JP2022016890A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気センサの応答遅れによって触媒劣化の判定精度が低下することを抑止しながら、診断期間が長くなることを抑止できる、内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置は、酸素ストレージ容量に基づき触媒装置の劣化を判定する劣化判定部を備え、劣化判定部は、排気センサの応答遅れ度合いを求める応答遅れ度合い演算部と、空燃比をリッチとリーンに交互に切り替えるアクティブ制御部と、アクティブ制御部によって空燃比の切り替えられるときに、応答遅れ度合いに基づき排気センサの出力を補正して仮想センサ出力を求める仮想センサ出力演算部と、仮想センサ出力と閾値との比較に基づく期間で酸素ストレージ容量を求める酸素ストレージ容量演算部と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、触媒装置の劣化を判定する技術に関する。

特許文献１に開示される触媒劣化診断装置は、触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、排気ガスセンサの劣化度合いを判定するセンサ劣化判定手段とを備え、今回のトリップでセンサ劣化判定が未実施の場合には前回トリップのセンサ劣化度合いを用いて触媒劣化判定を実行し、触媒劣化判定前のセンサ劣化度合いと触媒劣化判定後のセンサ劣化度合いとが所定値以上乖離している場合には触媒劣化判定を再度実行する。

特開２０１２－０５７５４５号公報

ところで、排気センサの応答速度の遅れ度合い（換言すれば、劣化度合い）に応じて、酸素ストレージ量の推定結果を補正すれば、排気センサの応答速度の遅れによって触媒劣化の判定精度が低下することを抑止できる。
しかし、排気センサの応答速度の遅れが大きいと、触媒劣化診断に伴って酸素ストレージ量が最大量（飽和量）若しくは最小量（空）になっている期間が無用に長くなるため、診断期間中における排気性能が低下し、また、診断時間が長くなることで触媒劣化の検出遅れが生じる、という問題があった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気センサの応答遅れによって触媒劣化の判定精度が低下することを抑止しながら、診断期間が長くなることを抑止できる、内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明によれば、その１つの態様において、内燃機関の制御装置は、触媒装置の酸素ストレージ容量に基づき前記触媒装置の劣化を判定する劣化判定部を備え、前記劣化判定部は、排気センサの応答遅れ度合いを求める応答遅れ度合い演算部と、内燃機関の空燃比をリッチとリーンに交互に切り替えるアクティブ制御部と、前記アクティブ制御部によって空燃比の切り替えが行われるときに、前記応答遅れ度合いに基づき前記排気センサの出力を補正して仮想センサ出力を求める仮想センサ出力演算部と、前記仮想センサ出力と閾値との比較に基づいて設定された期間で前記酸素ストレージ容量を求める酸素ストレージ容量演算部と、を有する。

上記発明によると、排気センサの応答遅れによって触媒劣化の判定精度が低下することを抑止しながら、診断期間が長くなることを抑止できる。

内燃機関のシステム構成を示す図である。 触媒劣化診断の各工程を示すフローチャートである。 触媒劣化診断の各工程を示すフローチャートである。 触媒劣化診断の各工程を示すフローチャートである。 最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxと補正値ＨＯＳとの相関を示す図である。 酸素ストレージ容量の推定処理を説明するためのタイムチャートである。 仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算を説明するためのタイムチャートである。 応答遅れ時間Δｔの計測を説明するためのタイムチャートである。 応答遅れ時間Δｔの正常値と上限値とを示す線図である。 応答遅れ時間Δｔと基準値Δｔstとの相関を示す線図である。 最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新処理を示すタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、車両用の内燃機関の一態様を示すシステム構成図である。
図１に示す内燃機関１１において、吸気は、空気流量計１２、電制スロットル弁１３、コレクタ１４の順に通過し、その後、各気筒に備わる吸気管１５、吸気弁１６を介して燃焼室１７に吸引される。

燃料噴射弁２１は、各気筒の吸気管１５にそれぞれ設置され、吸気管１５内に燃料を噴射する。
なお、内燃機関１１は、燃料噴射弁２１が燃焼室１７内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式内燃機関であってもよい。

また、内燃機関１１は、点火コイル２２及び点火プラグ２３を有する点火装置２４を各気筒にそれぞれ備える。
そして、燃焼室１７内の混合気は、点火プラグ２３が発生する火花により着火燃焼し、燃焼により燃焼室１７内にて生じた排気ガスは、排気弁２５を介して各気筒に備わる排気管２６に排出される。

