JP2024063593A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の劣化度合いに関わらず、触媒の活性発現時期を精度良く推定する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、触媒２０の活性発現時期を推定する触媒状態推定部６２を備える。触媒状態推定部は、触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を取得し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときの排気センサの出力に基づいて触媒の活性が発現したか否かを判定する。【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

従来、触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を触媒において浄化することが知られている（例えば特許文献１～３）。

触媒では、触媒の温度が上昇して触媒の活性が発現した後に、排気浄化性能が十分に発揮される。このため、通常、触媒の活性発現時期を推定し、活性発現時期から空燃比制御が実行される。特許文献１～３に記載の内燃機関では、触媒の温度に基づいて、触媒の活性発現時期が推定される。

特開２０１６－０８４８００号公報 特開２００５－１８８４７６号公報 特開２００２－１５５７８４号公報

しかしながら、触媒の温度の推定精度又は検出精度が低いときには、触媒の温度に基づいて推定される触媒の活性発現時期に誤差が生じる。また、触媒の実際の温度を取得可能であったとしても、触媒の劣化度合いに応じて、触媒の活性が発現する温度が変動するため、必ずしも触媒の活性発現時期を正確に特定できるとは限らない。したがって、触媒の活性発現時期を推定する手法には改善の余地がある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、触媒の劣化度合いに関わらず、触媒の活性発現時期を精度良く推定することにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側端部よりも下流側に配置された排気センサとを備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、前記触媒の活性発現時期を推定する触媒状態推定部を備え、前記触媒状態推定部は、前記触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を取得し、該流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときの前記排気センサの出力に基づいて前記触媒の活性が発現したか否かを判定する、内燃機関の制御装置。

（２）前記内燃機関は、前記触媒の上流側の前記排気通路に配置された上流側空燃比センサを更に備え、前記触媒状態推定部は前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記流入排気ガスの空燃比を取得する、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。

（３）前記排気センサは下流側空燃比センサであり、前記触媒状態推定部は、前記流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではない場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が、該流入排気ガスの空燃比よりも理論空燃比に近い値に収束したときに、前記触媒の活性が発現したと判定する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（４）前記触媒の劣化を検出する劣化検出部を更に備え、前記劣化検出部は、所定パラメータが所定の閾値に達するまでに前記触媒の活性が発現したと判定されない場合には、該触媒が劣化していると判定する、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

本発明によれば、触媒の劣化度合いに関わらず、触媒の活性発現時期を精度良く推定することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、三元触媒の浄化特性の一例を示す図である。 図３は、下流側空燃比センサの部分断面図である。 図４は、下流側空燃比センサにおける排気ガスの空燃比とセンサ素子の出力電流との関係を示す図である。 図５は、第一実施形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。 図６は、内燃機関の始動後の各種パラメータのタイムチャートである。 図７は、第一実施形態における触媒活性推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図８は、本発明の第二実施形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。 図９Ａは、第二実施形態における触媒活性推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９Ｂは、第二実施形態における触媒活性推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
最初に図１～図７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は、車両に搭載され、車両の動力源として用いられる。

内燃機関は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４を含む機関本体１を備える。シリンダブロック２の内部には、複数（例えば４つ）の気筒が形成される。各気筒には、気筒の軸線方向に往復運動するピストン３が配置される。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。

シリンダヘッド４には吸気ポート７及び排気ポート９が形成される。吸気ポート７及び排気ポート９はそれぞれ燃焼室５に接続される。

また、内燃機関は、シリンダヘッド４内に配置された吸気弁６及び排気弁８を備える。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

また、内燃機関は点火プラグ１０及び燃料噴射弁１１を備える。点火プラグ１０は、シリンダヘッド４の内壁面の中央部に配置され、点火信号に応じて火花を発生させる。燃料噴射弁１１は、シリンダヘッド４の内壁面周辺部に配置され、噴射信号に応じて燃料を燃焼室５内に噴射する。本実施形態では、燃料噴射弁１１に供給される燃料として、理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。

