JP3972925B2

JP3972925B2 - 内燃機関の触媒劣化検出装置

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Publication number: JP3972925B2
Application number: JP2004234562A
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Inventors: 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP2004340155A

Description

本発明は、排気ガスを浄化すべく内燃機関（エンジン）の排気通路に設けられた触媒の劣化を検出する装置（触媒劣化検出装置）に関する。

従来より、自動車用エンジンにおいては、排気ガス浄化対策として、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x ）の還元とを同時に促進する三元触媒が利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、エンジンの燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する必要がある。そのため、エンジンにおける燃料噴射制御においては、排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ₂ センサ（酸素濃度センサ）（図１参照）を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている。

かかる空燃比フィードバック制御では、酸素濃度を検出するＯ₂ センサをできるだけ燃焼室に近い箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けているが、そのＯ₂ センサの出力特性のばらつきを補償するために、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂ センサを更に設けたダブルＯ₂ センサシステムも実現されている。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂ センサの出力は、上流側Ｏ₂ センサよりも緩やかに変化し、従って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ₂ センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂ センサによるメイン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂ センサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するものであり、メイン空燃比フィードバック制御による空燃比補正係数を、下流側Ｏ₂ センサの出力に基づいて修正することにより、上流側Ｏ₂ センサの出力特性のばらつきを吸収し、空燃比制御精度の向上を図っている。

以上のような精密な空燃比制御を実施しても、排気ガスの熱や鉛等の被毒の作用により触媒が劣化してくると、十分な排気ガス浄化性能を得ることはできない。そこで、従来より、種々の触媒劣化検出装置が提案されている。その一つは、触媒下流側Ｏ₂ センサによって暖機後のＯ₂ ストレージ効果（過剰の酸素を保持し未燃焼排気物の浄化に利用する機能）の低下を検出することにより、触媒の劣化を診断するものである。すなわち、触媒の劣化は暖機後の浄化性能の低下に結果するが、この装置は、Ｏ₂ ストレージ効果の低下を浄化性能の低下と推定し、下流側Ｏ₂ センサの出力信号を使用して、軌跡長、フィードバック周波数等を求め、Ｏ₂ ストレージ効果の低下を検出し、触媒の劣化を検出するものである。例えば、下記特許文献１に開示された装置は、理論空燃比へのフィードバック制御中において下流側Ｏ₂ センサの出力の軌跡長を求め、それに基づき触媒劣化を検出する装置である。

一方、近年においては、三元触媒が常に一定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御する内燃機関も開発されている。すなわち、Ｏ₂ ストレージ能力は、排気ガスがリーン状態にあるときに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあるときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガスを浄化するものであるが、このような能力は有限なものである。従って、Ｏ₂ ストレージ能力を効果的に利用するためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリーン状態のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵されている酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量の半分）に維持することが必要であり、そのように維持されていれば、常に一定のＯ₂ 吸着・放出作用が可能となり、結果として触媒による一定の酸化・還元能力が常に得られる。

このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ₂ ストレージ量を一定に制御する内燃機関においては、空燃比をリニアに検出可能な空燃比（Ａ／Ｆ）センサ（図２参照）が用いられ、比例及び積分動作（ＰＩ動作）によるフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）が行われる。すなわち、
次回燃料補正量＝Ｋ_p ＊（今回の燃料差）＋Ｋ_s ＊Σ（これまでの燃料差）
ただし、燃料差＝（実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量）
−（吸入空気をストイキとする目標筒内燃料量）
実際に燃焼せしめられた燃料量＝空気量検出値／空燃比検出値
Ｋ_p ＝比例項ゲイン
Ｋ_s ＝積分項ゲイン
なる演算により、フィードバック燃料補正量が算出される。