内燃機関１１は、第１触媒装置３１と第２触媒装置３３とを有する。
第１触媒装置３１及び第２触媒装置３３は、酸素ストレージ能力を有する三元触媒を内蔵した触媒装置であり、第１触媒装置３１は排気管２６の集合部の直下に配置され、第２触媒装置３３は第１触媒装置３１の下流の排気ダクト３２に配置される。

また、内燃機関１１は、第１触媒装置３１の上流側に配置され、第１触媒装置３１上流の排気空燃比に対応する検出信号ＲＡＢＦを出力する空燃比センサ３４と、第１触媒装置３１の下流側に配置され、第１触媒装置３１下流の排気空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リーンを示す検出信号ＶＯ２Ｒを出力する酸素センサ３５とを備える。
つまり、空燃比センサ３４は、第１触媒装置３１上流の排気空燃比を検出する排気センサであり、酸素センサ３５は、第１触媒装置３１下流の排気空燃比を検出する排気センサである。

酸素センサ３５が出力する検出信号ＶＯ２Ｒは２値の電圧信号であり、酸素センサ３５は、第１触媒装置３１下流の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときにハイレベルの電圧信号を出力し、第１触媒装置３１下流の排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときにローレベルの電圧信号を出力する。
また、内燃機関１１は、排気管２６とコレクタ１４とを連通させる排気還流管４１と、排気還流管４１の開口面積（換言すれば、排気還流量）を調整する排気還流制御弁４２とを有する排気還流装置４３を備える。

制御装置５１は、マイクロプロセッサ５１Ａ１、不揮発性メモリ５１Ａ２、図示を省略した揮発性メモリなどを有するマイクロコンピュータ５１Ａを備えた電子制御装置である。
そして、制御装置５１は、各種センサからの検出信号を取得し、これらの検出信号に基づく演算処理によって、燃料噴射弁２１による燃料噴射、電制スロットル弁１３の開度、点火プラグ２３による点火、排気還流制御弁４２の開度などを制御する制御信号を求めて出力する機能、つまり、内燃機関１１の運転制御機能をソフトウェアとして備える。

制御装置５１は、空燃比センサ３４の検出信号ＲＡＢＦ及び酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒを取得するとともに、空気流量計１２が出力する内燃機関１１の吸入空気流量ＱＡを示す検出信号、クランク角センサ５２が出力するクランクシャフト５３の回転角位置ＰＯＳを示す検出信号、水温センサ５４が出力する内燃機関１１の冷却水温度ＴＷに示す検出信号、アクセル開度センサ５５が出力するアクセルペダル５６の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を示す検出信号などを取得する。

ここで、制御装置５１は、クランクシャフト５３の回転角位置ＰＯＳに基づき機関回転速度ＮＥを算出し、吸入空気流量ＱＡ及び機関回転速度ＮＥに基づき機関負荷を求める。
そして、制御装置５１は、機関負荷、機関回転速度ＮＥ、冷却水温度ＴＷなどの機関運転条件に応じて目標点火時期及び目標ＥＧＲ量を算出し、目標点火時期に応じて点火コイル２２に点火制御信号を出力し、目標ＥＧＲ量に応じて排気還流制御弁４２に開度制御信号を出力する。

また、制御装置５１は、アクセル開度ＡＣＣなどから電制スロットル弁１３の目標開度を算出し、この目標開度に応じて電制スロットル弁１３のスロットルモータを駆動制御する。
更に、制御装置５１は、１燃焼サイクルで燃料噴射弁２１から噴射させる燃料量に比例する燃料噴射パルス幅ＴＩ（ms）、及び、噴射タイミングを機関運転状態に基づき演算し、噴射タイミングにおいて燃料噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号（空燃比制御信号）を燃料噴射弁２１に出力して、内燃機関１１の空燃比を制御する。

制御装置５１は、空燃比フィードバック制御条件が成立する運転領域において、空燃比センサ３４の検出信号ＲＡＢＦ及び酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒに基づき、第１触媒装置３１上流の排気空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射パルス幅ＴＩを補正する。
また、制御装置５１は、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒを用いて、第１触媒装置３１の劣化による酸素ストレージ容量の低下を判定する機能である触媒劣化診断機能（劣化判定部）を有する。

