JP2936898B2

JP2936898B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

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Publication number: JP2936898B2
Application number: JP4173344A
Authority: JP
Inventors: 健一原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH0610738A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の空燃比制御装
置に係り、特に触媒の上流と下流に空燃比センサを設
け、上流側空燃比センサによる空燃比フィードバック制
御に加えて下流側酸素センサによる空燃比フィードバッ
ク制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、排気ガス中に３種
の有毒成分、すなわちＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが存在し、こ
れらを浄化するのに三元触媒が用いられる。この触媒
は、燃料ガスの空燃比により浄化特性が大きく変化し、
空燃比が理論空燃比近傍にあるときに最も有効に上記３
種の有毒成分を浄化する。従って、内燃機関から排出さ
れる有毒成分を少なく抑えるには、内燃機関に供給され
る燃料ガスを理論空燃比近傍の狭い範囲の制御する必要
がある。

【０００３】このため、本出願人は、触媒の上流及び下
流に空燃比センサとして排気ガス中の酸素濃度を測定す
るための酸素センサ（Ｏｘセンサ）を設け、上流側Ｏｘ
センサによる空燃比フィードバック制御（メインフィー
ドバック制御）に加えて下流側Ｏｘセンサによる空燃比
フィードバック制御（サブフィードバック制御）を行っ
て、燃料ガスの空燃比を理論空燃比近傍に制御する装置
を提案している（特開昭６１−２８６５５０号公報）。

【０００４】このように、触媒の上流及び下流にＯｘセ
ンサを備える装置では、触媒が劣化した場合、ＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯｘ等の濃度の変動を下流側Ｏｘセンサが直接受
けて、その出力が激しく変化する。この結果、下流側Ｏ
ｘセンサ出力に基づいたサブフィードバック制御に乱れ
が生じ、良好な空燃比が得られなくなり、排気ガスの浄
化性の悪化、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化等の
不具合が生じる。

【０００５】このため、上記公報記載の装置では、下流
側Ｏｘセンサの出力を監視することにより触媒の状態を
監視し、触媒の劣化を検知した場合には下流側Ｏｘセン
サによるフィードバック制御を止める処理をおこなって
いる。

【０００６】従って、この装置によれば触媒が劣化する
までの間、高い浄化性が確保され、かつ触媒劣化後にお
ける浄化性の悪化が防止される。

【０００７】図９（Ａ）、（Ｂ）は、上記公報記載の装
置を、複数の触媒を備える内燃機関の排気ガス浄化装置
に適用した例を表す構成図を示す。

【０００８】同図中、符号１は内燃機関で、その吸気口
は吸気通路２を介してスロットルバルブ３上流のエアク
リーナ４と連結している。また、吸気通路２の、内燃機
関１と連結する部位には燃料噴射弁５が設けられてお
り、吸気通路２から供給される空気と燃料噴射弁５から
供給される燃料が所定の空燃比に混合されて内燃機関１
に供給される。

【０００９】また、内燃機関１の排気口は、排気通路６
に連結されている。この排気通路６内には、サブの触媒
として働く第１の触媒７と、メインの触媒として働く第
２の触媒８が間隔を空けて設けられている。このため、
内燃機関１から排出された排気ガスは、まず第１の触媒
７で浄化されると共に十分に混合され、次いで第２の触
媒で浄化された後大気中に放出される。

【００１０】第１の触媒７は内燃機関１の排気口近傍に
設けられているため、排気ガスにより加熱され、冷間始
動時においても比較的早く浄化作用を発揮するのに十分
な温度に達っし、内燃機関が冷間始動時に排出する排気
ガスをいち早く浄化することができる。このため、上記
排気ガス浄化装置のメインの触媒に相当する第２の触媒
８が、内燃機関の冷間始動時において、浄化作用を発揮
するのに十分な温度に達していない場合でも、排気ガス
は十分に浄化される。