また、内燃機関は、吸気マニホルド１３、サージタンク１４、吸気管１５、エアクリーナ１６及びスロットル弁１８を備える。各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気マニホルド１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気マニホルド１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。スロットル弁１８は、サージタンク１４とエアクリーナ１６との間の吸気管１５内に配置され、スロットル弁駆動アクチュエータ１７（例えばＤＣモータ）によって駆動される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、その開度に応じて吸気通路の開口面積を変更することができる。

また、内燃機関は、排気マニホルド１９、触媒２０、ケーシング２１及び排気管２２を備える。各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は、触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、ケーシング２１、排気管２２等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

また、内燃機関を搭載した車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１が設けられる。図１に示されるように、ＥＣＵ３１は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を備える。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ３１が設けられているが、機能に応じた複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

ＥＣＵ３１は、車両又は内燃機関に設けられた各種センサの出力等に基づいて内燃機関の各種制御を実行する。このため、ＥＣＵ３１には、各種センサの出力が送信される。本実施形態では、エアフロメータ４０、上流側空燃比センサ４１、下流側空燃比センサ４２、負荷センサ４４及びクランク角センサ４５の出力がＥＣＵ３１に送信される。

エアフロメータ４０は、内燃機関の吸気通路、具体的にはスロットル弁１８よりも上流側の吸気管１５内に配置される。エアフロメータ４０は、吸気通路を流れる空気の流量を検出する。エアフロメータ４０はＥＣＵ３１に電気的に接続され、エアフロメータ４０の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

上流側空燃比センサ４１は、触媒２０の上流側の排気通路、具体的には排気マニホルド１９の集合部に配置される。上流側空燃比センサ４１は、排気マニホルド１９内を流れる排気ガス、すなわち内燃機関の気筒から排出されて触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を検出する。上流側空燃比センサ４１はＥＣＵ３１に電気的に接続され、上流側空燃比センサ４１の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

下流側空燃比センサ４２は、触媒２０の下流側の排気通路、具体的には排気管２２に配置される。下流側空燃比センサ４２は、排気管２２内を流れる排気ガス、すなわち触媒２０から流出する排気ガスの空燃比を検出する。下流側空燃比センサ４２はＥＣＵ３１に電気的に接続され、下流側空燃比センサ４２の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

負荷センサ４４は、内燃機関を搭載した車両に設けられたアクセルペダル４３に接続され、アクセルペダル４３の踏み込み量を検出する。負荷センサ４４はＥＣＵ３１に電気的に接続され、負荷センサ４４の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１は負荷センサ４４の出力に基づいて機関負荷を算出する。

クランク角センサ４５は、内燃機関のクランクシャフトが所定角度（例えば１０度）回転する毎に出力パルスを発生させる。クランク角センサ４５はＥＣＵ３１に電気的に接続され、クランク角センサ４５の出力は入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１はクランク角センサ４５の出力に基づいて機関回転数を計算する。

一方、ＥＣＵ３１の出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続され、ＥＣＵ３１はこれらを制御する。具体的には、ＥＣＵ３１は、点火プラグ１０の点火時期、燃料噴射弁１１から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、並びにスロットル弁１８の開度を制御する。

なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるための構成が設けられていてもよい。

＜触媒の説明＞
触媒２０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気通路を流れる排気ガスを浄化するように構成される。本実施形態では、触媒２０は、酸素を吸蔵可能であり、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化可能な三元触媒である。触媒２０は、セラミック又は金属から成る担体（基材）と、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等）と、酸素吸蔵能力を有する助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ₂）等）とを有する。貴金属及び助触媒は担体に担持される。

図２は、三元触媒の浄化特性の一例を示す図である。図２に示されるように、三元触媒によるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化率は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍に維持されているときに、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを効果的に浄化することができる。

また、触媒２０は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵し又は放出する。具体的には、触媒２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、ＨＣ及びＣＯを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２０の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２０においてＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが効果的に浄化される。