図２－図４は、制御装置５１（マイクロコンピュータ５１Ａ）による触媒劣化診断の各工程を示すフローチャートである。
制御装置５１は、内燃機関１１が始動されると、まず、ステップＳ１０１で、前回のトリップで求めて不揮発性メモリ５１Ａ２に記憶させておいた酸素センサ３５の最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを、不揮発性メモリ５１Ａ２から読み込む。

後述するように、制御装置５１は、イグニッションスイッチがオンされている間で、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤを逐次求め、新たに求めた応答遅れ度合いＲＤＤがそれまでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmax（応答遅れ度合いＲＤＤの最大値）よりも大きいと、新たに求めた応答遅れ度合いＲＤＤの値を最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxとする更新処理を実施する。
そして、制御装置５１は、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオフ操作されると、そのときの最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを不揮発性メモリ５１Ａ２に格納する処理を実施する。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１０２で、前回トリップで応答遅れ度合いＲＤＤの演算を行った経験があるか否かを判断する。
応答遅れ度合いＲＤＤの演算を行った経験がある場合、制御装置５１は、ステップＳ１０３に進み、後述する仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算に用いる補正値ＨＯＳを最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxに基づき算出して保持する。

図５は、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxと補正値ＨＯＳとの相関を示す図であり、制御装置５１は、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxが大きいほど、補正値ＨＯＳ（ＨＯＳ≧０）をより大きな値に設定する。
一方、応答遅れ度合いＲＤＤの演算を行った経験がない場合、制御装置５１は、ステップＳ１０３の補正値ＨＯＳの演算処理を迂回してステップＳ１０４に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１０４で、内燃機関１１の運転開始に伴って酸素センサ３５の温度が上昇し、酸素センサ３５のセンサ素子が活性化したか否かを、例えば酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒに基づき判別する。
そして、制御装置５１は、酸素センサ３５のセンサ素子が活性化するまで待機し、酸素センサ３５のセンサ素子が活性化したことを判別すると、次のステップＳ１０５に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１０５で、第１触媒装置３１の劣化診断を実施する条件が成立しているか否かを判断する。
触媒劣化診断の実施条件は、例えば、空燃比センサ３４、酸素センサ３５、空気流量計１２、クランク角センサ５２などの空燃比制御に関与する各種センサそれぞれについての診断で異常を診断していないこと、制御装置５１の自己診断で異常を診断していないこと、冷却水温度ＴＷが所定温度範囲内であること、内燃機関１１への燃料供給をカットする燃料カット条件ではないこと、などである。

触媒劣化診断の実施条件が成立していない場合、制御装置５１は、ステップＳ１１８以降の応答遅れ度合いＲＤＤの演算処理に進む。
一方、触媒劣化診断の実施条件が成立している場合、制御装置５１は、ステップＳ１０６に進み、触媒診断終了フラグＦＤに零がセットされているか否かを判断する。

後述するように、制御装置５１は、第１触媒装置３１の劣化診断が終了したときに、触媒診断終了フラグＦＤに１をセットするから、触媒診断終了フラグＦＤが零のときは、第１触媒装置３１の劣化診断が終了していない状態である。
触媒診断終了フラグＦＤが零であって、第１触媒装置３１の劣化診断が終了していない場合、制御装置５１は、ステップＳ１０７（アクティブ制御部）に進み、内燃機関１１の空燃比をリッチとリーンに交互に切り替えるアクティブ制御を実施して、触媒劣化診断を開始する。
一方、触媒診断終了フラグＦＤが１である場合、制御装置５１は、ステップＳ１１８以降に進む。

図６は、上記のアクティブ制御の一態様を示すタイムチャートである。
制御装置５１は、触媒劣化診断の開始に伴い、まず目標空燃比を理論空燃比付近から例えばリッチに切り替え、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒがリッチ側の閾値ＶＡよりも大きくなると、目標空燃比をリッチからリーンに切り替える。