【００１１】同図（Ａ）は、上記公報記載の装置におけ
る上流側Ｏｘセンサとして第１のＯｘセンサ９を、第１
の触媒７の上流に配置し、下流側Ｏｘセンサとして第２
のＯｘセンサ１０を、第１及び第２の触媒７、８の間に
配置した例を示す。

【００１２】また同図（Ｂ）は、上流側Ｏｘセンサであ
る第１のＯｘセンサは、同図（Ａ）に示す例と同様に第
１の触媒７の上流に配置し、下流側Ｏｘセンサである第
２のＯｘセンサ１０を、第２の触媒８の下流に配置した
例を示す。

【００１３】これらの場合、上記公報記載の装置同様
に、燃料ガスの空燃比を高精度に理論空燃比近傍に制御
することが可能であることに加えて、内燃機関の始動時
等の浄化性を併せ持ち、更に複数の触媒による浄化作用
のため、一層排気ガスの清浄度が向上される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置において、図９（Ａ）に示す構成とした場合、第２の
触媒８が劣化していなくても、第１の触媒７が劣化した
ら第２のＯｘセンサ１０の出力に基づいたサブフィード
バック制御ができなくなる。

【００１５】このため、メインの触媒である第２の触媒
８の能力が低下しはじめて、より高精度に理論空燃比近
傍に制御する必要が生じる頃には、第２のＯｘセンサ１
０は使用できないこととなり、複数のＯｘセンサを設け
たことによる効果を享受することができない。

【００１６】一方、浄化能力が劣化していない使用初期
の触媒においては、排気ガス中から酸素を蓄えて、Ｃ
Ｏ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有毒成分を還元させ、または排気
ガス中に酸素を放出して有毒成分を酸化させる能力が高
い。このため、触媒が使用初期である場合、劣化してい
る場合に比べて排気ガス中の酸素濃度の変動が小さく抑
えられる。

【００１７】このため、図９（Ｂ）に示す構成とした場
合、触媒の浄化能力が高い使用初期においては、内燃期
間１に供給される燃料ガスがリッチまたはリーンに大き
く偏るまで、第２のＯｘセンサ１０周辺の排気ガス中の
酸素濃度は変化しない。従って、この構成においては、
触媒がある程度劣化するまで、第２のＯｘセンサ１０に
よるサブフィードバック制御を行うことができない。

【００１８】このように、上記従来の装置においては、
触媒の浄化能力の変化のために、長期間にわたって複数
のＯｘセンサの出力に基づいたフィードバック制御を行
うことができず、長期的に良好な浄化性を維持すること
ができない。

【００１９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、触媒の劣化前後で複数のサブフィードバック用
のＯｘセンサを切り換えて用いることにより上記の課題
を解決した内燃機関の空燃比制御装置を提供することを
目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、図１の原
理図に示すように、内燃機関３１の排気通路３２に、排
気ガスの流れる方向に間隔をあけて、該排気ガスを浄化
するために直列に設けられた複数の触媒装置３３ａ、３
３ｂ、３３ｃ・・と、前記各触媒の上流及び下流に配置
された複数の空燃比センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・
と、前記複数の触媒装置３３ａ、３３ｂ、３３ｃ・・そ
れぞれの劣化を検出する劣化検出手段３５と、前記劣化
検出手段３５により未劣化であると推定される触媒装置
のうち最上流に位置する触媒装置の、上流と直下流とに
配置された前記空燃比センサの出力に基づいて、前記内
燃機関３１の空燃比を制御する制御手段３６とからなる
内燃機関の空燃比制御装置により解決される。

【００２１】

【作用】上記の構成によれば、前記複数の触媒装置３３
ａ、３３ｂ、３３ｃ・・が新品の状態であれば、前記劣
化検出手段３５は前記触媒装置の劣化を検出しない。従
って、前記触媒装置３３ａが未劣化かつ最上流に位置す
る触媒装置となり、前記制御手段３６は、前記空燃比セ
ンサ３４ａ、３４ｂの出力に基づいて前記内燃機関３１
の空燃比制御を行う。従って、この場合は、使用初期に
おける従来の装置と同様に、前記内燃機関３１に供給さ
れる燃料ガスは、高精度に理論空燃比近傍に維持され
る。