＜空燃比センサの説明＞
内燃機関は、排気ガス中の特定の成分を検出する排気センサとして、上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２を備える。上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２は内燃機関の排気通路に配置され、下流側空燃比センサ４２は上流側空燃比センサ４１の下流側に配置される。上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２は、それぞれ、排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出するように構成される。

図３は、下流側空燃比センサ４２の部分断面図である。下流側空燃比センサ４２は公知の構成を有するため、以下、その構成について簡単に説明する。なお、上流側空燃比センサ４１は下流側空燃比センサ４２と同様の構成を有する。

下流側空燃比センサ４２はセンサ素子４１１及びヒータ４２０を備える。本実施形態では、下流側空燃比センサ４２は、複数の層を積層して構成された積層型空燃比センサである。図３に示されるように、センサ素子４１１は、固体電解質層４１２、拡散律速層４１３、第１不透過層４１４、第２不透過層４１５、排気側電極４１６及び大気側電極４１７を有する。固体電解質層４１２と拡散律速層４１３との間には被測ガス室４１８が形成され、固体電解質層４１２と第１不透過層４１４との間には大気室４１９が形成されている。

被測ガス室４１８には、拡散律速層４１３を介して排気ガスが被測ガスとして導入され、大気室４１９には大気が導入される。センサ素子４１１に電圧が印加されると、排気側電極４１６上の排気ガスの空燃比に応じて排気側電極４１６と大気側電極４１７との間を酸化物イオンが移動し、この結果、排気ガスの空燃比に応じてセンサ素子４１１の出力電流が変化する。

図４は、下流側空燃比センサ４２における排気ガスの空燃比とセンサ素子４１１の出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４の例では、０．４５Ｖの電圧がセンサ素子４１１に印加されている。図４からわかるように、排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに、出力電流Ｉはゼロとなる。また、下流側空燃比センサ４２では、排気ガスの酸素濃度が高いほど、すなわち排気ガスの空燃比がリーンであるほど、出力電流Ｉが大きくなる。したがって、下流側空燃比センサ４２及び下流側空燃比センサ４２と同様の構成を有する上流側空燃比センサ４１は、それぞれ、排気ガスの空燃比を連続的に（リニアに）検出することができる。

なお、本実施形態では、上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２として、限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気ガスの空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２として、限界電流式ではない空燃比センサが用いられてもよい。また、上流側空燃比センサ４１と下流側空燃比センサ４２とは互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。

＜内燃機関の制御装置＞
本実施形態では、図１に示されるＥＣＵ３１が内燃機関の制御装置として機能する。図５は、第一実施形態におけるＥＣＵ３１の機能ブロック図である。本実施形態では、ＥＣＵ３１は空燃比制御部６１及び触媒状態推定部６２を有する。空燃比制御部６１及び触媒状態推定部６２は、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＥＣＵ３１のＣＰＵ３５が実行することによって実現される機能モジュールである。

空燃比制御部６１は、触媒２０に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」という）の空燃比を制御する。本実施形態では、空燃比制御部６１は上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２の出力に基づいて流入排気ガスの空燃比を制御する。具体的には、空燃比制御部６１は、下流側空燃比センサ４２の出力に基づいて流入排気ガスの目標空燃比を設定し、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５への燃料供給量をフィードバック制御する。ここで、「出力空燃比」とは、空燃比センサの出力値に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。

なお、空燃比制御部６１は、上流側空燃比センサ４１を用いることなく、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５への燃料供給量を制御してもよい。この場合、上流側空燃比センサ４１が内燃機関から省略され、空燃比制御部６１は、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、吸入空気量、機関回転数及び目標空燃比から燃焼室５への燃料供給量を算出する。

ところで、触媒２０では、触媒２０の温度が上昇して触媒２０の活性が発現した後に、排気浄化性能が十分に発揮される。このため、触媒状態推定部６２が触媒２０の活性発現時期を推定し、活性発現時期に達した時点から空燃比制御部６１が空燃比制御を実行する。基本的に、触媒２０の温度が所定の活性温度に達したときに、触媒２０の活性が発現し、触媒２０が活性状態になる。しかしながら、触媒２０の劣化度合いに応じて、触媒２０の活性が発現する温度が変動する。したがって、触媒２０の温度が触媒２０の活性の有無を正確に示すとは限らない。

