JP3651159B2 - エンジンの触媒劣化診断装置および空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの触媒劣化診断装置および空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気浄化用の三元触媒の上流と下流にそれぞれO2センサを設け、上流側O2センサ出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比付近で所定の周期をもって振れるように空燃比のフィードバック制御を行なった場合に、触媒の新品時は下流側O2センサ出力がリッチ側からリーン側へあるいはリーン側からリッチ側へと反転する回数が小さいのに対して、触媒が劣化しているときは下流側O2センサ出力の反転回数が大きくなる。これは、触媒の新品時には触媒がO2を蓄えておく能力(O2ストレージ能力)が高いため、蓄えたO2を離そうとせず、これによって下流側O2センサ出力がなかなか反転しない(つまり下流側O2センサ出力のリッチ、リーンに対する応答性が鈍い)のに対して、触媒が劣化してくるとO2ストレージ能力が低くなり、O2を蓄えてもすぐに離してしまうので、下流側O2センサ出力の応答が上流側O2センサ出力の応答に近づいてゆく(つまり下流側O2センサ出力のリッチ、リーン反転に対する応答性がよくなる)ことによるものである。
【0003】
こうした特性に着目して触媒前後の2つのO2センサ出力の反転回数比(あるいは反転周期比)より触媒が劣化したかどうかを診断する方法がよく知られている(特開昭63−205441号公報参照)。上流側O2センサ出力の所定時間当たりの反転回数をn1、下流側のO2センサ出力の所定時間当たりの反転回数をn2としたとき、その反転回数比(=n2/n1)が触媒新品時に0であったものが触媒の劣化が進むとともに、1に近づいていくので、反転回数比が判定基準値(たとえば0.5)以上となったとき触媒が劣化したと診断するわけである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒前後の2つのO2センサ出力の反転回数比から触媒の劣化を診断する従来装置では、空燃比フィードバック制御を開始してから上流側O2センサ出力と下流側O2センサ出力とがスライスレベルを横切って何回か反転する必要があり、触媒の劣化判定に時間がかかるため、たとえば高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化を診断することができない。また、低温始動時のように触媒の活性化の途中では触媒の転換効率が徐々に変化するので、その間では触媒の劣化診断の精度が低下してしまう。
【0005】
なお、特開平4−303148号公報の装置においては、触媒劣化診断条件の成立時になったときリーン化制御により下流側O2センサにおけるO2の着脱をスムーズに行わせて下流側O2センサにより酸素濃度が高感度で検出されるようにすることで、O2ストレージ能力の高い初期状態での触媒劣化を精度良く診断するようにしているが、下流側O2センサ出力が反転しにくいことに変わりなく、したがってこの装置においても、触媒劣化の診断を時間的に早くできない。
【0006】
そこで本発明は、第一に触媒新品時に下流側O2センサ出力のピーク値を記憶しておき、この記憶値とその後の下流側O2センサ出力のピーク値とを比較することにより、触媒の一時的な劣化をも含めて触媒の劣化度合の診断を迅速に行い、第二にその判定した触媒の劣化度合を空燃比フィードバック制御定数の修正制御に反映させることにより、触媒の劣化度合に応じた要求空燃比を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明では、図26に示すように、触媒の上流側と下流側の各O2センサ31、32と、空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段33と、この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記2つのO2センサ31、32出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振れるように空燃比のフィードバック制御を行う手段34と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段52と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段51と、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段53と、前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出する手段37とを設けた。
【0008】
第2の発明では、前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する。
【0009】
第3の発明では、第1または第2の発明において前記空燃比フィードバック制御手段34が、図25に示すように、空燃比フィードバック制御の基本制御定数(たとえば比例分PL、PR、積分分IL、IR、上流側O2センサ出力の遅延時間、上流側O2センサ出力と比較するスライスレベルSLF等)を演算する手段61と、空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値(たとえば比例分修正値PHOS)を演算する手段62と、この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段63と、この演算した制御定数を用いて前記上流側O2センサ31出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段64とからなる。
【0010】
第4の発明では、第1から第3までのいずれか一つに発明において前記下流側O2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない。
【0013】
第5の発明では、第3の発明において前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである。
【0015】
第6の発明では、第1の発明においてアイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない。
【0017】
第7の発明では、第1から第6までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである。
【0018】
第8の発明では、第1から第6までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである。
【0019】
第9の発明では、第1から第8までのいずれか一つの発明において前記上流側O2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する。
【0020】
第10の発明では、図29に示すように、触媒の上流側と下流側の各O2センサ31、32と、空燃比フィードバック制御の基本制御定数(たとえば比例分PL、PR、積分分IL、IR、上流側O2センサ出力の遅延時間、上流側O2センサ出力と比較するスライスレベルSLF等)を演算する手段61と、空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段33と、この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32の出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値(たとえば比例分修正値PHOS)を演算する手段62と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段52と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ32出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段51と、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段53と、前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算する手段71と、この補正量で前記修正値を補正する手段72と、この補正された修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段73と、この演算した制御定数を用いて前記上流側O2センサ31の出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段64とを設けた。