上記した燃料補正量の演算式からわかるように、その比例項は、Ｏ₂ センサによるフィードバック制御と同様に、空燃比をストイキに維持すべく作用する成分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）を消去するように作用する成分である。すなわち、この積分項の作用により、触媒におけるＯ₂ ストレージ量が一定に維持される結果となる。例えば、図３に示されるように、急加速等でリーンガスが発生した場合には、かかる積分項の作用により、リッチガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効果が相殺される。このようなＯ₂ ストレージ量を一定に維持するため故意に空燃比を変動させる制御は、カウンタ制御と呼ばれる。

上述したＯ₂ ストレージ量一定制御システムにおいても、Ａ／Ｆセンサの出力特性のばらつきを補償するために、触媒下流側にＯ₂ センサが設けられることがある。従って、この場合にも、ダブルＯ₂ センサシステムと同様に、触媒のＯ₂ ストレージ効果の低下をＯ₂ センサで検出することにより、触媒の劣化を検出することが考えられる。

しかし、Ｏ₂ ストレージ量一定制御システムでは、前述したようにカウンタ制御が随時実行される。その実行時には、図４（Ａ）に示されるように、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦすなわち空燃比が大きく変動する（実際に触媒に入るガスの空燃比はウィンドウ内に入っているため、エミッションが荒れることはない）。しかも、Ｏ₂ センサによるサブフィードバックは、Ｏ₂ センサ出力がストイキ近辺となるように制御しているため（図１参照）、図４（Ｂ）に示されるように、空燃比変動に伴ってＯ₂ センサの出力電圧ＶＯＳは大きく変化することとなる。また、Ｏ₂ センサへのガス当たり急変によって過応答となる。従って、Ｏ₂ センサ出力の軌跡長等により、触媒劣化を判定した場合、誤判定となる可能性がある。

特開平５−９８９４８号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ａ／Ｆセンサを用いたＯ₂ ストレージ量一定制御システムの内燃機関において触媒下流側Ｏ₂ センサによる触媒劣化判定を正確に実行する手法を確立することにある。ひいては、本発明は、排気ガス浄化性能の向上を図り、大気汚染防止に寄与することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた、Ｏ₂ストレージ能力を有する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられ、前記三元触媒の入りガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための比例項及び空燃比と理論空燃比との偏差の積分値を零に収束させるための積分項からなるフィードバック補正量を演算する空燃比フィードバック制御手段と、前記三元触媒の下流側に設けられ、前記三元触媒からの出ガスの空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ₂センサと、前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック制御中の期間内での前記Ｏ₂センサの出力の軌跡長に基づき前記三元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、前記空燃比センサの出力が所定範囲内の値にない期間及びその後前記空燃比センサの出力が該所定範囲内の値になった時点から所定期間、前記触媒劣化判定手段による軌跡長の演算を中断せしめる軌跡長演算中断手段と、を具備する、内燃機関の触媒劣化検出装置が提供される。

また、本発明によれば、好ましくは、前記所定範囲は、前記Ｏ₂センサが過応答しない範囲として設定される。

また、本発明によれば、好ましくは、前記所定期間は、前記空燃比センサと前記Ｏ₂センサとの間の距離を考慮して設定される。

本発明によれば、Ａ／Ｆセンサを用いたＯ₂ ストレージ量一定制御システムにおいて、カウンタ制御に伴う誤判定が防止されつつ、触媒下流側Ｏ₂ センサによる触媒劣化判定が実行されることとなる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る触媒劣化検出装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。エンジン２０の燃焼に必要な空気は、エアクリーナ２でろ過され、スロットルボデー４を通ってサージタンク（インテークマニホルド）６で各気筒の吸気管７に分配される。なお、その吸入空気流量は、スロットルボデー４に設けられたスロットル弁５により調節されるとともに、エアフローメータ４０により計測される。また、吸入空気温度は、吸気温センサ４３により検出される。さらに、吸気管圧力は、バキュームセンサ４１によって検出される。