一方、理論空燃比以外の空燃比の排気ガスが触媒２０に流入する場合には、触媒２０において排気ガスが浄化され、その浄化率は触媒２０の活性度に応じて変化する。したがって、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときに触媒２０から流出する排気ガスの特性、すなわち流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときの下流側空燃比センサ４２の出力は触媒２０の活性度を示す。

そこで、本実施形態では、触媒状態推定部６２は、流入排気ガスの空燃比を取得し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときの下流側空燃比センサ４２の出力に基づいて触媒２０の活性が発現したか否かを判定する。このことによって、触媒２０の劣化度合いに関わらず、触媒２０の活性発現時期を精度良く推定することができる。

本実施形態では、触媒状態推定部６２は上流側空燃比センサ４１の出力に基づいて流入排気ガスの空燃比を取得する。言い換えれば、触媒状態推定部６２は、上流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比を流入排気ガスの空燃比として検出する。このことによって、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比であるか否かを精度良く判定することができ、触媒２０の活性発現時期を誤認することを抑制することができる。

触媒状態推定部６２は、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比でないときの下流側空燃比センサ４２の出力が所定条件を満たしたときに、触媒２０の活性が発現したと判定する。例えば、触媒状態推定部６２は、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比でない場合に、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比が、流入排気ガスの空燃比よりも理論空燃比に近い値に収束したときに、触媒２０の活性が発現したと判定する。この場合、触媒状態推定部６２は、例えば、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比が理論空燃比近傍領域に所定時間維持されたときに、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比が、流入排気ガスの空燃比よりも理論空燃比に近い値に収束したと判定する。理論空燃比近傍領域は、例えば、理論空燃比（１４．６）よりも僅かにリッチな微リッチ空燃比（例えば１４．５５～１４．５８）と、理論空燃比（１４．６）よりも僅かにリーンな微リーン空燃比（例えば１４．６２～１４．６５）との間の領域である。

＜タイムチャートを用いた具体例の説明＞
図６を参照して、下流側空燃比センサ４２の出力に基づいて触媒２０の活性発現時期を特定する手法の具体例について説明する。図６は、内燃機関の始動後の各種パラメータのタイムチャートである。図６には、各種パラメータとして、活性発現フラグＦ、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ及び触媒２０の温度が示されている。なお、活性発現フラグＦは、内燃機関の始動後に触媒２０の活性が発現したと判定されたときに１に設定されるフラグである。

図６の例では、時刻ｔ０において、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ、すなわち流入排気ガスの空燃比が理論空燃比（１４．６）よりもリッチな値になっている。このとき、触媒２０の温度が低く、触媒２０が活性状態に無いため、排気ガスが触媒２０において浄化されない。このため、流入排気ガスと同様の排気ガスが触媒２０から流出し、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎは上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐとほぼ同じ値となる。

時刻ｔ０の後、内燃機関の暖機により触媒２０の温度が徐々に高くなり、触媒２０において排気浄化作用が生じる。この結果、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎが、理論空燃比に向かって変化し、時刻ｔ１において微リッチ空燃比ＡＦｓｒｉｃｈに達する。

時刻ｔ１の後、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比近傍領域（具体的には微リッチ空燃比ＡＦｓｒｉｃｈと理論空燃比との間）に維持され、時刻ｔ１から所定時間Ｔ後の時刻ｔ２までその状態が維持される。このため、時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎが、流入排気ガスの空燃比よりも理論空燃比に近い値に収束したと判定され、活性発現フラグＦが１に設定される。

触媒２０の活性が発現したと判定されると、時刻ｔ２において空燃比制御が開始される。この例では、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定され、時刻ｔ２の後、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐが理論空燃比に向かって変化する。