【0021】
第11の発明では、前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する。
【0022】
第12の発明では、第10または第11の発明において前記下流側O2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない。
【0024】
第13の発明では、第10の発明において前記リッチ化制御が、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである。
【0026】
第14の発明では、第10の発明においてアイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない。
【0028】
第15の発明では、第10から第14までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである。
【0029】
第16の発明では、第10から第14までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである。
【0030】
第17の発明では、第10から第16までのいずれか一つの発明において前記上流側O2センサ31が活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する。
【0031】
【発明の効果】
第1の発明では下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値と現在の上限ピーク値の比較により、たとえば両者の差が小さいほど触媒の劣化度合が小さいと、また両者の差が大きくなるほど触媒の劣化度合が進んだと検出される。
【0032】
この場合に、下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値は触媒新品時に予め記憶しておく値であり、触媒の劣化検出に際しては、下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測するだけでよい。つまり、下流側O2センサ出力がピーク値をとるたびに触媒の劣化検出が可能になることから、たとえば高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化の場合に、あるいは低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その一時的に劣化した状態においてあるいは触媒の活性化の途中で下流側O2センサ出力が一度でもピーク値をとれば、それで触媒の劣化度合の検出が可能になる。
【0033】
このようにして、触媒の劣化度合の検出に際して、第1の発明では下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測するだけでよいので、所定時間当たりに触媒前後の2つのO2センサ出力が反転するのを待たなくてはならない従来装置の場合より、触媒の劣化度合を迅速に検出することができ、これによって、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化をも検出可能となるばかりか、低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その変化途中の触媒劣化度合を刻々に検出できる。
【0035】
O2ストレージ差による下流側O2センサ出力差はリッチ側出力のほうが顕著に現れる特性を利用して、第1の発明では、空燃比フィードバック制御条件の成立時にリッチ化制御を行い、このリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値とリッチ化制御中の下流側O2センサの現在のピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出し、また第10の発明では、空燃比フィードバック制御条件の成立時にリッチ化制御を行い、このリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値とリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算するので、第1の発明では触媒の劣化度合を高精度に検出することができ、また第10の発明では触媒の要求空燃比への制御精度が向上する。
リッチ化制御が吸入空気量の大きい高負荷、高回転で行われるときには排気エミッションが悪化してしまうことになるが、第1と第10の各発明では吸入空気量の小さいアイドル状態でだけリッチ化制御を行うので、排気エミッションが悪化することがない。
アイドル状態となるたびにリッチ化制御を行うのでは、排気エミッションが悪化するが、第1と第10の各発明では、下流側O 2 センサ出力のピーク値の変化量が所定値以上となったときに限ってアイドル状態でのリッチ化制御を行うので、アイドル状態でのリッチ化制御の機会が減ることになり、その分だけ排気エミッションの悪化を避けることができる。
【0036】
第4と第12の各発明では、下流側O2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは触媒新品時におけるピーク値の記憶および現在のピーク値の計測を行わないので、過渡的な運転条件での空燃比の乱れにより下流側O2センサ出力がピークに達しないまま反転する場合のピーク値を誤って記憶または計測することがない。
【0037】
アイドル状態となった直後は空燃比が安定せず、したがって、下流側O2センサ出力も安定しないので、このときにもリッチ化制御を行って下流側O2センサ出力のピーク値を計測したのでは、下流側O2センサ出力が不安定になる分だけ触媒の劣化度合の判定の精度や補正量の演算精度が悪くなるが、第6と第14の各発明では、アイドル状態となってから所定期間が経過するまでリッチ化制御を行わないので、第6の発明においては、安定していない下流側O2センサ出力のピーク値を用いることによる劣化度合の判定精度の悪化を、また第14の発明においては、下流側O2センサ出力のピーク値を用いることによる補正量の演算精度の悪化を避けることができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
図1において、1はエンジン本体で、その吸気通路8には吸気絞り弁5の下流に位置して燃料噴射弁7が設けられ、コントロールユニット(図ではC/Uで略記)2からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。
【0042】
コントロールユニット2にはクランク角センサ4からのRef信号(基準位置信号)とPos信号(1°信号)、エアフローメータ6からの吸入空気量信号、水温センサ11からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて基本噴射パルス幅Tpを算出するとともに、排気通路9の三元触媒10の上流側に設置したO2センサ3からの空燃比(酸素濃度)信号に基づいて空燃比のフィードバック制御を行い、さらにその空燃比フィードバック制御に使用する比例分を、三元触媒10の下流側に設置したO2センサ13からの空燃比(酸素濃度)信号により修正する。
【0043】
ここで、空燃比フィードバック制御は、排気の空燃比を理論空燃比を中心として周期的に振らせるようにした制御であり、このとき排気通路9に設けた三元触媒10が最大の転換効率をもって、排気中のNOxの還元とHC、COの酸化を行う。
【0044】
コントロールユニット2で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【0045】
図2のフローチャートは上流側O2センサ出力OSR1に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを演算するためのもので、Ref信号に同期して実行する。Ref信号に同期させるのは、燃料噴射がRef信号同期であり、系の乱れもRef信号同期であるため、これに合わせたものである。