制御装置５１は、空燃比をリーンに切り替えた後、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒがリーン側の閾値ＶＢ（ＶＢ＜ＶＡ）よりも小さくなると、目標空燃比を再度リッチに切り替え、以後、同様にして、内燃機関１１の目標空燃比をリッチとリーンに交互に切り替える。
なお、制御装置５１は、アクティブ制御において、例えば、理論空燃比相当の燃料噴射パルス幅にリッチシフト補正係数を乗算することで燃料噴射量を増量して空燃比をリッチにシフトさせ、また、理論空燃比相当の燃料噴射パルス幅にリーンシフト補正係数を乗算することで燃料噴射量を減量して空燃比をリーンにシフトさせる。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１０８に進み、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが、閾値ＶＡと閾値ＶＢとで挟まれる領域内（ＶＢ＜ＶＯ２Ｒ＜ＶＡ）であるか否かを判断する。
制御装置５１は、ＶＢ＜ＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たすようになるまで待機し、アクティブ制御による空燃比の変動に伴って、ＶＢ≧ＶＯ２Ｒ又はＶＯ２Ｒ≧ＶＡの状態からＶＢ＜ＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たすようになると、ステップＳ１０９に進む。

制御装置５１は、ステップＳ１０９で、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算許可フラグＦＶＣに１をセットし、次のステップＳ１１０では、酸素ストレージ容量ＯＳの算出許可フラグＦＯＳに１をセットして酸素ストレージ容量ＯＳの演算を開始する。
ここで、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒは、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒを、酸素センサ３５の応答遅れ度合いに基づく補正値ＨＯＳによって出力変化を助長する方向に補正した値、換言すれば、酸素センサ３５の応答遅れが十分に小さい状態での出力変化を模擬する値であって、触媒劣化診断に用いるために算出される値である。

制御装置５１は、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算許可フラグＦＶＣ、及び、酸素ストレージ容量ＯＳの算出許可フラグＦＯＳに１をセットした時点、つまり、ＶＢ＜ＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たすようになった時点から、ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たさなくなるまでの期間で、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量ＯＳを推定する。
例えば、空燃比がリッチからリーンに切り替えられたときは、第１触媒装置３１にリーン排気が流入することで、第１触媒装置３１の酸素ストレージ量は最小量から増大変化し、第１触媒装置３１の酸素ストレージ量が最大量（飽和量）になって流入する酸素を吸蔵しきれなくなることで、第１触媒装置３１下流側の空燃比がリーン化し、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒはリーン出力に変化することになる（図６参照）。

逆に、空燃比がリーンからリッチに切り替えられたときは、第１触媒装置３１に流入するリッチ排気の浄化に酸素が使われることで酸素ストレージ量が減少変化し、酸素ストレージ量が最小量（空）になると第１触媒装置３１下流側の空燃比がリッチ化し、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒはリッチ出力に変化することになる（図６参照）。
つまり、空燃比が切り替えられてから、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒがリーン出力或いはリッチ出力に切り替わるまでに、第１触媒装置３１に流入した排気量の積算値が、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を示すことになる。
そして、酸素ストレージ容量の推定値が設定値を下回るとき、つまり、初期の酸素ストレージ容量から所定以上に低下したとき、制御装置５１は、第１触媒装置３１の劣化を判定する。

但し、酸素センサ３５の応答遅れがあると、第１触媒装置３１下流側の空燃比の切り替わりの検出が遅れることで、酸素ストレージ容量の推定精度が低下する。
また、酸素センサ３５の応答遅れによって診断期間が長くなると、診断期間中の排気性能が低下し、また、触媒劣化の検出遅れが生じる。

図６に示したように、例えば、空燃比をリッチからリーンにすることで第１触媒装置３１の酸素ストレージ量は漸増するが、第１触媒装置３１の酸素ストレージ量が飽和量に達して第１触媒装置３１下流の排気空燃比がリーンになっても、酸素センサ３５に応答遅れがあると、第１触媒装置３１下流の排気空燃比がリーンになった後、応答遅れ時間が経過してから酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒがリーン出力になる。
このため、酸素ストレージ容量を求める期間が、酸素センサ３５の応答遅れ分だけ余分になり、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を実際よりも多く推定し、酸素ストレージ容量が初期値よりも減る触媒劣化の診断精度が低下し、また、触媒劣化判定が遅れることになる。
また、酸素センサ３５に応答遅れ分だけ、酸素ストレージ量が最大量（飽和量）若しくは最小量（空）になっている期間が長くなり、触媒診断中の排気性状が悪化する可能性がある。

そこで、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答遅れが触媒劣化診断に影響することを抑止するために、酸素センサ３５の応答遅れが十分に小さい状態での出力変化を模擬する信号である仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒに基づき、第１触媒装置３１下流側の空燃比の切り替わりを検出する。
以下で、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒに基づく酸素ストレージ容量の推定処理を詳細に説明する。