また、スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ４２により検出される。また、スロットル弁５が全閉状態のときには、アイドルスイッチ５２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。また、スロットル弁５をバイパスするアイドルアジャスト通路８には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）６６が設けられている。

一方、燃料タンク１０に貯蔵された燃料は、燃料ポンプ１１によりくみ上げられ、燃料配管１２を経て燃料噴射弁６０により吸気管７に噴射される。

吸気管７では、空気と燃料とが混合され、その混合気は、吸気弁２４を介してエンジン本体すなわち気筒（シリンダ）２０の燃焼室２１に吸入される。燃焼室２１において、混合気は、ピストン２３により圧縮された後、点火されて爆発・燃焼し、動力を発生する。そのような点火は、点火信号を受けたイグナイタ６２が、点火コイル６３の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ６４を介してスパークプラグ６５に供給されることによりなされる。

なお、点火ディストリビュータ６４には、その軸が例えばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる基準位置検出センサ５０、及び３０°ＣＡごとに位置検出用パルスを発生させるクランク角センサ５１が設けられている。なお、実際の車速は、車速を表す出力パルスを発生させる車速センサ５３によって検出される。また、エンジン２０は、冷却水通路２２に導かれた冷却水により冷却され、その冷却水温度は、水温センサ４４によって検出される。

燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁２６を介して排気マニホルド３０に放出され、次いで排気管３４に導かれる。なお、排気管３４には、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するＡ／Ｆセンサ４５が設けられている。さらにそれより下流の排気系には、触媒コンバータ３８が設けられており、その触媒コンバータ３８には、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯ_x ）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ３８において浄化された排気ガスが大気中に排出される。

また、このエンジンは、Ａ／Ｆセンサ４５の出力特性のばらつきを補償すべくサブ空燃比フィードバック制御を実施するエンジンであり、触媒コンバータ３８より下流の排気系には、Ｏ₂ センサ４６が設けられている。

エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）７０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転速度制御などに加え、本発明に係る触媒劣化検出を実行するマイクロコンピュータシステムであり、そのハードウェア構成は、図６のブロック図に示される。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）７３に格納されたプログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（ＣＰＵ）７１は、各種センサ及びスイッチからの信号をＡ／Ｄ変換回路７５又は入力インタフェース回路７６を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき駆動制御回路７７ａ〜７７ｄを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７４は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所として使用される。また、バックアップＲＡＭ７９は、バッテリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の供給を受け、イグニションスイッチがオフの状態においても保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を格納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、アドレスバス、データバス、及びコントロールバスからなるシステムバス７２によって接続されている。

以上のようなハードウェア構成を有する内燃機関（エンジン）において実行されるＥＣＵ７０のエンジン制御処理について、以下、説明する。

点火時期制御は、クランク角センサ５１から得られるエンジン回転速度及びその他のセンサからの信号により、エンジンの状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定し、駆動制御回路７７ｂを介してイグナイタ６２に点火信号を送るものである。

また、アイドル回転速度制御は、アイドルスイッチ５２からのスロットル全閉信号及び車速センサ５３からの車速信号によってアイドル状態を検出するとともに、水温センサ４４からのエンジン冷却水温度等によって決められる目標回転速度と実際のエンジン回転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となるように制御量を決定し、駆動制御回路７７ｃを介してＩＳＣＶ６６を制御して空気量を調節することにより、最適なアイドル回転速度を維持するものである。

以下、燃料噴射制御とともに、本発明に係る触媒劣化検出について詳細に説明する。前述のように、本発明は、Ａ／Ｆセンサを用いたＯ₂ ストレージ量一定制御システムにおいて触媒下流側Ｏ₂ センサによる触媒劣化判定を、カウンタ制御に伴う誤判定を防止しつつ実行しようというものである。以下、本発明の実施形態につい説明する。