【0046】
ステップ1では、空燃比フィードバック制御条件が成立しているかどうかをみる。たとえば、次の条件、
▲1▼冷却水温Twが空燃比フィードバック制御の開始水温TWCLMPを超えていること、
▲2▼目標燃空比相当量Tfbya(後述する)=1であること、
▲3▼フラグFLGCL=1であること(つまり上流側、下流側の各O2センサ出力がそれぞれ所定回数(たとえば1回)リッチ側からリーン側へと(あるいはリーン側からリッチ側へと)反転していること)、
を一つずつチェックし、いずれかでも満たさないときは空燃比フィードバック制御条件の非成立時と判断して、ステップ2に進み、αに1.0を入れて(αをクランプ)、図2のフローを終了する。
【0047】
上記の▲1▼〜▲3▼のすべてを満足するときは空燃比フィードバック制御条件の成立時と判断してステップ3に進む。
【0048】
ステップ3では上流側O2センサ出力OSR1をA/D変換して取り込み、ステップ4においてOSR1とスライスレベル(たとえば500mV付近)SLFを比較する。OSR1>SLFであれば上流側O2センサ出力がリッチ側にあると判断し、ステップ5でフラグAFF1に“1”を入れ、OSR1≦SLFであるときは上流側O2センサ出力がリーン側にあると判断し、ステップ6においてフラグAFF1に“0”を入れる。これによってAFF1=0は上流側O2センサ出力がリーン側にあることを、AFF1=1はリッチ側にあることを表す。
【0049】
なお、フラグAFF1は、すぐ後に述べるフラグAFF0、後述する他のフラグ(図3のフラグAFR1、AFR0、図4の上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグ、図8のフラグFLGCL、反転フラグHANTEN、上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグ、図9の新車時上限ピーク経験フラグ、新車時下限ピーク経験フラグ、図13のピーク経験フラグ2、図14のアイドルフラグIDLSW、リッチ化フラグ1、図15のピーク経験フラグ2、図16のリッチ化フラグ2)とともに電源投入時のイニシャライズで“0”に初期設定し、またすぐ後に述べる変数を格納するためのメモリα(old)、後述する他のメモリ(図3のPHOS、メモリPHOS(old)、図4のメモリΔOSR2H、OSR2I1H、OSR2PH、ΔOSR2L、OSR2I1L、OSR2PL、図13のメモリΔOSR22、OSR2P2、OSR2I2、図22のメモリΔOSR2H、OSR2PH(old)、ΔOSR2L、OSR2PL(old))も電源投入時のイニシャライズで0に初期設定するものであり、以下のフローチャートおいて、フラグ、メモリについての初期設定については省略する。
【0050】
ステップ7ではフラグAFF0の値を読み込む。このフラグAFF0は前回に空燃比がリッチあるいはリーンのいずれの側にあったかを示すフラグであり、AFF0=0は前回リーン側にあったことを、AFF0=1は前回リッチ側にあったことを表す。
【0051】
ステップ8では2つのフラグAFF0、AFF1を比較し、両者の値が等しくないときは、OSR1のリッチからリーンへの反転時あるいはその反対にリーンからリッチへの反転時であると判断し、ステップ9でサブルーチンを実行する。このサブルーチンの実行(OSR1の反転毎に実行)については図3、図4のフローチャートにより説明する。
【0052】
図3、図4のフローチャートは比例分修正値PHOSを演算するためのもので、図3のステップ21〜33は図2においてステップ1、2、9を除いた残りのステップと同様である。
【0053】
詳細にはステップ21で下流側O2センサ平滑化電圧MVRO2を読み込み、このMVRO2をステップ22においてスライスレベル(たとえば500mV付近)SLRと比較する。
【0054】
ここで、下流側O2センサ平滑化電圧MVRO2は、図5に示したように、エンジン1回転毎に下流側O2センサ出力OSR2をA/D変換して取り込み、
MVRO2=MVRO2(old)×(1−A)+OSR2×A …(1)
ただし、A:平滑化定数(n<1)
MVRO2(old):MVRO2の前回値
の式により更新される値である。ただし、初回電源投入時はOSR2をそのままMVRO2に入れている。
【0055】
MVRO2>SLRであればステップ23でフラグAFR1に“1”を、またMVRO2≦SLRであるときはステップ24においてフラグAFR1に“0”を入れる。これによってAFR1=0は下流側O2センサ出力がリーン側に、またAFR1=1はリッチ側にあることを表す。
【0056】
ステップ25ではフラグAFR0の値を読み込む。AFR0=0は下流側O2センサ出力が前回にリーン側にあったことを、またAFR0=1は下流側O2センサ出力が前回にリッチ側にあったことを表すので、ステップ26で2つのフラグAFR0、AFR1を比較し、両者の値が等しくないとき(つまりリッチからリーンへの反転時あるいはその反対にリーンからリッチへの反転時)は、ステップ27でフラグAFR1をみる。AFR1=0(リッチからリーンへの反転時)のときはステップ28でメモリPHOS(old)(PHOSの前回値)に比例分PHPLを加えた値を比例分修正値PHOSとすることにより、またAFR1=1(リーンからリッチの反転時)のときはステップ29においてメモリPHOS(old)より比例分PHPRを差し引いた値を比例分修正値PHOSとすることにより、それぞれPHOSを更新する。
【0057】
ステップ26でAFR0とAFR1が等しいときはステップ30に進み、フラグAFR1の値をみて、AFR1=0(前回、今回ともリーン)であるときはステップ31でメモリPHOS(old)に積分分DPHOSLを加えた値を比例分修正値PHOSとし、またAFR1=1(前回、今回ともリッチ)であるときはステップ32においてメモリPHOS(old)より積分分DPHOSRだけ差し引いた値を比例分修正値PHOSとすることにより、それぞれPHOSを更新する。
【0058】
なお、PHOSの更新に用いた比例分PHPL、PHPR、積分分DPHOSL、DPHOSRは一定値である。
【0059】
ステップ33では次回制御のためフラグAFR1の値をフラグAFR0に移し、図4のステップ34〜41を実行した後に図3のフローを終了する。
【0060】
ここで、図4のステップ34〜42は本発明により新たに追加した部分であり、後で詳述する。
【0061】
なお、図3のステップ21の前には図2のステップ1に対応する判定部分がない。これは、空燃比フィードバック制御条件と比例分修正制御条件を同じにするもので、本発明では、便宜上、上流側O2センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を行うとき、必ず下流側O2センサ出力に基づく比例分修正制御を行うものとして説明する。実際の制御では、上流側O2センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を行っても、下流側O2センサ出力に基づく比例分修正制御が行われない場合がある(たとえば上流側O2センサは活性化していても、下流側O2センサが活性化していないとき)ことはいうまでもない。
【0062】
このようにして、比例分修正値PHOSが更新されるとき、比例分修正値PHOSは図6に示したように下流側O2センサ平滑化電圧MVRO2のリッチからリーンへの反転時とリーンからリッチへの反転時にステップ的に変化し、リーンやリッチを継続するあいだは漸増と漸減とを繰り返す波形となる。
【0063】
サブルーチンの実行を終了したら、図2のステップ10に戻り、フラグAFF1の値をみる。AFF1=0(リッチからリーンへの反転時)であればステップ11で
α=α(old)+(PL+PHOS) …(2)
ただし、α(old):αの前回値
の式により、またAFF1=1(リーンからリッチへの反転時)であるときはステップ12において
α=α(old)−(PR−PHOS) …(3)
の式により空燃比フィードバック補正係数αをそれぞれ更新する。
【0064】
一方、ステップ8で2つのフラグAFF0、AFF1の値が等しいときは、反転時でないと判断し、ステップ13に進んでフラグAFF1の値をみる。AFF1=0(前回、今回ともリーン)であれば、ステップ14でメモリα(old)に積分分ILを加算することによって、またAFF1=1(前回、今回ともリッチ)であるときはステップ15でメモリα(old)より積分分IRを減算することによってそれぞれ空燃比フィードバック補正係数αを更新する。