＜触媒活性推定処理＞
以下、図７のフローチャートを用いて、触媒２０の活性発現時期を推定するための制御について詳細に説明する。図７は、第一実施形態における触媒活性推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３１によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、触媒状態推定部６２は、活性発現フラグＦが１であるか否かを判定する。活性発現フラグＦは、触媒２０の活性が発現したと判定されたときに１に設定され、内燃機関が停止されるときにゼロにリセットされる。活性発現フラグＦが１であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、活性発現フラグＦがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、触媒状態推定部６２は上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐを取得する。次いで、ステップＳ１０３において、触媒状態推定部６２は下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎを取得する。

次いで、ステップＳ１０４において、触媒状態推定部６２は同期時間ｎを算出する。同期時間ｎは、排気ガスが上流側空燃比センサ４１から触媒２０を通過して下流側空燃比センサ４２に到達するのに要する時間に相当する。触媒状態推定部６２は、例えば、エアフロメータ４０の出力等に基づいて算出される排気ガスの流量に基づいて同期時間ｎを算出する。なお、同期時間ｎは、予め定められた固定値であってもよい。

次いで、ステップＳ１０５において、触媒状態推定部６２は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）及び下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）が理論空燃比よりもリッチ又はリーンであるか否かを判定する。ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）は、時刻ｔから同期時間ｎを減算した時刻における上流側空燃比センサ４１の出力空燃比を意味し、ＡＦｄｗｎ（ｔ）は時刻ｔにおける下流側空燃比センサ４２の出力空燃比を意味する。すなわち、ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）及びＡＦｄｗｎ（ｔ）は、同時期に気筒から排出された排気ガスの空燃比に相当する。

ステップＳ１０５において上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）及び下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）が理論空燃比よりもリッチ又はリーンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、触媒状態推定部６２は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）が理論空燃比以外の空燃比であるか否かを判定する。具体的には、触媒状態推定部６２は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）から１４．６（理論空燃比）を減算した値の絶対値が所定のストイキ外判定値Ｍｆｒよりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ１０６において、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）から１４．６を減算した値の絶対値が所定のストイキ外判定値Ｍｆｒよりも大きいと判定された場合、すなわち上流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｕｐ（ｔ－ｎ）が理論空燃比以外の空燃比であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、触媒状態推定部６２は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）が理論空燃比近傍領域内の値であるか否かを判定する。具体的には、触媒状態推定部６２は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）から１４．６（理論空燃比）を減算した値の絶対値が所定のストイキ内判定値Ｍｒｒよりも小さいか否かを判定する。ストイキ内判定値Ｍｒｒは、下流側空燃比センサ４２の検出精度等を考慮して予め定められる。ストイキ外判定値Ｍｆｒはストイキ内判定値Ｍｒｒ以上の値に設定される。

ステップＳ１０７において、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）から１４．６を減算した値の絶対値が所定のストイキ内判定値Ｍｒｒよりも小さいと判定された場合、すなわち下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎ（ｔ）が理論空燃比近傍領域内の値であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、触媒状態推定部６２は収束判定カウンタｉに１を加算して収束判定カウンタｉを更新する。なお、収束判定カウンタｉは、内燃機関が停止されるときにゼロにリセットされる。

次いで、ステップＳ１０９において、触媒状態推定部６２は、収束判定カウンタｉが収束判定値Ｊｃ以上であるか否かを判定する。収束判定値Ｊｃは、予め定められ、図６の例における所定時間Ｔに相当する値である。収束判定カウンタｉが収束判定値Ｊｃ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、収束判定カウンタｉが収束判定値Ｊｃ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、触媒状態推定部６２は、触媒２０の活性が発現したと判定し、活性発現フラグＦを１に設定する。ステップＳ１１０の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０５、Ｓ１０６又はＳ１０７の判定が否定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、触媒状態推定部６２は収束判定カウンタｉをゼロにリセットする。ステップＳ１１１の後、本制御ルーチンは終了する。

＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の制御装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８は、本発明の第二実施形態におけるＥＣＵ３１の機能ブロック図である。第二実施形態では、ＥＣＵ３１は、空燃比制御部６１及び触媒状態推定部６２に加えて、劣化検出部６３を有する。空燃比制御部６１、触媒状態推定部６２及び劣化検出部６３は、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＥＣＵ３１のＣＰＵ３５が実行することによって実現される機能モジュールである。

劣化検出部６３は触媒２０の劣化を検出する。具体的には、劣化検出部６３は、所定パラメータが所定の閾値に達するまでに触媒２０の活性が発現したと判定されない場合には、触媒２０が劣化していると判定する。所定パラメータは、例えば、内燃機関が始動されてからの経過時間、積算吸入空気量等である。このことによって、触媒２０が劣化した状態で使用され続けることを抑制することができる。

図９Ａ及び９Ｂは、第二実施形態における触媒活性推定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３１によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１～Ｓ２１１は図７のステップＳ１０１～Ｓ１１１と同様に実行される。一方、ステップＳ２１１の後、又はステップＳ２０９において収束判定カウンタｉが収束判定値Ｊｃ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２では、劣化検出部６３は劣化判定カウンタｋに１を加算して劣化判定カウンタｋを更新する。なお、劣化判定カウンタｋは、内燃機関が停止されるときにゼロにリセットされる。

次いで、ステップＳ２１３において、触媒状態推定部６２は、劣化判定カウンタｋが劣化判定値Ｊｄ以上であるか否かを判定する。劣化判定値Ｊｄは、収束判定値Ｊｃよりも大きな値として予め定められる。劣化判定カウンタｋが劣化判定値Ｊｄ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、劣化判定カウンタｋが劣化判定値Ｊｄ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１４では、劣化検出部６３は、触媒２０が劣化していると判定する。このとき、劣化検出部６３は、内燃機関を搭載した車両に設けられた警告灯を点灯させてもよい。また、劣化検出部６３は、触媒２０の劣化に対応する故障コードをＥＣＵ３１のメモリ（ＲＯＭ３４又はＲＡＭ３３）又は他の記憶装置に記憶させてもよい。ステップＳ２１４の後、本制御ルーチンは終了する。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、空燃比制御部６１は、触媒２０の活性が発現されたと判定されるまでの間、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比以外の空燃比になるように、流入排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりもリーン又はリッチな初期目標値に設定してもよい。

また、下流側空燃比センサ４２は、触媒２０の上流側端部よりも下流側に配置されていれば、触媒２０の内部に配置されていてもよい。また、上流側空燃比センサ４１及び下流側空燃比センサ４２の代わりに、上流側ＮＯｘセンサ及び下流側ＮＯｘセンサが用いられてもよい。この場合、例えば、触媒状態推定部６２は、下流側ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘの量が上流側ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘの量よりも少ない状態が維持されたときに、触媒２０の活性が発現したと判定する。

また、上流側空燃比センサ４１が省略され、触媒状態推定部６２は例えば流入排気ガスの目標空燃比を流入排気ガスの空燃比として取得してもよい。

２０ 触媒
２２ 排気管
３１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ 下流側空燃比センサ
６２ 触媒状態推定部

Claims (4)

1. 排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側端部よりも下流側に配置された排気センサとを備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の活性発現時期を推定する触媒状態推定部を備え、
   前記触媒状態推定部は、前記触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を取得し、該流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではないときの前記排気センサの出力に基づいて前記触媒の活性が発現したか否かを判定する、内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記触媒の上流側の前記排気通路に配置された上流側空燃比センサを更に備え、
   前記触媒状態推定部は前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記流入排気ガスの空燃比を取得する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記排気センサは下流側空燃比センサであり、
   前記触媒状態推定部は、前記流入排気ガスの空燃比が理論空燃比ではない場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が、該流入排気ガスの空燃比よりも理論空燃比に近い値に収束したときに、前記触媒の活性が発現したと判定する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記触媒の劣化を検出する劣化検出部を更に備え、
   前記劣化検出部は、所定パラメータが所定の閾値に達するまでに前記触媒の活性が発現したと判定されない場合には、該触媒が劣化していると判定する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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