【００２２】また、前記内燃機関３１が排気ガスが排出
すると、廃熱やオイルの飛散により上流に位置する触媒
から劣化が進行する。このため、前記複数の触媒装置の
中では触媒装置３３ａが最も早く劣化する。従って、前
記劣化検出手段３５が触媒装置３４ａの劣化を検出した
場合、触媒装置３３ｂが未劣化かつ最上流に位置する触
媒装置となり、前記制御手段３６は、前記空燃比センサ
３４ａまたは３４ｂと、空燃比センサ３４ｃの出力に基
づいて前記内燃機関３１の空燃比制御を行う。

【００２３】この場合、前記触媒装置３３ａは浄化能力
が劣化しているため、その下流側に前記内燃機関３１か
ら排出された排気ガスが浄化されないまま吹き抜ける。
このため、前記触媒装置３３ｂの上流側に位置する何れ
かの空燃比センサと、前記触媒装置３３ｂの直下流に位
置する前記空燃比センサ３３ｃを用いた場合、高精度な
空燃比制御が行われる。

【００２４】以下、触媒の劣化が進行すると、同様に未
劣化の触媒の前後の空間に配置される１組の空燃比セン
サの出力に基づいた空燃比制御が行われ、最下流の触媒
が劣化するまで、２つの空燃比センサを用いた制御が続
行される。

【００２５】

【実施例】図２は、本発明に係る内燃機関の空燃比制御
装置の一実施例の構成図を示す。同図中符号１１は、本
実施例装置を備える内燃機関で、図９に示す従来の内燃
機関１と同様その吸気口には、スロットルバルブ１３上
流でエアクリーナ１４に連結する吸気通路１２及び燃料
噴射弁１５が設けられている。

【００２６】内燃機関１１の排気口には、排気通路１６
が連結されている。この排気通路１６には、サブの触媒
装置として働く第１の触媒１７とメインの触媒装置とし
て働く第２の触媒１８とが間隔を空けて設けられてい
る。

【００２７】また、本実施例装置においては、第１の触
媒１７の上流に第１のＯｘセンサ１９が、第１の触媒１
７と第２の触媒１８との間に第２のＯｘセンサ２０が、
また第２の触媒１８の下流に第３のＯｘセンサ２１が設
けられている。

【００２８】これらのＯｘセンサ１９〜２１は、空燃比
センサに相当し、それらがさらされている排気ガス中の
酸素濃度に応じた信号を出力するセンサである。また、
燃料ガスが理論空燃比よりリーンであるかリッチである
かにより出力を急変させる特性を有している。

【００２９】第１の触媒１７は、内燃機関１１の排気口
近傍に設けられており、排気ガスにより加熱されて、い
ち早く浄化作用を発揮するのに十分な温度に達する。こ
のため、冷間時においても、内燃機関１１の始動後直ち
に排気ガスの浄化に必要な活性温度に達し、冷間始動時
に内燃機関１１が排出する不完全燃焼ガスを燃焼させる
ことができる。

【００３０】上記の位置に配置された第１〜第３のＯｘ
センサ１９〜２１は、制御手段に相当する制御装置２２
の所定の端子に接続され、この制御装置２２に対して、
それぞれの領域における排気ガス中酸素濃度に基づいた
出力信号を送信している。

【００３１】Ｏｘセンサ１９〜２２の出力信号の他に、
制御装置２２には、図示されないエアフロメータ、吸気
温センサ、水温センサ、スロットルセンサ等から燃料噴
射時間を演算するための信号が送信されている。

【００３２】制御装置２２はこれらの信号に基づいて基
本の燃料噴射時間を演算し、Ｏｘセンサ１９〜２１の出
力信号から燃料ガスを理論空燃比近傍に維持するための
フィードバックをかけて燃料噴射弁１５に駆動信号を送
信している。