【0065】
ステップ16では次回制御のためフラグAFF1の値をフラグAFF0に移して図2のフローを終了する。
【0066】
このようにして演算される空燃比フィードバック補正係数αを用い、図示しないフローにより、燃料噴射弁7に与える燃料噴射パルス幅Tiが
ただし、Tp:基本噴射パルス幅
Kathos:過渡補正量
Tfbya:目標燃空比相当量
αm:空燃比学習値
Ts:無効パルス幅
の式で計算される。この計算したTiの値は、これも図示しないが噴射タイミングで出力レジスタに転送され、エンジン2回転毎に1回、各気筒毎に噴射される。
【0067】
ここで、(4)式のTpはエンジン回転数と吸入空気量から計算される値で、このTpによりほぼ理論空燃比の混合気が得られる。Tfbyaは水温増量補正係数Ktwや始動後増量補正係数Kasなどの和であり、冷間始動直後より空燃比フィードバック制御が開始されるまでのあいだでTfbyaが1.0より大きい値になって燃料増量が行われ、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で運転される。また、空燃比フィードバック制御条件の成立時はTfbya=1.0である。
【0068】
さて、空燃比フィードバック制御中に上流側O2センサ出力の所定時間当たりの反転回数と下流側O2センサ出力の所定時間当たりの反転回数を計測し、両者の反転回数比より触媒が劣化したかどうかを診断する方法がよく知られているが、この従来の方法では、空燃比フィードバック制御を開始してから上流側O2センサ出力と下流側O2センサ出力とが何回か反転したあとでないと、触媒が劣化したかどうかを診断することができず、劣化診断に時間がかるため、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化を診断できない。また、低温始動時のように触媒の活性化の途中では、触媒の転換効率が徐々に変化するので、その間では劣化したかどうかの診断精度が低下してしまう。
【0069】
これに対処するため本発明の第1実施形態では、触媒新品時に下流側O2センサ出力のピーク値を記憶しておき、その記憶値とその後の下流側O2センサ出力のピーク値とを比較することにより、一時的な劣化状態も含めて触媒の劣化度合の検出を迅速に行い、その検出した触媒の劣化度合を空燃比制御に反映させる。ここで、図7に触媒新品時と触媒劣化時の下流側O2センサ出力を重ねて示すと、同図のように、下流側O2センサ出力は、触媒の状態によって下流側O2センサ出力のピーク値(上限ピーク値と下限ピーク値)が変化し、触媒劣化時になると、上限ピーク値と下限ピーク値のいずれもが触媒新品時より低くなっている。これは、O2ストレージ能力の高い触媒新品時には下流側O2センサが検出するO2量が少なくなるため、センサ出力が高いのに対し、触媒の劣化が進行すると、O2ストレージ能力が低下し、その結果、下流側O2センサが検出するO2量が多くなり、センサ出力が低下してゆくためである。こうした特性を利用して下流側O2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値と、下流側O2センサ出力の現在のピーク値とを比較することにより、触媒の劣化度合を検出できるのである。
【0070】
詳細には、図4のステップ34〜42を追加するとともに、図8、図9のフローチャートを新たに設けている。
【0071】
図8のフローチャートから説明すると、これは比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値を計測するためのもので、図2、図3、図4のフローチャートとは独立に一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
【0072】
ステップ51、52、53では、次の条件、
▲1▼Tw>TWCLMPであること、
▲2▼Tfbya=1であること、
▲3▼フラグFLGCL=1であること、
を一つずつチェックする。これらの条件は図2のステップ1において述べたところとそっくり同じであり、▲1▼〜▲3▼のすべてを満足するときは比例分修正制御条件の成立時(空燃比フィードバック制御条件の成立時でもある)と判断してステップ54以降に進む。
【0073】
ステップ54では下流側O2センサ出力OSR2とスライスレベル(たとえば500mV付近)SLRの差DLTAVを計算し、この差DLTAVの絶対値と判定値SLRKをステップ55において比較し、|DLTAV|>SLRKであれば、ピーク値の検出が可能であると判断してステップ56に進む。これは、過渡的な運転条件での空燃比の乱れにより図10に示したように下流側O2センサ出力OSR2が上限ピーク(あるいは下限ピーク)に達しないまま反転することがあり、この場合のピーク値を検出しないようにするため、|DLTAV|≦SLRKであるときはステップ56以降に進ませないのである。
【0074】
ステップ56では反転フラグHANTEN=1であるかどうかみる。このフラグは図示しない別のフローにおいて下流側O2センサ出力OSR2が増加から減少に、あるいはこの逆に減少から増加に切換わった(反転した)タイミングで“1”になるフラグである。HANTEN=1のときは下流側O2センサ出力OSR2が上限ピークまたは下限ピークにあると判断してステップ57に進み、上記の差DLTAVと0を比較する。DLTAV>0(つまり上限ピーク側)のときはステップ58において下流側O2センサ出力OSR2をメモリOSR2PHに移し、DLTAV<0(つまり下限ピーク側)のときはステップ61においてOSR2をメモリOSR2PLに移す。これによってOSR2の上限ピーク値がメモリOSR2PHに、またOSR2の下限ピーク値がメモリOSR2PLに格納される。
【0075】
ステップ59、62ではそれぞれ上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグに“1”を入れる。これらのピーク経験フラグは後述する図4において必要なるフラグである。
【0076】
ステップ60では次回のピーク値検出のため、反転フラグHANTENに“0”を入れてリセットする。
【0077】
次に、図9のフローチャートは比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の新車時(つまり触媒新品時)におけるピーク値を計測して記憶するためのもので、これも図2、図3、図4のフローチャートとは独立に一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
【0078】
図9においてステップ73、74、75、78、79、80、81、82、83、84、85、86は、図8のステップ51〜60とほぼ同様であり、比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の新車時における上限ピーク値と下限ピーク値を計測してそれぞれメモリOSR2I1HとOSR2I1Lに格納するとともに、新車時における上限ピーク値を格納したときは新車時上限ピーク記憶フラグを、また新車時における下限ピーク値を格納したときは新車時下限ピーク記憶フラグをそれぞれ“1”にセットする。
【0079】
ただし、これらメモリOSR2I1HとOSR2I1Lは、上記のメモリOSR2PHとOSR2PLと相違してバックアップRAMである。また、新車時上限ピーク記憶フラグ、新車時下限ピーク記憶フラグを格納するメモリも、上記の上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグと相違してバックアップRAMである。
【0080】
一方、図8と大きく異なるのは、ステップ71、72、76、77である。このうち、ステップ71、72では、新車時ピーク経験フラグをみて、新車時上限ピーク経験フラグ=0または新車時下限ピーク経験フラグ=0のときだけステップ73以降に進ませる。つまり、新車時上限ピーク経験フラグと新車時下限ピーク経験フラグの両方が“1”となった後はステップ73以降に進むことができない。これにより比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の新車時における上限ピーク値と下限ピーク値の計測、記憶が終了する。
【0081】
ステップ76、77は下流側O2センサ出力の新車時における各ピーク値を記憶するときの条件を追加するもので、累積走行距離SDISTが所定値(たとえば100km)DISTより小さい(つまり触媒が新品である)とき、かつ触媒温度CATTが所定値CATTSを超えている(つまり触媒が完全に活性化して触媒性能が安定している)ときの両方を満足する場合に限りステップ78以降に進ませる。
