ積分値ＫＩＰ’、及びリーン判定遅延時間ＴＤＬ中のリーン積分値ＫＩＭ’の決め方は、幾つか考えられる。例えば、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆの単位時間あたり変化量（増大量または減少量）が大きい、即ちフロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆの変動が急峻であるほど、リッチ積分値ＫＩＰ’及び／またはリーン積分値ＫＩＭ’を小さくして、触媒４１に流入するガスの実際の空燃比に反した燃料噴射量の過補正を阻止する。

内燃機関の負荷（アクセル開度、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される新気量または燃料噴射量）が大きいほど、リッチ積分値ＫＩＰ’及び／またはリーン積分値ＫＩＭ’を小さくすることも好ましい。内燃機関の負荷が大きい、即ち元々の基本噴射量ＴＰが多いほど、フィードバック補正係数ＦＡＦを乗じることによる燃料噴射量の増量分または減量分が多くなり、過補正の影響が大となるからである。

気筒１に充填される新気量、ＥＧＲガス量及び空燃比等から触媒４１に流入する酸素の量を推算し、その酸素の量が多いほどリーン積分値ＫＩＭ’を小さくすることとしてもよい。これは、空燃比の過度なリーン化や触媒４１に過剰な量の酸素が吸蔵されることを予防し、混合気の燃焼の安定化、触媒４１によるＮＯ_xの浄化能の維持のために有効である。

エンジン回転数の単位時間あたり変化量（加速度または減速度）が所定以下に小さい定常運転中において、リッチ積分値ＫＩＰ’及び／またはリーン積分値ＫＩＭ’を０に設定しても構わない。この場合、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬ中にフィードバック補正量ＦＡＦが変動せず一定となる。

ところで、本実施形態のＥＣＵ０は、触媒４１の最大酸素吸蔵能力を推定するとともに、推定した最大酸素吸蔵能力値を劣化判定値と比較して、当該触媒４１が正常であるか異常であるかを判定するダイアグノーシスを行う機能を有している。

触媒４１の酸素吸蔵能力は既知の任意の手法を採用して推算することができるが、ここではその一典型例を示す。内燃機関の気筒１に空燃比リーンの混合気を供給して触媒４１の酸素吸蔵能力一杯まで酸素を吸蔵している状態から、気筒１に供給する混合気を意図的に空燃比リッチに操作するアクティブ制御を実行する。すると、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆは即座に空燃比リッチを示す。これに対し、リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇは、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆに遅れて空燃比リッチを示す。フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆが空燃比リッチを示してから（または、混合気を空燃比リッチに操作してから）リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇが空燃比リッチを示すまでの間、触媒４１に吸蔵していた酸素が放出されて酸素の不足が補われるためである。

フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆが空燃比リッチを示してから、リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇが空燃比リッチを示すまでの間に経過した時間をＴ_Rとおき、このＴ_Rの間に供給した燃料の総重量をＧ_F、理論空燃比とリッチ時の空燃比との差分をΔＡ／Ｆ_Rとおくと、Ｔ_Rの間に触媒４１中で不足した酸素量は、
（α・ΔＡ／Ｆ_R・Ｇ_F）
となる。αは、空気中に占める酸素の重量割合（≒０．２３）である。

上式は、Ｔ_Rの時点までに触媒４１が放出した酸素の量を表している。供給した燃料の総重量Ｇ_Fは、ＥＣＵ０において演算することができる。即ち、一回の燃料噴射機会における燃料噴射量は、空燃比を理論空燃比よりもリッチな（１４．６よりも小さい）所定値とするために必要な量であり、その噴射量に単位時間当たりの膨張行程回数（エンジン回転数に比例）を乗じれば、単位時間当たりの燃料供給量となる。そして、単位時間当たりの燃料供給量に経過時間Ｔ_Rを乗じれば、供給した燃料の総重量Ｇ_Fとなる。要するに、リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇが空燃比リッチを示した時点での経過時間Ｔ_Rに基づいて、触媒４１の最大酸素放出能力を算出することが可能である。この最大酸素放出能力は、最大酸素吸蔵能力と同義である。

あるいは、内燃機関の気筒１に空燃比リッチの混合気を供給して触媒４１に酸素を全く吸蔵していない状態から、気筒１に供給する混合気を意図的に空燃比リーンに操作するアクティブ制御を実行する。すると、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆは即座に空燃比リーンを示す。これに対し、リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇは、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆに遅れて空燃比リーンを示す。フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆが空燃比リーンを示してから（または、混合気を空燃比リーンに操作してから）リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇが空燃比リーンを示すまでの間、過剰な酸素が触媒４１に吸着するためである。

フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆが空燃比リーンを示してから、リアＯ₂センサ４４の出力信号ｇが空燃比リーンを示すまでの間に経過した時間をＴ_Lとおき、このＴ_Lの間に供給した燃料の総重量をＧ_F、リーン時の空燃比と理論空燃比との差分をΔＡ／Ｆ_Lとおくと、Ｔ_Lの間に触媒４１中で過剰となった酸素量は、
（α・ΔＡ／Ｆ_L・Ｇ_F）
となる。

上式は、Ｔ_Lの時点で触媒４１が吸蔵している酸素の量を表している。供給した燃料の総重量Ｇ_Fはやはり、ＥＣＵ０において演算することができる。即ち、一回の燃料噴射機会における燃料噴射量は、空燃比を理論空燃比よりもリーンな（１４．６よりも大きい）所定値とするために必要な量であり、その噴射量に単位時間当たりの膨張行程回数を乗じれば単位時間当たりの燃料供給量となる。そして、単位時間当たりの燃料供給量に経過時間Ｔ_Lを乗じれば、供給した燃料の総重量Ｇ_Fとなる。要するに、リアＯ₂センサ４４の出力信号が空燃比リーンを示した時点での経過時間Ｔ_Lに基づいて、触媒４１の最大酸素吸蔵能力を算出することが可能である。

触媒４１のダイアグノーシスは、触媒４１の劣化の兆候を感知したことを契機として実施する。その兆候の例としては、内燃機関の運転中に刻々と変動するリアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇの振動の周波数が閾値よりも高く（または、振動の周期が閾値よりも短く）なったことや、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆの変動とリアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇの変動との時間差が閾値よりも短くなったこと等が挙げられる。

また、触媒４１のダイアグノーシスは、一トリップ（イグニッションスイッチがＯＮに操作されて内燃機関を始動してから、イグニッションスイッチがＯＦＦに操作されて内燃機関を停止するまでの期間）毎に少なくとも一回実施することが好ましい。

図５に示しているように、アクティブ制御では、リアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇが所定のリッチ判定値に到達した、即ち出力ｇがリーンからリッチへと切り替わったタイミングで、制御目標空燃比をリーン側の所定空燃比に設定し、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが当該制御目標に対応した値をとるように燃料噴射量を補正する。これにより、触媒４１に流入するガスの空燃比を強制的にリーン化する。そして、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが前記制御目標に対応した値に到達してから、リアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇが所定のリーン判定値に到達するまでの間の経過時間Ｔ_L、即ち出力ｇが再度リーンへと切り替わるまでの経過時間Ｔ_Lを計測する。リッチ判定値とリーン判定値とは、相異なる値であってもよく、同一の値であってもよい。

並びに、リアＯ₂センサ４４の出力ｇがリッチからリーンへと切り替わったタイミングで、制御目標空燃比をリッチ側の所定空燃比に設定し、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが当該制御目標に対応した値をとるように燃料噴射量を補正する。これにより、触媒４１に流入するガスの空燃比を強制的にリッチ化する。そして、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが前記制御目標に対応した値に到達してから、リアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇが所定のリーン判定値に到達するまでの間の経過時間Ｔ_R、即ち出力ｇが再度リッチへと切り替わるまでの経過時間Ｔ_Rを計測する。

ＥＣＵ０は、酸素吸蔵能力一杯まで酸素を吸蔵していた触媒４１がその酸素の全てを放出するのに要した時間Ｔ_R、及び、酸素を吸蔵していない触媒４１が酸素吸蔵能力一杯まで酸素を吸蔵するのに要した時間Ｔ_Lをそれぞれ一回以上計測し、計測したＴ_R、Ｔ_Lを基に最大酸素吸蔵能力（α・ΔＡ／Ｆ_R・Ｇ_F）、（α・ΔＡ／Ｆ_L・Ｇ_F）を算出して、それらの平均値を求める。

触媒４１が劣化したか否かの判断は、当該触媒４１の最大酸素吸蔵能力（の複数回の推算値の平均）を判定閾値を比較することにより行う。即ち、最大酸素吸蔵能力が判定閾値未満であれば、当該触媒４１は既に劣化しており十分な性能を発揮できないものと診断される。触媒４１が劣化しているとの判断を下したＥＣＵ０は、触媒４１の異常の旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）をメモリに記憶保持するとともに、触媒４１の異常の旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で出力して報知する。例えば、コックピット内のエンジンチェックランプを点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、警告音を発したりして、触媒４１の点検及び交換を促す。