【００３３】また、本実施例装置においては、従来の空
燃比制御装置と同様にＯｘセンサによる空燃比フィード
バック制御を、メインフィードバック制御とサブフィー
ドバック制御とで行っている。このため、必要に応じて
第１〜第３のＯｘセンサから２つのＯｘセンサを選択し
て、上流側をメインフィードバック制御用、下流側をサ
ブフィードバック制御用として用いている。

【００３４】図３及び図４は、本実施例装置の制御装置
２２が実行する空燃比フィードバック制御の１例のフロ
ーチャートを示す。以下各図に沿って、本実施例装置の
動作について説明する。

【００３５】図３に示すルーチンは、メインフィードバ
ック制御ルーチンであって、所定時間、例えば４ｍｓ毎
に起動される。このルーチンが起動されると、まず空燃
比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の領域であるか否かが
判別される（ステップ１０１）。

【００３６】空燃比フィードバック制御のを行う条件
は、内燃機関１１が理論空燃比の燃料ガスで運転すべき
状態である場合に成立する。このため、例えば内燃機関
１１のクランキング中、暖機またはパワー増量のための
燃料増量補正中、リーン制御中、フューエルカット処理
中等はいずれも条件が不成立である。この場合、空燃比
フィードバックは行われないため、そのまま処理を終了
して次回の起動を待つ。

【００３７】空燃比フィードバック制御の領域であると
判別された場合、上記の第１〜第３のＯｘセンサ１９〜
２１のうち、後述の基準によりメインフィードバック制
御に使用することとしたＯｘセンサ（メインＯｘセン
サ）の出力信号から、前回の処理時と空燃比が反転して
いるか否かを判別する（ステップ１０２）。

【００３８】空燃比が反転している場合、その反転を相
殺するようにフィードバック制御するために、リッチか
らリーンへの反転であるか、リーンからリッチへの反転
であるかを判別する（ステップ１０３）。

【００３９】リッチからリーンへの反転である場合、燃
料噴射量を増量して空燃比をリッチ側に折り返す必要か
ら、空燃比補正係数ＦＡＦに反転時フィードバック定数
ＲＳ１を加算することにより、スキップ的にＦＡＦを増
大させて（ステップ１０４）処理を終了する。

【００４０】また、リーンからリッチへの反転である場
合、空燃比をリーン側に折り返す必要があり、ＦＡＦか
ら反転時フィードバック定数ＲＳ２を減算することによ
りスキップ的に減少させて（ステップ１０５）処理を終
了する。

【００４１】一方、ステップ１０２において空燃比が反
転していないと判別された場合、現在の空燃比状態を知
るためメインＯＸ信号がリッチであるか否かを判別した
後（ステップ１０６）、その状態を相殺する方向に、徐
々に燃料噴射量を増減するフィードバック制御を行う。

【００４２】すなわち、空燃比がリッチである場合に
は、ＦＡＦから非反転時フィードバック定数ＫＩ１を減
算して内燃機関１１に供給される燃料噴射量を減少させ
（ステップ１０７）、また空燃比がリーンである場合に
はＦＡＦに非反転時フィードバック定数ＫＩ２を加算し
て燃料噴射量を増加させて（ステップ１０８）処理を終
了する。

【００４３】上記のメインフィードバック制御におい
て、反転時フィードバック定数ＲＳ１、ＲＳ２は、非反
転時フィードバック定数ＫＩ１、ＫＩ２と比べて十分大
きな値に設定してある。このため、上記の制御によれ
ば、例えば空燃比がリッチからリーンに反転した場合、
まず燃料噴射量は比較的大きなステップでリッチ側（理
論空燃比側）に補正され、次いで再び空燃比が反転する
まで徐々に理論空燃比側によってくることになる。従っ
て、内燃機関に供給される燃料ガスは精度良く理論空燃
比近傍に維持される。