【0082】
ここで、上記の累積走行距離に代えて累積走行時間を用いることもできる。上記の触媒温度は、温度センサにより実際の触媒温度を検出するほか、始動してからの時間、走行距離もしくはエンジンの運転条件の累積値により推測する方法が公知であるので、この公知の方法を用いて触媒温度を推測するようにしてもかまわない。
【0083】
このようにして、比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値、下限ピーク値がメモリOSR2I1H、OSR2I1Lに格納され、また、比例分修正制御中に下流側O2センサ出力が上限ピークと下限ピークをとるたびにメモリOSR2PHとOSR2PLの値が更新される(比例分修正制御中に下流側O2センサ出力の最新の上限ピーク値、下限ピーク値がメモリOSR2PH、OSR2PLに格納される)。
【0084】
図4に移り、ステップ34、35では新車時上限ピーク記憶フラグと上限ピーク経験フラグをみて、これらがともに“1”にセットされているときはステップ36でメモリOSR2I1H、OSR2PHの値を読み出してこれらの差をメモリΔOSR2Hに入れる。同様にして、ステップ38、39では新車時下限ピーク記憶フラグと下限ピーク経験フラグをみて、これらがともに“1”にセットされているときはステップ40でメモリOSR2I1L、OSR2PLの値を読み出してこれらの差をメモリΔOSR2Lに入れる。これによって、メモリΔOSR2Hには比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値と比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値の差が、また、メモリΔOSR2Lには比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値と比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の現在の下限ピーク値の差が格納されるわけである。
【0085】
このΔOSR2Hよりステップ37では図11の上段の実線を内容とするテーブルを、またΔOSR2Lよりステップ41で図11の上段の一点鎖線を内容とするテーブルをそれぞれ検索して触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSMを求め、このPHOSMをステップ42でPHOS(図3のステップ28、29、31、32で既に得ている)に加算した値を改めて比例分修正値PHOSとおくことによって、PHOSに対して触媒の劣化度合に応じた補正を行う。
【0086】
ここで、上記の補正量PHOSMは、触媒の要求空燃比が触媒の劣化とともに変化することに対応して設定するものである。たとえば、触媒の劣化度合により触媒の要求空燃比がどのように変化してゆくかを図11の下段に示すと、触媒新品時は、触媒のO2ストレージ量が大きいため要求空燃比がリッチ側にあり、触媒が劣化してくるとO2ストレージ量が小さくなって要求空燃比がリーン側へ移行している。図示しないが、触媒の活性化途中は触媒劣化時と同様にO2ストレージ量が小さいので要求空燃比はリーン側である。こうした触媒の要求空燃比の特性に合わせるため、図11の上段に示したように触媒の劣化度合が小さい(ΔOSR2H、ΔOSR2Lが小さい)ときPHOSMをプラス側の値に、また、劣化度合が進行する(ΔOSR2H、ΔOSR2Lが大きくなる)とマイナス側に設定するのである。
【0087】
なお、図11上段において、ΔOSR2Hの場合とΔOSR2Lの場合でPHOSMの特性が異なっているのは、上限ピーク時と下限ピーク時とで劣化度合に対する下流側O2センサ出力の感度が異なることによるものである。O2センサは大気のO2濃度と排気中のO2濃度の差に応じた電位差を出力するので、劣化度合(触媒のO2ストレージ能力)が異なる場合、O2濃度の低いリッチ側(つまり上限ピーク時)のほうがO2濃度の高いリーン側(つまり下限ピーク時)よりもその差が大きくなる(図7参照)ことから、上限ピーク時と下限ピーク時とでO2センサ出力に感度差が出てくるわけである。
【0088】
ただし、触媒の種類によっては触媒の要求空燃比が必ずしも図11の下段に示す傾向になるとは限らないので、開発時に触媒の劣化度合と触媒の要求空燃比の関係をあらかじめ確かめた上でPHOSMを決定する必要がある。
【0089】
一方、新車時上限ピーク記憶フラグと上限ピーク経験フラグの両方が“1”のときと、新車時下限ピーク記憶フラグと下限ピーク経験フラグの両方が“1”のとき以外のときは、ΔOSR2H、ΔOSR2Lの計算を行うことができないので、そのままフローを終了する。
【0090】
ここで、本発明の第1実施形態の作用を説明すると、第1実施形態では、比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値OSR2I1Hと現在の上限ピーク値OSR2PHの差ΔOSR2H(または比例分修正制御中の下流側O2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値OSR2I1Lと現在の下限ピーク値OSR2PLの差ΔOSR2L)を触媒の劣化度合相当量として計算するものであり、この差ΔOSR2H(またはΔOSR2L)が小さいほど触媒の劣化度合が小さいと、またΔOSR2H(またはΔOSR2L)が大きくなるほど触媒の劣化度合が進んだと検出される。
【0091】
この場合に、下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値OSR2I1Hと触媒新品時における下限ピーク値OSR2I1Lとは触媒新品時に予め記憶しておく値であり、触媒の劣化度合の検出に際しては、下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値OSR2PHや現在の下限ピーク値OSR2Lを計測するだけでよい。つまり、下流側O2センサ出力が上限や下限のピーク値をとるたびに触媒の劣化度合の検出が可能になることから、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合、さらには低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その一時的に劣化した状態においてあるいは触媒の活性化の途中で下流側O2センサ出力が一度でも上限や下限のピーク値をとれば、それで触媒の劣化度合の検出が可能になる。
【0092】
このようにして、第1実施形態では、下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値OSR2PHや現在の下限ピーク値OSR2Lを計測するタイミングで触媒の劣化度合の検出が可能になるので、所定時間当たりに触媒前後の2つのO2センサ出力がスライスレベルを超えて反転するのを待たなくてはならない従来装置の場合より、触媒の劣化度合を迅速に検出することができ、これによって、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化をも検出可能となるばかりか、低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その変化途中の触媒の劣化度合を刻々に検出できる。
【0093】
また、第1実施形態では、触媒の劣化度合相当量として計算した値ΔOSR2H、ΔOSR2Lに応じて補正量PHOSMを求め、この補正量PHOSMで比例分修正値PHOSを補正するので、触媒の劣化度合に応じた触媒の要求空燃比が得られることになり、これによって触媒の劣化度合に関係なく排気エミッションを低減することができる。
【0094】
たとえば、PHOSMの導入されていない状態で、触媒の劣化度合に応じた触媒の要求空燃比が、図11の下段に示すように、劣化度合が小さいときリッチ側にあり、劣化度合が進んだときリーン側になる場合に、PHOSにより下流側O2センサ出力をスライスレベルSLRの付近に落ち着かせたのでは、触媒の要求空燃比が得られない。これに対して本発明では、図11の下段の触媒特性に合わせて、補正量PHOSMが図11の上段のように、劣化度合が小さいときプラスの値で、劣化度合が進んだときマイナスの値でPHOSMが設定される。PHOSMがプラスの値で設定されるときは、PHOSMの分だけPHOSの値がプラス側に移り、これによって図2ステップ11のPL+PHOSが大きくなり、図2ステップ12のPR−PHOSが小さくなるので、PHOSMの導入されていない状態では下流側O2センサ出力がスライスレベルSLRの付近に落ち着いていても、PHOSMを導入することにより空燃比がリッチ側に制御され、これによって劣化度合が進んでいないときの触媒の要求空燃比が得られるのである。触媒の劣化度合が進み、PHOSMがマイナスの値で設定されるときも同様で、劣化度合が進んでいるときの触媒の要求空燃比が得られる。