この実施形態は、図７にその原理を示すように、Ａ／Ｆセンサ４５の出力絶対値が、Ｏ₂ センサ４６が過応答するような限界値（上限ａ、下限ｂ）を超えた場合に、両センサ間の距離（ガスがＡ／ＦセンサからＯ₂ センサに達するまでの遅延時間）を考慮し、一定時間、触媒劣化判定のためのデータ（Ｏ₂ センサ４６の出力ＶＯＳ）の積算を中断しようというものである。

図８は、本実施形態に係る筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定のクランク角ごとに実行される。まず、本ルーチンの前回までの走行により得られている筒内空気量ＭＣ_i 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_i を更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ−１）回前のＭＣ_i 及びＦＣＲ_i を、第（ｉ＋１）回前のＭＣ_i+1 及びＦＣＲ_i+1 とする（ステップ１０２）。これは、図９に示されるように、過去ｎ回分の筒内空気量ＭＣ_i 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_i のデータをＲＡＭ７４内に記憶し、今回新たにＭＣ₀ 及びＦＣＲ₀ を算出するためである。

次いで、バキュームセンサ４１、クランク角センサ５１、及びスロットル開度センサ４２からの出力に基づいて、現在の吸気管圧力ＰＭ、エンジン回転速度ＮＥ、及びスロットル開度ＴＡを求める（ステップ１０４）。次いで、これらのＰＭ、ＮＥ、及びＴＡのデータより、筒内に供給される空気量ＭＣ₀ を推定する（ステップ１０６）。なお、一般に、筒内空気量は、吸気管圧力ＰＭ及びエンジン回転速度ＮＥから推定可能であるが、本実施形態では、スロットル開度ＴＡの値の変化より過渡状態を検出し、過渡状態においても精密な空気量が算出されるようにしている。

次いで、筒内空気量ＭＣ₀ 及び理論空燃比ＡＦＴに基づき、
ＦＣＲ₀ ←ＭＣ₀ ／ＡＦＴ
なる演算を実行して、混合気をストイキとするために筒内に供給されるべき目標燃料量ＦＣＲ₀ を算出する（ステップ１０８）。このようにして算出された筒内空気量ＭＣ₀ 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ₀ は、今回得られた最新のデータとして、図９に示されるようにＲＡＭ７４内に記憶される。

図１０は、本実施形態に係るメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の時間周期で実行される。まず、フィードバックを実行すべき条件が成立するか否かを判定する（ステップ２０２）。例えば、冷却水温が所定値以下の時、機関始動中、始動後増量中、暖機増量中、Ａ／Ｆセンサ４５の出力信号変化がない時、燃料カット中、等はフィードバック条件不成立となり、その他の場合は条件成立となる。条件不成立のときには、フィードバック制御による燃料補正量ＤＦを０とし（ステップ２２０）、本ルーチンを終了する。

フィードバック条件成立時には、本ルーチンの前回までの走行により得られている燃料量差（実際に燃焼せしめられた燃料量と目標筒内燃料量との差）ＦＤ_i を更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｍ−１）回前のＦＤ_i を第（ｉ＋１）回前のＦＤ_i+1 とする（ステップ２０４）。これは、過去ｍ回分の燃料量差ＦＤ_i のデータをＲＡＭ７４内に記憶し、今回新たに燃料量差ＦＤ₀ を算出するためである。

次いで、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧値ＶＡＦを検出する（ステップ２０６）。次いで、後述するサブ空燃比フィードバック制御により算出されているＡ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶにより、
ＶＡＦ←ＶＡＦ＋ＤＶ
なる演算を実行して、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦを補正する（ステップ２０８）。次いで、補正後のＶＡＦに基づき図２の特性図を参照することにより、現在の空燃比ＡＢＦを決定する（ステップ２１０）。なお、図２の特性図は、マップ化されてＲＯＭ７３にあらかじめ格納されている。