【００４４】また、各反転時フィードバック定数ＲＳ
１、ＲＳ２及び各非反転時フィードバック定数ＫＩ１、
ＫＩ２は、装置の起動時においては互いに等しい値に設
定されている。

【００４５】図４に示す処理は、サブフィードバック制
御ルーチンであって、上記のＲＳ１、ＲＳ２及びＫＩ
１、ＫＩ２の値を変動させるルーチンである。また、こ
の処理は触媒通過後の排気ガス中の酸素濃度を測定する
Ｏｘセンサ（サブＯｘセンサ）の出力信号に基づいて行
われ、メインフィードバック制御より十分長い間隔、例
えば１ｓｅｃ毎に起動される。

【００４６】このルーチンが起動すると、メインフィー
ドバック制御の場合と同様に、サブフィードバック制御
領域か否かが判別される（ステップ２０１）。この場
合、例えば、サブＯｘセンサの上流に位置する触媒が活
性化されていない場合、サブフィードバック制御を開始
する条件が不成立となり、このまま今回の処理を終了す
る。

【００４７】また、サブフィードバック制御の領域であ
るとされた場合、サブＯｘセンサの出力信号がリッチで
あるか否かを判別する（ステップ２０２）。上記したよ
うにサブＯｘセンサは、触媒の下流に設けられており、
浄化後の排気ガス中酸素濃度を監視している。

【００４８】上記したように、排気ガスの浄化は有毒成
分の酸化または還元により、この際に、排気ガスと触媒
との間で酸素の需給が行われる。また、内燃機関から排
出された排気ガスは触媒を通過する際に混合されて、サ
ブＯｘセンサに到達する。

【００４９】このため、サブＯｘセンサがさらされる雰
囲気中の酸素濃度は、内燃機関から随時排出される排気
ガス中酸素濃度を平滑化した特性を示す。従って、この
酸素濃度を監視すれば、上記のメインフィードバック制
御により４ｍｓ毎に補正された燃料ガスが、長期的にみ
てリッチよりであるかリーンよりであるかを判別するこ
とができる。

【００５０】すなわち、ステップ２０２でサブＯｘセン
サの出力信号がリッチであると判別された場合は、メイ
ンフィードバック制御による空燃比制御がリッチ側にシ
フトしていると判断する。そして、メインフィードバッ
ク制御で使用したフィードバック定数をリーン側にシフ
ト（ＲＳ１、ＫＩ２を減少、ＲＳ２、ＫＩ１を増加）さ
せて（ステップ２０３）処理を終了する。

【００５１】また、ステップ２０２でサブＯｘセンサの
出力信号がリーンであると判別された場合は、ステップ
２０３と逆の処理、すなわちフィードバック定数をリッ
チ側にシフト（ＲＳ１、ＫＩ２を増加、ＲＳ２、ＫＩ１
を減少）する処理を行って（ステップ２０４）処理を終
了する。

【００５２】この結果、メインフィードバック制御の制
御中心が、理論空燃比を中心として緩やかに変動するこ
ととなり、メインフィードバック制御がリッチ側または
リーン側に偏って行われることはない。従って、燃料ガ
スの空燃比がより一層理論空燃比近傍に維持される。

【００５３】本実施例装置においては、上記したように
必要に応じて第１〜第３のＯｘセンサから２つのＯｘセ
ンサを選択して、それらのうち上流側をメインＯｘセン
サ、下流側をサブＯｘセンサとして用いている。以下
に、本実施例の要部であるＯｘセンサの選択処理につい
て説明する。

【００５４】図５は、本実施例装置が実行するＯｘセン
サの選択処理に関するサブルーチンの一例で、第１の触
媒の劣化を検出してＯｘセンサを切り換えるルーチンの
フローチャートである。

【００５５】尚、本実施例装置においては、図２に示す
第１のＯｘセンサ１９をメインＯｘセンサとして、ま
た、第２のＯｘセンサ２０をサブＯｘセンサとして初期
設定されている。