【0095】
図12、図13のフローチャートは第2実施形態で、それぞれ第1実施形態の図2、図4に対応する。第1実施形態の図3は第2実施形態でも使用する。なお、図12、図13において図2、図4と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【0096】
さて、触媒が劣化したときと触媒新品時とのO2ストレージ量の差(下流側O2センサ出力の差)はリッチ側出力のほうが顕著に現れる。これは、リッチ側では触媒内に流入する排気中の酸素割合が低くなり、ほとんどの酸素が触媒新品時において酸化剤として使われるか触媒内に吸着され、これによって下流側O2センサが酸素を検出しなかったのが、触媒が劣化してくると触媒内に吸着される酸素量が減り、吸着されなかった分が下流側O2センサにより検出されるようになるからである。これに対して、理論空燃比の付近では触媒の劣化の有無にかかわらず酸素が下流側O2センサに流入するため触媒が劣化したときと触媒新品時とで下流側O2センサの出力差は大きくならないのである。このような特性を利用して、第2実施形態では強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側O2センサの出力差より触媒の劣化度合を高精度に検出する。
【0097】
ただし、リッチ化制御を吸入空気量の大きい高負荷、高回転域で行ったのでは、排気エミッションが悪化(CO、HCが増加)してしまうので、吸入空気量の小さいアイドル時にかぎってリッチ化制御を行う。
【0098】
具体的にフローチャートを説明すると、図12において図2と異なるのはステップ91、92、93、94で、ここでは2つのリッチ化フラグ1、リッチ化フラグ2をみて、いずれかが“1”にセットされているときはステップ11の比例分PLよりも値の大きな比例分PL2と、ステップ12の比例分PRよりも値の小さな比例分PR2を用いて空燃比フィードバック補正係数αを更新することによりリッチ化制御を行う。ここでは、比例分PL2とPR2の両方を用いているが、いずれか一方を用いるだけでもかまわない。
【0099】
上記のリッチ化フラグ1の設定については図14のフローチャートにより説明する。同図は図12、図13とは独立に一定時間(10ms)毎に実行する。
【0100】
ステップ111〜115はリッチ化制御を行う条件であるかどうかをみる部分である。上記の▲1▼〜▲3▼の条件(比例分修正制御条件)と同じ条件をすべて満足した上で、さらに次の条件
▲4▼アイドルフラグIDLSW=1(アイドル状態)であること、
▲5▼アイドル状態となってからの経過時間IDLTMが所定値(たとえば10sec)IDLTMS経過していること、
の両方を満足した場合に、リッチ化制御条件の成立時であると判断して、ステップ116に進み、リッチ化フラグ1を“1”にセットし、▲1▼〜▲5▼のいずれかでも満足しないときは、ステップ117に進んでリッチ化フラグ1を“0”にリセットする。
【0101】
リッチ化制御をアイドル状態に限るのは、リッチ化制御を吸入空気量の大きい高負荷、高回転域でも行ったのでは、CO、HCを増加(排気エミッションを悪化)させてしまうからである。
【0102】
ここで、アイドルフラグIDLSWは、図示しない別のルーチンによりアイドルスイッチがONかつ車速が所定値(たとえば8km/h)以下のとき“1”となるフラグである。▲5▼のように遅延時間を設けるのは、空燃比が安定した状態になってからリッチ化制御を行わせるためである。
【0103】
図15のフローチャートはリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値を計測するためのもので、これも一定時間毎に実行する。
【0104】
ステップ121、122ではリッチ化フラグ1=1かどうか、リッチ化フラグ1=1となってから所定時間が経過したかどうかみて、リッチ化フラグ1=1かつリッチ化フラグ1=1となってから所定時間が経過したときはステップ123に進み、そのときの下流側O2センサ出力OSR2をメモリOSR2P2に移す。このときの下流側O2センサ出力は、リッチ化制御中のため自然と上限ピーク値となるので、OSR2P2に下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値がサンプリングされる。なお、リッチ化フラグ1=1となってから所定時間が経過したときをも条件とするのは、空燃比フィードバック補正係数αによりリッチ化制御を行った結果が下流側O2センサに達するまでには遅れ時間があるので、これを考慮したものである。
【0105】
このメモリOSR2P2への格納によりリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値の計測が終了したので、リッチ化制御を終了するためステップ124でリッチ化フラグ1を“0”にリセットし、下流側O2センサ出力がピークを経験したことを表すためステップ125においてピーク経験フラグ2を“1”にセットして図15のフローを終了する。
【0106】
次に、図16のフローチャートは上記のリッチ化フラグ2を設定するための、また図17のフローチャートは下流側O2センサの触媒新品時におけるピーク値を記憶するためのもので、これらも、図12、図13と独立に一定時間毎に実行する。
【0107】
図16、図17を図14、図15と比較すればわかるように、図14、図15とは図16のステップ131、135、136が大きく異なるだけである。したがって、制御の流れは次のようになる。
【0108】
1)新車時の当初は新車時ピーク記憶フラグ2=0であることより、図16の132〜138の条件がすべて成立したときステップ139においてリッチ化フラグ2が“1”にセットされる。
【0109】
2)このリッチ化フラグ2=1により、図12のステップ92、94で比例分PL2、PR2が採用されて比例分修正制御中にリッチ化制御が行われる。
【0110】
3)リッチ化フラグ2=1に加えて所定時間が経過したとき、図17においてステップ151、152よりステップ153に進むことになり、リッチ化制御中の下流側O2センサ出力の新車時におけるピーク値(上限ピーク値)がメモリOSR2I2に格納される。これによりリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の新車時におけるピーク値の計測、記憶が終了するので、ステップ155で新車時ピーク記憶フラグ2が“1”にセットされる。
【0111】
4)新車時ピーク記憶フラグ2=1となった後は、図16においてステップ132以降に進むことなく図16のフローが終了される。
【0112】
なお、メモリOSR2I2と新車時ピーク記憶フラグ2を格納するためのメモリとは、メモリOSR2P2、ピーク経験フラグ2を格納するためのメモリと相違して、バックアップRAMである。
【0113】
このようにして、図15、図17により、リッチ化制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値OSR2P2の計測とリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の新車時におけるピーク値の計測、記憶とを終了する。
【0114】
図13に戻り、ステップ101、102では新車時ピーク記憶フラグ2とピーク経験フラグ2をみて、これらのフラグがともに“1”にセットされているときはステップ103に進み、リッチ化制御中の下流側O2センサ出力の現在のピーク値OSR2P2とリッチ化制御中の下流側O2センサ出力の新車時におけるピーク値OSR2I2との差ΔOSR22を計算し、この差ΔOSR22よりステップ104において図18を内容とするテーブルを検索して触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSM2を求め、このPHOSM2をPHOS(図3のステップ28〜32で既に得ている)に加算した値をステップ105において改めて比例分修正値PHOSとおく。
【0115】