図６に示しているように、触媒４１のダイアグノーシスのためのアクティブ制御においても、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆを参照した空燃比のフィードバック制御を実施する。その際の出力電圧ｆの目標値は、時間Ｔ_Rを計測する期間中はリッチ側の制御目標空燃比に対応する値となり、時間Ｔ_Lを計測する期間中はリーン側の制御目標空燃比に対応する値となる。

触媒４１のダイアグノーシスのためのアクティブ制御におけるリッチ積分値ＫＩＰ（の絶対値）は、空燃比を理論空燃比近傍の目標値に収束させる平常運転時（非ダイアグノーシス時）のリッチ積分値ＫＩＰ（の絶対値）よりも大きく設定する。当該アクティブ制御におけるリーン積分値ＫＩＭ（の絶対値）もまた、平常運転時のリーン積分値ＫＩＭ（の絶対値）よりも大きく設定する。

本実施形態では、内燃機関の排気通路４における排気浄化用の触媒４１の上流に設けられた空燃比センサ４３の出力信号ｆを参照して空燃比をフィードバック制御する制御装置０であって、前記空燃比センサ４３の出力信号ｆを目標空燃比に対応した目標値と比較し、その大小関係に応じて現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであるかリッチであるかを判定し、現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであると判定している間は燃料噴射量を徐々に増加させるように補正量ＦＡＦを変化（増加）させる一方、現在の空燃比が目標空燃比よりもリッチであると判定している間は燃料噴射量を徐々に減少させるように補正量ＦＡＦを変化（減少）させるものであり、前記空燃比センサ４３の出力信号ｆが前記目標値を横切るように変化したときには、即時に前記判定の結果を反転させるのではなく、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬの経過を待ってから前記判定の結果を判定させ、なおかつ、前記遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬ中における前記補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＭ’、ＫＩＰ’を、前記遅延時間外における前記補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＭ、ＫＩＰよりも小さくする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、燃料噴射量の過補正を防止して空燃比制御の精度をより一層向上させることができる。従って、有害物質の排出量の削減、燃料噴射量の低減に伴う燃費性能の改善及びドライバビリティの向上が実現される。

加えて、内燃機関の排気通路４における排気浄化用の触媒４１の上流側の空燃比を強制的に変動させてから下流側の空燃比が変動するまでの間の経過時間Ｔ_R、Ｔ_Lを計測することを通じて、触媒４１の酸素吸蔵能力を推算し、推算した酸素吸蔵能力の大きさを判定閾値と比較して触媒４１の劣化診断を行うものであり、前記劣化診断を実行している場合の前記補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＰ、ＫＩＭを、前記劣化診断を実行していない場合の前記補正量ＦＡＦの単位時間あたりの変化量ＫＩＰ、ＫＩＭよりも大きくするようにしているので、劣化診断中に触媒４１に流入させるガスの空燃比を速やかにリッチ化／リーン化でき、劣化診断に要する時間を短縮できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…インジェクタ
４…排気通路
４１…触媒
４３…空燃比センサ（フロントＯ₂センサ）
ｆ…空燃比センサの出力信号

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の上流に設けられた空燃比センサの出力信号を参照して空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、
   前記空燃比センサの出力信号を目標空燃比に対応した目標値と比較し、その大小関係に応じて現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであるかリッチであるかを判定し、現在の空燃比が目標空燃比よりもリーンであると判定している間は燃料噴射量を徐々に増加させるように補正量を変化させる一方、現在の空燃比が目標空燃比よりもリッチであると判定している間は燃料噴射量を徐々に減少させるように補正量を変化させるものであり、
   前記空燃比センサの出力信号が前記目標値を横切るように変化したときには、即時に前記判定の結果を反転させるのではなく、遅延時間の経過を待ってから前記判定の結果を判定させ、
   なおかつ、前記遅延時間中における前記補正量の単位時間あたりの変化量を、前記遅延時間外における前記補正量の単位時間あたりの変化量よりも小さくする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の上流側の空燃比を強制的に変動させてから下流側の空燃比が変動するまでの間の経過時間を計測することを通じて、触媒の酸素吸蔵能力を推算し、推算した酸素吸蔵能力の大きさを判定閾値と比較して触媒の劣化診断を行うものであり、
   前記劣化診断を実行している場合の前記補正量の単位時間あたりの変化量を、前記劣化診断を実行していない場合の前記補正量の単位時間あたりの変化量よりも大きくする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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