【００５６】図５において、触媒劣化検出ルーチンが起
動すると、まず第１のＯｘセンサ１９の出力を所定時間
監視して、その変動周波数ＦＭＡＩＮを算出して記憶す
る（ステップ３０１）。

【００５７】第１のＯｘセンサ１９は、内燃機関１１か
ら排出された直後の排気ガスを監視しているため、ＦＭ
ＡＩＮは内燃機関１１に供給される燃料ガス中酸素濃度
の変動周波数と同一の値となる。また、この周波数は、
メインフィードバック制御の補正速度等により決定し、
触媒の劣化によっては変動しない値である。

【００５８】理論空燃比ＦＭＡＩＮの算出が終わった
ら、次に、初期設定でサブＯｘセンサとされている第２
のＯｘセンサ２０の出力から、その変動周波数ＦＳＵＢ
１を算出して記憶する（ステップ３０２）。

【００５９】上記したように、第２のＯｘセンサ２０は
第１の触媒１７の下流に設けられているため、検出する
酸素濃度は、内燃機関１１から排出された直後の排気ガ
ス中酸素濃度を平滑化した値となる。従って、ＦＳＵＢ
１は、ＦＭＡＩＮに比べて小さい値となり、その値は第
１の触媒１７の浄化能力の低下と共にＦＭＡＩＮに近づ
く。

【００６０】図６は、第１〜第３のＯｘセンサ１９〜２
１の出力波形を示す。同図（Ａ）が第１のＯｘセンサ１
９の出力とすると、第１の触媒１７の浄化能力が高い劣
化前においては、同図（Ｂ）に示すように第２のＯｘセ
ンサ２０の出力変動は平滑化されている。

【００６１】第１の触媒１７が使用されて浄化能力が劣
化すると、排気ガスと触媒との間でやりとりされる酸素
量が減少して、同図（Ｃ）に示すように第２のＯｘセン
サ２０の出力変動周波数が高くなり、同図（Ａ）に示す
波形に近づく。

【００６２】上記したように、サブフィードバック制御
はメインフィードバック制御による偏りを補正するため
に行われる。すなわち、サブＯｘセンサは、小刻みに変
動するメインＯｘセンサの出力の偏りを検出するもので
あり、その出力変動は、メインＯｘセンサの出力変動に
比べてある程度緩やかでなければならない。

【００６３】一方、図６（Ｄ）及び（Ｅ）は、第３のＯ
ｘセンサ２１の出力波形で、それぞれ触媒新品時、及び
劣化時における波形を示す。第３のＯｘセンサ２１は、
第１及び第２のＯｘセンサ２０、２１により浄化された
排気ガス中の酸素濃度を検出する。このため、同図
（Ｄ）に示すように、触媒が新品で浄化能力が高い場合
の第３Ｏｘセンサ２１の出力は、同図（Ａ）に示す浄化
前の排気ガス中酸素濃度の変動に比べて著しく緩やかな
変動を示す。

【００６４】仮に、このように緩やかな変動を示す出力
信号でサブフィードバック制御を行った場合、サブＯｘ
センサの出力変動が緩やかすぎて、フィードバック定数
が交互にリッチ側またはリーン側に発散してしまう。す
なわち、サブフィードバック制御を行うことにより、か
えって空燃比が片側に偏ってしまうことになる。

【００６５】ところで、同図（Ｅ）に示すように、触媒
の浄化能力が劣化した場合には、上記第２のＯｘセンサ
２０の場合と同様に、第３のＯｘセンサ２１の変動周波
数が高くなる。従って、その変動周波数は第１のＯｘセ
ンサ１９の出力変動周波数に近づき、第３のＯｘセンサ
２１の出力によってもサブフィードバック制御が行える
ようになる。

【００６６】このため、本実施例装置においては、触媒
が劣化するまで第２のＯｘセンサ２０をサブＯｘセンサ
として、触媒が劣化したら第３のＯｘセンサ２１をサブ
Ｏｘセンサとして用いている。また、本実施例装置にお
いては、触媒の劣化検出手段として、上記したＯｘセン
サの出力変動周波数の変化を監視する方法を用いてい
る。