上記のPHOSM2の特性は、図18に示したように第1実施形態の補正量PHOSM(ただしΔOSR2Hに対するPHOSM)と同じである。リッチ化制御を行っても行わなくても触媒のO2ストレージ能力は同じ、つまり上限ピーク値が変化しないからである。
【0116】
このようにして、第2実施形態ではアイドル状態で強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側O2センサ出力のピーク値の差を触媒の劣化度合相当量としているので、触媒の劣化度合の検出精度が第1実施形態よりも向上する。
【0117】
また、第2実施形態では強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側O2センサ出力のピーク値の差に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSM2を演算するので、触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSM2の演算精度が第1実施形態の場合より向上する。
【0118】
図19、図20のフローチャートは第3実施形態で、これは第2実施形態のうち、図14を図19に、図15を図20に置き換えたものである。
【0119】
比例分修正制御中においてアイドル状態で所定期間が経過するたびにリッチ化制御を必ず行うのでは、いかに吸入空気量の小さいアイドル状態でも排気エミッション上から好ましくない(CO、HCが増加する)。そこで、第3実施形態では触媒の劣化状態が変化した場合に限って、アイドル状態でのリッチ化制御を行うことで、排気エミッションの悪化を最小限としたものである。
【0120】
具体的にフローチャートを説明する。なお、図19、図20において図14、図15と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【0121】
図19ではステップ161において劣化進行フラグFLGAGEをみる。このフラグの設定については図21、図22のフローチャートにより説明する。
【0122】
図21においてステップ181〜189は図8のステップ51〜58、61と同じであるため、以下では図8と異なる部分、つまり図22のステップ190〜199を説明する。
【0123】
ここで、ステップ190、191、192、193、194は下流側O2センサ出力が上限ピークにきたときの操作、ステップ195、196、197、198、199は下流側O2センサ出力が下限ピークにきたときの操作であり、両者の操作は同様であるので、下流側O2センサ出力が上限ピークにきたときの操作、つまりステップ190〜194を主に説明する。
【0124】
図21のステップ188ではメモリOSR2PHに下流側O2 センサ出力の上限ピーク値を格納するのであるが、このメモリOSR2PHの値と、このメモリOSR2PHの前回値を格納するメモリOSR2PH(old)の値とから、図22のステップ190において
ΔOSR2H=OSR2PH(old)−OSR2PH …(5)
の式により下流側O2センサ出力の上限ピーク値の前回からの変化量ΔOSR2Hを計算するとともに、今回得た上限ピーク値OSR2PHをステップ191においてメモリOSR2PH(old)に移した後、上限ピーク値の前回からの変化量ΔOSR2Hと所定値OSR2HSをステップ192において比較し、ΔOSR2H≦OSR2HSである間はステップ194で劣化進行フラグFLGAGEを“0”のリセット状態に保ち、ΔOSR2HがOSR2HSを超えると、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ(劣化度合が変化した)と判断し、ステップ193で劣化進行フラグFLGAGEを“1”にセットする。
【0125】
同様にして、ステップ195〜199においても、下流側O2センサ出力の下限ピーク値の前回からの変化量ΔOSR2Hが所定値OSR2LS以下である間は劣化進行フラグFLGAGEを“0”のリセット状態に保ち、ΔOSR2LがOSR2LSを超えると、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ(劣化度合が変化した)と判断し、劣化進行フラグFLGAGEを“1”にセットしている。
【0126】
なお、劣化進行フラグFLGAGEを格納するためのメモリはバックアップRAMである。
【0127】
図19に戻り、FLGAGE=1のときに限ってステップ161よりステップ111以降のリッチ化フラグ1の設定に進み、FLGAGE=0のときはステップ111以降を飛ばして図19のフローを終了する。つまり、劣化進行フラグFLGAGEを導入してリッチ化制御を行う機会を制限しているわけで、第3実施形態では、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ(劣化度合が変化した)ときだけアイドル状態でのリッチ化制御を行うのである。
【0128】
また、図20においては、リッチ化制御中の下流側O2センサ出力の上限ピーク値をメモリOSR2P2に格納したあとのステップ171において、劣化進行フラグFLGAGEを“0”にリセットしている。これは、リッチ化制御中に下流側O2センサ出力の上限ピーク値を計測したあとは、そのときの触媒状態からさらに触媒の劣化度合が所定量だけ進むまでリッチ化制御を行わせないためである。
【0129】
このようにして、第3実施形態では、触媒の劣化度合が所定量だけ進むごとにアイドル状態でのリッチ化制御を行うので、リッチ化制御を行う機会が大幅に制限され、これによってHC、COの排出量が第2実施形態の場合より少なくなる。
【0130】
3つの実施形態では、空燃比フィードバック制御定数が比例分である場合で説明したが、これに限られることはなく、積分分IL、IR、上流側O2 センサ出力の遅延時間、上流側O2 センサ出力と比較するスライスレベルSLF等であっても同様に構成することができる。
【0131】
第1実施形態ではΔOSR2HとΔOSR2Lをともに計測する場合で説明したが、ΔOSR2HとΔOSR2Lのいずれかだけを計測する場合でもかまわない。
【0132】
第2実施形態では、比例分を変更することによってリッチ化制御を行う場合で説明したが、これに限られることはなく、積分分IL、IR、上流側O2 センサ出力の遅延時間、上流側O2 センサ出力と比較するスライスレベルSLF等を変更することによってもリッチ化制御を行うことができる。
【0133】
実施形態では、電源投入時のイニシャライズで修正値PHOSに0を初期設定するもので説明したが、これに限られるものでない。たとえばPHOSをバックアップRAMで構成するものでは、始動時にPHOSが初期値をもつ。また、そのPHOS初期値を触媒の劣化に応じて変化させるものもある。これらのものに対しても本発明を適用できる。ただし、このときはPHOS(old)についてもその構成(バックアップRAMで構成するのか、それとも単なるRAMで構成するのか)を考慮しなければならない。
【0134】
実施形態では比例分修正値PHOSをマップ値である比例分PL、PRとは別に構成した場合(つまり変数が2つの場合)で説明したが、これらを1つの変数で扱うようにしたものに対しても本発明を適用することができる。また、上流側O2センサ出力に基づいて第1の空燃比フィードバック補正係数を、下流側O2センサ出力に基づいて第2の空燃比フィードバック補正係数をそれぞれ独立に求め、これら2つの補正係数で空燃比フィードバック制御を行うものに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の制御システム図である。
【図2】空燃比フィードバック補正係数αの演算を説明するためのフローチャートである。
【図3】サブルーチン説明するためのフローチャートである。
【図4】サブルーチン説明するためのフローチャートである。
【図5】下流側O2 センサ平滑化電圧MVRO2の演算を説明するためのフローチャートである。
【図6】比例分修正値PHOSの波形図である。
【図7】触媒新品時と触媒が劣化したときの下流側O2センサ出力を重ねて示す特性図である。
【図8】下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値OSR2PH、下流側O2センサ出力の現在の下限ピーク値OSR2PLの計測を説明するためのフローチャートである。