制御装置５１は、まず、ステップＳ１１１（仮想センサ出力演算部）で、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒを演算する。
制御装置５１は、現時点での最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxに基づき求めた補正値ＨＯＳで、検出信号ＶＯ２Ｒの出力変化を助長する方向に検出信号ＶＯ２Ｒを補正して仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒを求める。

図７は、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算を説明するためのタイムチャートである。
時刻ｔ１にて、ＶＯ２Ｒ≧閾値ＶＡからＶＯ２Ｒ＜閾値ＶＡに切り替わると、その後、検出信号ＶＯ２Ｒのサンプリング周期（例えば、１０ms）毎に、閾値ＶＡからの検出信号ＶＯ２Ｒの変化量ａ、ｂ、ｃ、・・・に補正値ＨＯＳを加算した変化量の点を仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒとして求める。
これにより、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒは、検出信号ＶＯ２Ｒよりも応答変化の速い信号となり、検出信号ＶＯ２Ｒよりも早く閾値ＶＢに達し、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答遅れが十分に小さい状態での空燃比反転タイミングを検出することになる。

制御装置５１は、ステップＳ１１１で仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒを求めると、次のステップＳ１１２で、ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒ＜ＶＡを満たすか否かを判断する。
つまり、制御装置５１は、酸素ストレージ容量の推定を実施する期間の開始タイミングを検出信号ＶＯ２Ｒに基づき検出し、終了タイミングを仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒに基づき検出し、ステップＳ１１１の判定は、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒに基づく終了タイミングの検出処理に相当する。

ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒ＜ＶＡを満たす場合、換言すれば、酸素ストレージ容量の推定を実施する期間内である場合、制御装置５１は、ステップＳ１１３に進み、触媒劣化診断の実施条件から外れたか否かを判断する。
触媒劣化診断の実施条件を継続して満たしている場合、制御装置５１は、ステップＳ１１１に戻って仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒを更新する。

一方、例えば、燃料カットが実施されたり、内燃機関１１が過渡運転されたりして、触媒劣化診断の実施条件から外れた場合、制御装置５１は、ステップＳ１１４に進み、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量の算出値をリセットし、酸素ストレージ容量の算出及び算出結果に基づく触媒劣化診断をキャンセルする。
また、触媒劣化診断の実施条件を満たした状態で、ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たさなくなった場合、制御装置５１は、ステップＳ１１７（酸素ストレージ容量演算部）に進んで、触媒診断終了フラグＦＤに、触媒劣化診断が終了したことを示す１をセットする。

制御装置５１は、ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たさなくなると、検出信号ＶＯ２Ｒに基づき検出した開始タイミングからの時間及び空気量に基づき、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を推定し、推定した酸素ストレージ容量と判定閾値との比較に基づき、第１触媒装置３１の劣化の有無を判定する。
例えば、制御装置５１がアクティブ制御によって空燃比をリッチからリーンにシフトさせた場合、酸素ストレージ容量を推定するための時間計測の区間は、以下のようになる。

制御装置５１は、アクティブ制御によって空燃比をリッチからリーンにシフトさせた場合、ＶＯ２Ｒ≧ＶＡの状態からＶＯ２Ｒ＜ＶＡの条件を満たすようになった時点を、酸素ストレージ容量を推定するための時間計測の開始タイミングとする。
その後、制御装置５１は、ＶＢ＜ＶＶＯ２Ｒの状態からＶＢ≧ＶＶＯ２Ｒの条件を満たすようになった時点を、酸素ストレージ容量を推定するための時間計測の終了タイミングとし、前記開始タイミングから前記終了タイミングまでの経過時間に基づき、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を推定する。

空燃比をリッチからリーンにシフトさせたときに、第１触媒装置３１が吸着する酸素量が飽和量に達して第１触媒装置３１下流の空燃比がリッチからリーンになるのに要する時間は、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量（最大酸素ストレージ量）が劣化によって少なくなっているときほど短くなるから、前記経過時間は、酸素ストレージ容量が少なくなっているほど短い時間となる。
また、第１触媒装置３１に流入する酸素の量が多いほど、第１触媒装置３１の酸素量が飽和量に達するのに要する時間は短くなる。