次に、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンにより既に算出されている筒内空気量ＭＣ_n 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_n （図９参照）に基づき、
ＦＤ₀ ←ＭＣ_n ／ＡＢＦ−ＦＣＲ_n
なる演算により、実際に燃焼せしめられた燃料量と目標筒内燃料量との差を求める（ステップ２１２）。なお、このようにｎ回前の筒内空気量ＭＣ_n 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_n を採用する理由は、現在Ａ／Ｆセンサにより検出されている空燃比と実際の燃焼との時間差を考慮したためである。換言すれば、過去ｎ回分の筒内空気量ＭＣ_i 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_i を記憶しておく必要があるのは、そのような時間差のためである。

次いで、
ＤＦＰ←Ｋ_fp＊ＦＤ₀
なる演算により、比例・積分制御（ＰＩ制御）の比例項を算出する（ステップ２１４）。なお、Ｋ_fpは比例項ゲインである。次いで、
ＤＦＳ←Ｋ_fs＊ΣＦＤ_i
なる演算により、ＰＩ制御の積分項を算出する（ステップ２１６）。なお、Ｋ_fsは積分項ゲインである。最後に、
ＤＦ←ＤＦＰ＋ＤＦＳ
なる演算により、メイン空燃比フィードバック制御による燃料補正量ＤＦが決定される（ステップ２１８）。

図１１は、本実施形態に係るサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの場合よりも長い所定の時間周期で実行される。まず、メイン空燃比フィードバックの場合と同様に、サブ空燃比フィードバック制御を実行すべき条件が成立するか否かを判定する（ステップ３０２）。条件不成立の場合には、Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶに０を設定し（ステップ３１２）、本ルーチンを終了する。

フィードバック条件成立時には、本ルーチンの前回までの走行により得られている電圧差（目標Ｏ₂ センサ出力電圧と実際に検出されたＯ₂ センサ出力電圧との差）ＶＤ_i を更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｐ−１）回前のＶＤ_i を第（ｉ＋１）回前のＶＤ_i+1 とする（ステップ３０４）。これは、過去ｐ回分の電圧差ＶＤ_i のデータをＲＡＭ７４内に記憶し、今回新たに電圧差ＶＤ₀ を算出するためである。

次いで、Ｏ₂ センサ４６の出力電圧ＶＯＳを検出する（ステップ３０６）。次いで、そのＶＯＳ及び目標Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＴ（例えば０．５Ｖ）に基づいて、
ＶＤ₀ ←ＶＴ−ＶＯＳ
なる演算を実行することにより、最新の電圧差ＶＤ₀ を求める（ステップ３０８）。

最後に、
ＤＶ←Ｋ_vp＊ＶＤ₀ ＋Ｋ_vs＊ΣＶＤ_i
なる演算により、ＰＩ制御によるＡ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶを決定する（ステップ３１０）。なお、Ｋ_vp及びＫ_vsは、それぞれ比例項及び積分項のゲインである。こうして求められた補正量ＤＶは、前述したように、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおいて、Ａ／Ｆセンサの出力特性のばらつきを補償するために使用される。

図１２は、本実施形態に係る燃料噴射制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定のクランク角ごとに実行される。最初に、前述した筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンにおいて算出された目標筒内燃料量ＦＣＲ₀ 、及びメイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおいて算出されたフィードバック補正量ＤＦに基づき、
ＦＩ←ＦＣＲ₀ ＊α＋ＤＦ＋β
なる演算を実行して、燃料噴射量ＦＩを決定する（ステップ４０２）。なお、α及びβは、他の運転状態パラメータによって定まる乗算補正係数及び加算補正量である。例えば、αには、吸気温センサ４３、水温センサ４４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正が含まれ、また、βには、燃料の壁面付着量（過渡運転状態において吸気管圧力の変化に伴い変化する）の変化に基づく補正が含まれている。最後に、求められた燃料噴射量ＦＩを燃料噴射弁６０の駆動制御回路７７ａにセットする（ステップ４０４）。