【図9】下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値OSR2I1H、下流側O2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値OSR2I1Lの記憶を説明するためのフローチャートである。
【図10】下流側O2センサ出力OSR2のピーク値を説明するための波形図である。
【図11】触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSMと触媒の要求空燃比の特性図である。
【図12】第2実施形態の空燃比フィードバック補正係数αの演算を説明するためのフローチャートである。
【図13】第2実施形態のサブルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図14】第2実施形態のリッチ化フラグ1の設定を説明するためのフローチャートである。
【図15】第2実施形態の下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値OSR2P2の計測を説明するためのフローチャートである。
【図16】第2実施形態のリッチ化フラグ2の設定を説明するためのフローチャートである。
【図17】第2実施形態の下流側O2センサ出力の新車時における上限ピーク値OSR2I2の記憶を説明するためのフローチャートである。
【図18】第2実施形態の触媒の劣化度合に対応する補正量PHOSM2と触媒の要求空燃比の特性図である。
【図19】第3実施形態のリッチ化フラグ1の設定を説明するためのフローチャートである。
【図20】第3実施形態の下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値OSR2P2の計測を説明するためのフローチャートである。
【図21】第3実施形態の劣化進行フラグFLGAGEの設定を説明するためのフローチャートである。
【図22】第3実施形態の劣化進行フラグFLGAGEの設定を説明するためのフローチャートである。
【図23】 本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図24】 本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図25】 第3の発明のクレーム対応図である。
【図26】 第1の発明のクレーム対応図である。
【図27】 本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図28】 本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図29】 第10の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
2 コントロールユニット
3 上流側O2センサ
4 クランク角センサ
6 エアフローメータ
9 排気通路
10 三元触媒
13 下流側O2センサ
Claims (17)
- 触媒の上流側と下流側の各O2センサと、
空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記2つのO2センサ出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振れるように空燃比のフィードバック制御を行う手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段と、
このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出する手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記空燃比フィードバック制御手段は、
空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する手段と、
空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値を演算する手段と、
この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段と、
この演算した制御定数を用いて前記上流側O2センサ出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段と
からなることを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記下流側O2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである
ことを特徴とする請求項3に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - アイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである
ことを特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである
ことを特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記上流側O2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する
ことを特徴とする請求項1から8までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 触媒の上流側と下流側の各O2センサと、
空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する手段と、
空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサの出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値を演算する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側O2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段と、
このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算する手段と、
この補正量で前記修正値を補正する手段と、
この補正された修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段と、
この演算した制御定数を用いて前記上流側O2センサの出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側O 2 センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する、
ことを特徴とする請求項10に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記下流側O2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない
ことを特徴とする請求項10または11に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである
ことを特徴とする請求項10に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - アイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない
ことを特徴とする請求項10に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである
ことを特徴とする請求項10から14までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである
ことを特徴とする請求項10から14までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。 - 前記上流側O2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する
ことを特徴とする請求項10から16までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
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