したがって、制御装置５１は、前記経過時間と前記経過時間内における空気量とから、第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を推定することができ、推定した現時点での酸素ストレージ容量と初期の酸素ストレージ容量とを比較することで、第１触媒装置３１の劣化の有無を判定できる。
そして、制御装置５１は、第１触媒装置３１の劣化を判定すると、劣化判定の履歴を不揮発性メモリ５１Ａ２に記憶したり、第１触媒装置３１の劣化発生を車両の運転者などに警告するための処理を実施したりする。

制御装置５１は、ステップＳ１１４で酸素ストレージ容量の算出値をリセットした後にステップＳ１１５に進み、また、ステップＳ１１７で触媒診断終了フラグＦＤに１をセットした後もステップＳ１１５に進む。
制御装置５１は、ステップＳ１１５で、ステップＳ１０９で１をセットした仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算許可フラグＦＶＣを零にリセットする。
仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算許可フラグＦＶＣを零にリセットするタイミングとしては、例えばＶＯ２Ｒ＜ＶＢとき、またはＶＯ２Ｒ＜ＶＢからＶＯ２Ｒ≧ＶＢとなったときとすることで酸素ストレージ容量ＯＳの算出を終了させることができる。
また、制御装置５１は、次のステップＳ１１６で、ステップＳ１１０で１をセットした酸素ストレージ容量ＯＳの算出許可フラグＦＯＳを零にリセットする。

このように、制御装置５１は、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒの応答遅れ度合い（応答遅れの大きさ）に基づき、応答遅れが十分に小さい出力変化を模擬する仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒを求め、この仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒに基づき酸素ストレージ容量を算出する期間を定める。
したがって、酸素センサ３５に応答遅れがあっても、酸素ストレージ容量の推定精度が低下することを抑止できる。
また、酸素センサ３５に応答遅れがあっても、酸素ストレージ量が最大量（飽和量）若しくは最小量（空）になっている期間が過剰に長くなることを抑止でき、触媒診断中の排気性状の悪化を抑止できる。

次に、ステップＳ１１８以降で実施される、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤ及び最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの算出処理を詳細に説明する。
制御装置５１は、ステップＳ１１８で、内燃機関１１が燃料カット中であるか否かを判断する。

制御装置５１は、後述するように、燃料カット中に酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤを算出するので、燃料カット中でない場合は、ステップＳ１１９－ステップＳ１２７の応答遅れ度合いＲＤＤ及び最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの算出処理を迂回して、ステップＳ１２８に進む。
そして、制御装置５１は、ステップＳ１２８で、内燃機関１１の運転・停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンからオフに切り替えられたか否かを判断し、イグニッションスイッチがオン状態を維持していれば、ステップＳ１０５に戻る。

一方、燃料カット中である場合、制御装置５１は、ステップＳ１１９に進み、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡ（第１閾値）以上であるか否かを判断する。
制御装置５１は、燃料カットに伴って、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡから閾値ＶＢにまで低下するのに要する時間（以下、応答時間Δｔと称する。）を計測し、計測した応答時間Δｔに基づき酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤを求める。

したがって、燃料カット開始時において酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡ以上であることが、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤの算出条件になる。
このため、燃料カット開始時において酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡを下回っている場合、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤの算出条件を満たしていないと判断して、ステップＳ１２８に進む。

一方、燃料カット開始時において酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡ以上である場合、制御装置５１は、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤの算出条件を満たしていると判断して、ステップＳ１２０に進む。
制御装置５１は、ステップＳ１２０で、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡを下回るようになったか否かを判断する。

ここで、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡ以上である場合、制御装置５１はステップＳ１２０の判断処理を繰り返し、燃料カットの開始に伴って第１触媒装置３１下流側の排気空燃比がリーン化して、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡを下回るようになるまで待機する。
そして、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡを下回ると、制御装置５１は、ステップＳ１２１に進み、応答時間Δｔの計測及び応答時間Δｔの計測区間内での空気流量（内燃機関１１の吸入空気流量）の計測を開始する。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１２２で、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＢ（第２閾値）を下回ったか否か、つまり、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡから閾値ＶＢにまで低下したか否かを判断する。
ここで、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＢ以上である場合、制御装置５１はステップＳ１２２の判断処理を繰り返し、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＢを下回るようになるまで、応答時間Δｔの計測及び空気流量の計測を継続する。
そして、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＢを下回ると、制御装置５１は、ステップＳ１２３に進み、応答時間Δｔの計測及び空気流量の計測を終了させる。