【００６７】すなわち、図５において、ステップ３０
１、３０２で第１のＯｘセンサ１９の変動周波数ＦＭＡ
ＩＮ及び第２のＯｘセンサ２０の変動周波数ＦＳＵＢ１
を記憶したら、次にこれらの値の比（ＦＭＡＩＮ／ＦＳ
ＵＢ１）を演算し、その比が所定のしきい値Ａより小さ
いか否かを判別する（ステップ３０３）。尚、しきい値
Ａは、サブＯｘセンサとして、第２のＯｘセンサ２０よ
り第３のＯｘセンサ２１を用いた方が、良好な制御精度
が得られる変曲点として求められる値である。

【００６８】ステップ３０３において、まだＦＳＵＢ１
が十分に緩やかでＦＭＡＩＮ／ＦＳＵＢ１≧Ａが成り立
つと判別された場合には、第１の触媒１７はまだ劣化し
ていないと判断され（ステップ３０４）、第２のＯｘセ
ンサ２０でサブフィードバック制御を続行することとし
て（ステップ３０５）処理を終了する。

【００６９】また、ステップ３０３で、ＦＭＡＩＮ／Ｆ
ＳＵＢ１＜Ａであると判別された場合、第１の触媒は劣
化したと判断される（ステップ３０６）。この場合は、
第２のＯｘセンサ２０をサブＯｘセンサとして使うのを
止め、以後第３のＯｘセンサ２１でサブフィードバック
制御を行うこととして（ステップ３０７）処理を終了す
る。

【００７０】上記したように、本実施例装置によれば、
第１の触媒１７の劣化を検出して、サブＯｘセンサとし
て第２のＯｘセンサ２０と第３のＯｘセンサ２１を切り
換えて用いることができる。このため、第１及び第２の
触媒１７、１８の劣化によらずメインフィードバック制
御に加えて、サブフィードバック制御を行うことができ
る。従って、従来の装置と比べて長期的に良好な浄化性
を維持することができる。

【００７１】図７は、本実施例装置が実行するＯｘセン
サの選択処理に関するサブルーチンの他の例のフローチ
ャートである。

【００７２】同図中、ステップ４０１〜４０７は図５の
ステップ３０１〜３０７と処理内容が同一である。すな
わち、本実施例のルーチンは、ステップ４０８、４０９
が挿入されている点で以外は上記実施例のルーチンと同
一である。

【００７３】従って、このルーチンが起動すると、ま
ず、第１及び第２のＯｘセンサ１９、２０の出力からＦ
ＭＡＩＮ及びＦＳＵＢ１を算出し（ステップ４０１、４
０２）、次いで、その比から第１の触媒１７の劣化状態
を判断して（ステップ４０３）、第１及び第２のＯｘセ
ンサのうち、より良好な制御精度が得られるであろうＯ
ｘセンサをサブＯｘセンサとする（ステップ４０４〜４
０７）。

【００７４】また、本実施例のルーチンでは、ステップ
４０３でＦＭＡＩＮ／ＦＳＵＢ＜Ａであるとされた場
合、その劣化がどの程度であるかを判断するため、Ａよ
り小さい値Ｂと、第１及び第２のＯｘセンサ１９、２０
の変動周波数の比ＦＭＡＩＮ／ＦＳＵＢ１との比較を行
う（ステップ４０８）。

【００７５】今回のしきい値Ｂは、通常の状態ではＦＭ
ＡＩＮ／ＦＳＵＢ１＜Ｂが起こりえない値に設定してあ
る。従って、もしステップ４０８でＦＭＡＩＮ／ＦＳＵ
Ｂ１＜Ｂが成立していると判別された場合には、第１の
触媒１７にオイル付着等の異常が生じていると推定でき
る。この場合、第１のＯｘセンサ１９にもオイル付着等
の異常が生じ、異常信号を出力していることが考えられ
る。