図１３及び図１４は、本実施形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間周期で実行される。まず、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧ＶＡＦが上限値ａ以上又は下限値ｂ以下となっているか否かを検出する（ステップ５０２）。ＶＡＦ≧ａ又はＶＡＦ≦ｂの場合には、所定のモニタディセーブルカウンタＣＭＤＩＳに所定値Ａをセットして（ステップ５０４）、本ルーチンを終了する。

ａ＜ＶＡＦ＜ｂの場合には、モニタディセーブルカウンタＣＭＤＩＳの内容が正か否かを判定し（ステップ５０６）、ＣＭＤＩＳ＞０の場合にはステップ５０８に進み、ＣＭＤＩＳ≦０の場合にはステップ５１２に進む。ステップ５０８では、ＣＭＤＩＳをデクリメントし、次のステップ５１０では、ＣＭＤＩＳが０か否かを判定し、０でない場合には本ルーチンを終了し、０の場合にはステップ５１２に進む。ステップ５１２では、劣化判定のためのモニタ条件が成立するか否かを判定し、モニタ条件不成立の場合には本ルーチンを終了し、モニタ条件成立の場合にはステップ５１４以降に進む。

ステップ５１４では、Ａ／Ｆセンサ４５の出力ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡＦを、
ＬＶＡＦ←ＬＶＡＦ＋｜ＶＡＦ−ＶＡＦＯ｜
なる演算により算出する。次のステップ５１６では、次回の実行に備え、
ＶＡＦＯ←ＶＡＦ
とする。

ステップ５１８では、Ｏ₂ センサ４６の出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳを、
ＬＶＯＳ←ＬＶＯＳ＋｜ＶＯＳ−ＶＯＳＯ｜
なる演算により算出する。次のステップ５２０では、次回の実行に備え、
ＶＯＳＯ←ＶＯＳ
とする。

次いで、所定のカウンタＣＴＩＭＥをインクリメントし（ステップ５２２）、所定値Ｃ₀ を超えたか否かを判定する（ステップ５２４）。ＣＴＩＭＥ＞Ｃ₀ のときにはステップ５２６に進み、ＣＴＩＭＥ≦Ｃ₀ のときには本ルーチンを終了する。ステップ５２６では、ＬＶＡＦより劣化判定基準値Ｌ_ref を決定する。なお、この劣化判定基準値Ｌ_ref は、Ｏ₂ センサ４６の出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳに基づいて触媒劣化判定を実行するに際して正常品と劣化品とを判別するための判定基準値がＡ／Ｆセンサ４５の出力ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡＦにより異なってくるため、その判定基準値をＬＶＡＦに応じて定めたものであり、マップ化されて予めＲＯＭ７３に格納されている。次いで、ステップ５２８では、Ｏ₂ センサ４６の出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳがその劣化判定基準値Ｌ_ref 以上か否かを判定する。ＬＶＯＳ≧Ｌ_ref のときには、触媒劣化ありとみなし、所定のアラームフラグＡＬＭを１にするとともに（ステップ５３０）、アラームランプ６８（図５，６参照）を点灯する（ステップ５３２）。ＬＶＯＳ＜Ｌ_ref のときには、触媒劣化なしとみなし、アラームフラグＡＬＭを０とする（ステップ５３４）。アラームフラグＡＬＭは、修理点検時に収集されうるように、バックアップＲＡＭ７９に格納される（ステップ５３６）。最後に、次回の触媒劣化判定に備え、ＣＴＩＭＥ，ＬＶＡＦ，ＬＶＯＳがクリアされる（ステップ５３８）。

以上の本実施形態によれば、Ｏ₂ センサの出力変化量が大きくなる区間がマスクされることとなり、触媒劣化診断の精度が向上する。なお、本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧ＶＡＦが上限値ａ以上又は下限値ｂ以下となる場合にマスクされたが、その変形例として、ＶＡＦの変化量の絶対値｜ΔＶＡＦ｜を求め、その値が所定値を超えた場合にマスクするようにしてもよい。