図８は、応答時間Δｔを説明するためのタイムチャートである。
燃料カットの開始時点で閾値ＶＡを上回っていた検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡにまで低下すると、応答時間Δｔの計測が開始され、検出信号ＶＯ２Ｒが閾値ＶＡから閾値ＶＢにまで低下するように要した時間が応答時間Δｔとして計測される。
この応答時間Δｔは、酸素センサ３５の応答遅れが初期状態よりも拡大することで、より長い時間になり、酸素センサ３５の応答遅れ度合いＲＤＤに相関する値である。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１２４（応答遅れ度合い演算部）に進み、応答時間Δｔに基づく応答遅れ度合いＲＤＤの算出処理を実施する。
ここで、応答時間Δｔは、応答時間Δｔの計測区間内での空気流量、つまり、応答時間Δｔの計測区間内で第１触媒装置３１に流入する空気流量に影響されて変化し、第１触媒装置３１に流入する空気流量（換言すれば、酸素量）が少ないほど延びる。

また、酸素センサ３５の応答遅れが許容レベルを超えて大きくなっているとき、換言すれば、酸素センサ３５の応答遅れが故障レベルであるときは、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒに基づき第１触媒装置３１の酸素ストレージ容量を十分な精度で検出することができない。
そこで、制御装置５１は、応答時間Δｔの計測区間内（換言すれば、応答時間Δｔ内）での空気流量の平均値に基づき、応答時間Δｔの上限値Δｔmaxを設定し、計測した応答時間Δｔが上限値Δｔmaxを上回る場合、酸素センサ３５の検出信号ＶＯ２Ｒ（仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒ）に基づく触媒劣化診断を禁止する（劣化判定停止部）。

図９は、応答時間Δｔの計測区間内での空気流量の平均値と、応答時間Δｔの上限値Δｔmaxとの相関を示す線図である。
前述したように、応答時間Δｔは、第１触媒装置３１に流入する空気流量が少ないほど延びるため、制御装置５１は、応答時間Δｔの上限値Δｔmaxを、応答時間Δｔの計測区間における空気流量の平均値が少ないほどより長い時間に設定する。
そして、制御装置５１は、計測した応答時間Δｔが、酸素センサ３５の正常状態（初期状態）での応答時間Δｔ(i)と、上限値Δｔmaxとで挟まれる領域内であるときに、応答時間Δｔに基づく応答遅れ度合いＲＤＤの算出処理を実施する。

図１０は、応答時間Δｔの計測結果に基づく応答遅れ度合いＲＤＤの算出処理を説明するための線図である。
制御装置５１は、応答時間Δｔを計測したときの空気流量の平均値に対応する、酸素センサ３５の正常状態（初期状態）での応答時間Δｔ(i)を、応答時間Δｔの基準値Δｔst（基準応答時間）に設定する。

そして、制御装置５１は、基準値Δｔstと、計測した応答時間Δｔとに基づき、下式にしたがって応答遅れ度合いＲＤＤを算出する。
ＲＤＤ＝１＋｛（Δｔ－Δｔst）／Δｔst｝
これにより、応答遅れ度合いＲＤＤは、計測した応答時間Δｔが基準値Δｔstよりも長くなるほど大きな値に設定される。

制御装置５１は、ステップＳ１２４で応答遅れ度合いＲＤＤを算出すると、次のステップＳ１２５で、今回ステップＳ１２４で求めた応答遅れ度合いＲＤＤが、それまでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmax（現在の最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの記憶値）よりも大きいか否かを判断する。
ここで、今回ステップＳ１２４で求めた応答遅れ度合いＲＤＤが、それまでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxよりも大きい場合、制御装置５１は、ステップＳ１２６に進み、今回ステップＳ１２４で求めた応答遅れ度合いＲＤＤの値を最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxに設定して最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを更新する。

一方、今回ステップＳ１２４で求めた応答遅れ度合いＲＤＤが、それまでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmax以下である場合、制御装置５１は、ステップＳ１２６を迂回することで、それまでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを保持する。
制御装置５１は、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新処理を終えると、ステップＳ１２７で、現状の最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxに基づき、仮想センサ出力ＶＶＯ２Ｒの演算に用いる補正値ＨＯＳを設定する（図５参照）。