【００７６】このため、本実施例のルーチンにおいて
は、このような場合には、以後第２のＯｘセンサ２０で
メインフィードバック制御を行うこととして（ステップ
４０９）処理を終了する。

【００７７】すなわち、本実施例のルーチンにおいて
は、図８の図表に示すように、ＦＭＡＩＮ／ＦＳＵＢ１
≧Ａの場合には、第１の触媒１７は新品状態と判断し
て、第１のＯｘセンサ１９をメインＯｘセンサ、第２の
Ｏｘセンサ２０をサブＯｘセンサとし、Ｂ＜ＦＭＡＩＮ
／ＦＳＵＢ１＜Ａの場合には、第１の触媒１７が劣化状
態であると判断して、第１のＯｘセンサ１９をメインＯ
ｘセンサ、第３のＯｘセンサ２１をサブＯｘセンサと
し、ＦＭＡＩＮ／ＦＳＵＢ１＜Ｂの場合には、第１のＯ
ｘセンサ１９が異常であるかもしれないと推定して、第
２のＯｘセンサ２０をメインＯｘセンサ、第３のＯｘセ
ンサ２１をサブＯｘセンサとして空燃比フィードバック
制御を行う。

【００７８】このため、本実施例のルーチンによれば、
最も使用環境の厳しい第１のＯｘセンサ１９に異常が生
じても、第２、第３のＯｘセンサ２０、２１で完全な空
燃比フィードバック制御を続行することができる。従っ
て、従来の装置に比べて画期的に長い期間にわたり浄化
性を維持することが可能となる。

【００７９】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、内燃機関
の排気通路中に設けられた複数の触媒装置が、使用され
るにつれて上流側から順次劣化した場合、常に、未劣化
の触媒装置のうち最上流に位置する触媒装置が検知で
き、その触媒装置の前後の空間中の排気ガスを監視する
１組の空燃比センサに基づいて空燃比制御を行うことが
できる。

【００８０】従って、全ての触媒装置が新品状態である
ときから、最下流の触媒装置が劣化するまでの期間にわ
たって、２つの空燃比センサに基づいた高精度な空燃比
制御を行うことができる。このため、従来の装置に比べ
て画期的に長い期間、良好な浄化性を維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の原理
図である。

【図２】本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例の構成図である。

【図３】本実施例装置に使用するメインフィードバック
制御ルーチンの一例のフローチャートである。

【図４】本実施例装置に使用するサブフィードバック制
御ルーチンの一例のフローチャートである。

【図５】本実施例装置に使用する触媒劣化検出ルーチン
の一例のフローチャートである。

【図６】本実施例装置のＯｘセンサの出力波形を表す図
である。

【図７】本実施例装置に使用する触媒劣化検出ルーチン
の他の例のフローチャートである。

【図８】本実施例装置に使用する触媒劣化検出ルーチン
の他の例を用いた場合の各Ｏｘセンサの動作状態を表す
図である。

【図９】従来の内燃機関の空燃比制御装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１１、３１内燃機関１６、３２排気通路１７第１の触媒１８第２の触媒１９第１のＯｘセンサ２０第２のＯｘセンサ２１第３のＯｘセンサ２２制御装置３３ａ、３３ｂ、３３ｃ・・触媒装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・空燃比センサ３５劣化検出手段３６制御手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に、排気ガスの流れ
る方向に間隔をあけて、該排気ガスを浄化するために直
列に配設された複数の触媒装置と、前記各触媒装置の上流及び下流に配置された複数の空燃
比センサと、前記複数の触媒装置それぞれの劣化を検出する劣化検出
手段と、前記劣化検出手段により未劣化であると推定される触媒
装置のうち、最上流に位置する触媒装置の上流と直下流
に配置された前記空燃比センサの出力に基づいて、前記
内燃機関の空燃比を制御する制御手段とからなることを
特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。