次に、本発明についての参考例に係る第１参考形態について説明する。本発明の上記実施形態では、触媒判定処理の側で特定の区間、軌跡長演算をマスクするというものであったが、第１参考形態は、その逆に、触媒劣化判定時にはカウンタ制御を制限することにより、すなわち燃料補正量のうちの積分項の絶対値に上限を設けることにより、Ｏ₂ センサ出力のストイキへの復帰が、図１５に示されるように緩やかとなるようにし、過応答を防ぐものである。

第１参考形態においては、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチン、サブ空燃比フィードバック制御ルーチン、並びに燃料噴射制御ルーチンは、本発明の上記実施形態のものと同一であるが、触媒劣化判定ルーチン及びメイン空燃比フィードバック制御ルーチンは、上記実施形態に対し改造が加えられたものとなる。

図１６及び図１７は、第１参考形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る図１３及び図１４との相違点のみ説明すると、まず、Ａ／Ｆセンサ出力電圧に関する条件判定のステップ５０２〜５１０が削除されている。そして、モニタ条件を判定するステップ６０２の次に、ステップ６０４及び６０６が追加される。すなわち、モニタ条件不成立時には、モニタ実行中フラグＭＯＮＥＸが０とされ、モニタ条件成立時にはＭＯＮＥＸが１とされる。ステップ６０８〜６３０は、本発明の実施形態のステップ５１４〜５３６と同一である。また、ステップ６３２では、ステップ５３８に対し、ＭＯＮＥＸをクリアする処理が追加される。このように、第１参考形態では、ＶＡＦの値にかかわらず、触媒劣化判定が実行されるが、実行中にはモニタ実行中フラグＭＯＮＥＸが１とされる。

図１８は、第１参考形態に係るメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る図１０との相違点のみ説明すると、ステップ７１８及び７２０が追加された点のみが相違する。すなわち、燃料補正量ＤＦのうちの積分項ＤＦＳがステップ７１６において算出された後に、触媒劣化判定実行中（ＭＯＮＥＸ＝１）であれば、その積分項の絶対値｜ＤＦＳ｜が所定値Ｂ以下に制限されるのである。

こうすることにより、空燃比変動が抑えられ、Ｏ₂ センサ出力のストイキへの復帰が緩やかとなり、過応答がなくなって、診断精度が向上する。なお、第１参考形態の変形例として、積分項ＤＦＳのゲインＫ_fsを触媒劣化判定実行中には小さくするようにしてもよい。

最後に、本発明についての参考例に係る第２参考形態について説明する。この第２参考形態は、触媒劣化判定実行中にはＯ₂ センサ４６の出力に基づくＡ／Ｆセンサ４５の出力補正を抑制することにより、第１参考形態と同様に、Ｏ₂ センサ出力のストイキへの復帰が緩やかとなるようにし、過応答を防ぐものである。この第２参考形態においては、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンは本発明の実施形態及び第１参考形態と同一、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンは本発明の実施形態と同一、燃料噴射制御ルーチンは本発明の実施形態及び第１参考形態と同一、触媒劣化判定ルーチンは第１参考形態と同一となり、サブ空燃比フィードバック制御ルーチンのみ改造される。

図１９は、第２参考形態に係るサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る図１１との相違点のみ説明すると、ステップ８０４が追加された点のみが相違する。すなわち、触媒劣化判定実行中（ＭＯＮＥＸ＝１）であれば、Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶが０とされ、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧ＶＡＦに対する補正はなされなくなる。こうすることにより、Ｏ₂ センサ出力のストイキへの復帰が緩やかとなり、過応答がなくなって、診断精度が向上する。