次いで、制御装置５１は、ステップＳ１２８に進み、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったか否かを判断する。
そして、イグニッションスイッチがオン状態に維持されている場合、制御装置５１は、ステップＳ１０５に戻り、条件が揃えば、触媒診断や最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新などを実施する。
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、制御装置５１は、ステップＳ１２９に進み、現状の最大応答遅れ度合いＲＤＤmax（揮発性メモリの記憶値）を不揮発性メモリ５１Ａ２に格納する。

図１１は、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新処理の一態様を示すタイムチャートである。
制御装置５１は、内燃機関１１の燃料カットが行われるときに応答遅れ度合いＲＤＤを求め、酸素センサ３５の応答遅れが拡大して最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxよりも大きな応答遅れ度合いＲＤＤを算出すると、新たに算出した応答遅れ度合いＲＤＤに基づき最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを更新する（ステップＳ１２６）。

そして、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、制御装置５１は、その時点での最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを不揮発性メモリ５１Ａ２に格納し、次に内燃機関１１が始動されるまで最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxのデータを保存する（ステップＳ１２９）。
次いで、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わり、制御装置５１が起動すると、制御装置５１は、不揮発性メモリ５１Ａ２に記憶してある前回トリップで求めた最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを読み出し（ステップＳ１０１）、読み出した最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを初期値として今回のトリップでの最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新を開始する。

ここで、制御装置５１は、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxの更新処理において、最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxが上限値を超えないように制限することができる。
上記のように、前回トリップで求めた最大応答遅れ度合いＲＤＤmaxを今回トリップでの初期値とすれば、内燃機関１１の始動直後から酸素センサ３５の応答遅れを補償した触媒劣化診断を実施することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１…内燃機関、３１…第１触媒装置（触媒装置）、３５…酸素センサ（排気センサ）、５１…制御装置

Claims (8)

1. 排気管に配置される酸素ストレージ能力を有した触媒装置と、前記触媒装置の下流側の排気空燃比を検出する排気センサと、を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒装置の酸素ストレージ容量に基づき前記触媒装置の劣化を判定する劣化判定部を備え、
   前記劣化判定部は、
   前記排気センサの応答遅れ度合いを求める応答遅れ度合い演算部と、
   前記内燃機関の空燃比をリッチとリーンに交互に切り替えるアクティブ制御部と、
   前記アクティブ制御部によって空燃比の切り替えが行われるときに、前記応答遅れ度合いに基づき前記排気センサの出力を補正して仮想センサ出力を求める仮想センサ出力演算部と、
   前記仮想センサ出力と閾値との比較に基づいて設定された期間で前記酸素ストレージ容量を求める酸素ストレージ容量演算部と、
   を有する、内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記仮想センサ出力演算部は、
   前記排気センサの出力を、前記応答遅れ度合いに基づく補正値によって出力変化を助長する方向に補正して、前記仮想センサ出力を求める、
   内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記応答遅れ度合い演算部は、
   前記内燃機関への燃料供給が停止された後、前記排気センサの出力が第１閾値から第２閾値にまで変化するときの応答時間を計測し、
   前記応答時間と基準応答時間とに基づき前記応答遅れ度合いを求める、
   内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記応答遅れ度合い演算部は、
   前記応答時間での空気量に応じて前記基準応答時間を設定する、
   内燃機関の制御装置。
5. 請求項３記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記劣化判定部は、劣化判定停止部を更に有し、
   前記劣化判定停止部は、
   前記応答時間が上限値を超えるときに、前記仮想センサ出力を用いた劣化判定を停止させる、
   内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記劣化判定停止部は、
   前記応答時間での空気量に応じて前記上限値を設定する、
   内燃機関の制御装置。
7. 請求項３記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記仮想センサ出力演算部は、
   前記応答遅れ度合い演算部が求めた前記応答遅れ度合いのうちの最大値に基づき、前記仮想センサ出力を求める、
   内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、不揮発性メモリを備え、
   前記仮想センサ出力演算部は、
   イグニッションスイッチがオフされたときに、前記不揮発性メモリに前記応答遅れ度合いの最大値を格納し、
   前記イグニッションスイッチがオンされたときに、前記不揮発性メモリに格納されている前記応答遅れ度合いの最大値を初期値として、前記最大値を更新する、
   内燃機関の制御装置。

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