空燃比とＯ₂ センサ出力電圧との関係を示す特性図である。空燃比とＡ／Ｆセンサ出力電圧との関係を示す特性図である。カウンタ制御を説明するための図である。（Ａ）は、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦを例示するタイムチャートであり、（Ｂ）は、そのＶＡＦに応答するＯ₂ センサ出力電圧ＶＯＳを示すタイムチャートである。本発明の一実施形態に係る触媒劣化検出装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。本発明の一実施形態に係るエンジンＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。本発明の実施形態の原理を説明するための図である。本発明の実施形態に係る筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。推定された筒内空気量及び算出された目標筒内燃料量の記憶状態を説明するための図である。本発明の実施形態に係るメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係るサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る燃料噴射制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／２）である。本発明の実施形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／２）である。第１参考形態の原理を説明するための図である。第１参考形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／２）である。第１参考形態に係る触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／２）である。第１参考形態に係るメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。第２参考形態に係るサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２エアクリーナ
４スロットルボデー
５スロットル弁
６サージタンク（インテークマニホルド）
７吸気管
８アイドルアジャスト通路
１０燃料タンク
１１燃料ポンプ
１２燃料配管
２０エンジン本体（気筒）
２１燃焼室
２２冷却水通路
２３ピストン
２４吸気弁
２６排気弁
３０排気マニホルド
３４排気管
３８触媒コンバータ
４０エアフローメータ
４１バキュームセンサ
４２スロットル開度センサ
４３吸気温センサ
４４水温センサ
４５Ａ／Ｆセンサ
４６Ｏ₂ センサ
５０基準位置検出センサ
５１クランク角センサ
５２アイドルスイッチ
５３車速センサ
６０燃料噴射弁
６２イグナイタ
６３点火コイル
６４点火ディストリビュータ
６５スパークプラグ
６６アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）
６８アラームランプ
７０エンジンＥＣＵ
７１ＣＰＵ
７２システムバス
７３ＲＯＭ
７４ＲＡＭ
７５Ａ／Ｄ変換回路
７６入力インタフェース回路
７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄ駆動制御回路
７９バックアップＲＡＭ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた、Ｏ₂ストレージ能力を有する三元触媒と、
前記三元触媒の上流側に設けられ、前記三元触媒の入りガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための比例項及び空燃比と理論空燃比との偏差の積分値を零に収束させるための積分項からなるフィードバック補正量を演算する空燃比フィードバック制御手段と、
前記三元触媒の下流側に設けられ、前記三元触媒からの出ガスの空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ₂センサと、
前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック制御中の期間内での前記Ｏ₂センサの出力の軌跡長に基づき前記三元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
前記空燃比センサの出力が所定範囲内の値にない期間及びその後前記空燃比センサの出力が該所定範囲内の値になった時点から所定期間、前記触媒劣化判定手段による軌跡長の演算を中断せしめる軌跡長演算中断手段と、
を具備し、前記所定期間は、前記空燃比センサと前記Ｏ ₂ センサとの間の距離を考慮して設定される、内燃機関の触媒劣化検出装置。
前記所定範囲は、前記Ｏ₂センサが過応答しない範囲として設定される、請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
内燃機関の排気通路に設けられた、Ｏ₂ストレージ能力を有する三元触媒と、
前記三元触媒の上流側に設けられ、前記三元触媒の入りガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための比例項及び空燃比と理論空燃比との偏差の積分値を零に収束させるための積分項からなるフィードバック補正量を演算する空燃比フィードバック制御手段と、
前記三元触媒の下流側に設けられ、前記三元触媒からの出ガスの空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ₂センサと、
前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック制御中の期間内での前記Ｏ₂センサの出力の軌跡長に基づき前記三元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
前記空燃比センサの出力が前記Ｏ ₂ センサが過応答する範囲内の値にある期間、及び、前記空燃比センサの出力が当該範囲外の値に復帰した時点から所定期間、前記触媒劣化判定手段による軌跡長の演算を中断せしめる軌跡長演算中断手段と、
を具備する、内燃機関の触媒劣化検出装置。