JPH0598947A

JPH0598947A - 内燃機関の触媒劣化判別装置

Info

Publication number: JPH0598947A
Application number: JP3263859A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Shimizu; 康弘清水; Nobuyuki Kobayashi; 伸行小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-20
Also published as: US5303548A; DE4234102A1; DE4234102C2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】上流側、下流側空燃比センサの出力によって
空燃比フィードバック制御を行い、触媒劣化の判別を行
う内燃機関において、触媒の劣化を信頼性高く判別でき
る空燃比フィードバック制御システムを提供する。【構成】空燃比センサ出力ＶＯＳの波形と、ＶＯＳの
極小値とで囲まれる面積を求める。を示している。ＶＯ
Ｓは理論空燃比相当値（例えば、０．４５Ｖ）を所定時
間以上上下しないので、算出された面積による劣化判断
が行われる。劣化していない触媒の場合に対して、劣化
している触媒では必ず面積値が大きいので、面積が大き
いことを判断して触媒劣化ありと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比を排
気系に設けられた空燃比センサで所定空燃比にフィード
バック制御する内燃機関の触媒コンバータの劣化判別装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関の排気系に空燃比セン
サ（Ｏ₂センサ）を設け、このセンサ出力により空燃比
を理論空燃比にフィードバック制御することにより、排
気系に設けられた触媒コンバータの浄化能力を有効活用
してエミッション特性を改善する技術は良く知られてい
る。また、最近では、上流側のＯ₂センサの特性の経時
変化等を精度良く補償するために、触媒コンバータの下
流にもＯ₂センサを設けて、フィードバック制御に利用
する、所謂、ダブルＯ₂センサシステムも開発されてい
る（参照：特開昭６１−２８６５５０号公報）。

【０００３】このような技術においても、触媒コンバー
タが劣化すると排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の
浄化能力が低下するので、触媒コンバータの劣化を検出
することが必要になり、種々の触媒劣化判別方法、装置
が提案されている。例えば、触媒が劣化してくると、突
然比フィードバック中の下流側Ｏ₂センサ出力の反転周
期（理論空燃比相当値を上下する（または横切る）周
期）が短くなってくるので、下流側Ｏ₂センサの出力の
反転周期（あるいは理論空燃比相当値を横切る反転回
数）と上流側Ｏ₂センサの出力の反転周期（あるいは理
論空燃比相当値を横切る反転回数）の比を求めて、この
比により触媒の劣化を判別したり、同様に、触媒の劣化
に伴い、下流側Ｏ₂センサの出力振幅が大きくなるの
で、この振幅の大小にて触媒の劣化を判別している（参
照：特開昭６１−２８６５５０号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、上流側のＯ₂センサの特性がずれること等により、
フィードバック制御される空燃比の中心が理論空燃比近
傍の値にない場合には、触媒が劣化していようといまい
とにかかわらず、下流側Ｏ₂センサ出力が理論空燃比相
当値を上下しない場合が発生する（図２（Ａ），（Ｂ）
参照）。前述のダブルＯ₂センサシステムにおいては、
上流側Ｏ₂センサの特性ズレは次第に補償され、いず
れ、空燃比の中心は理論空燃比近傍になるので、下流側
Ｏ₂センサ出力が理論空燃比相当値を上下するようにな
るが、この場合でも、それまでの時間は触媒の劣化が判
別できないことになる。また、ダブルＯ₂センサシステ
ムにおいても、その空燃比制御幅（通常は空燃比フィー
ドバック補正係数の制御定数である比例分、積分速度
等）には上限値が設けられることが多いので、その制御
幅を越えて上流側Ｏ₂センサの特性ズレや他の要因によ
る空燃比中心ズレが発生すると、やはり、下流側Ｏ₂セ
ンサ出力は理論空燃比相当値を上下せず、触媒の劣化を
検出できない。

【０００５】一方、振幅値のみを用いて触媒劣化を判断
すると、触媒劣化がない場合においても、運転状況の急
変等により、瞬間的に下流側Ｏ₂センサの出力振幅値が
大きくなることもあり、触媒が劣化していないにもかか
わらず、劣化しているものと誤判断する場合が発生する
（図２（Ａ），（Ｂ）の振幅値Ｘ参照）。従って、本発
明の目的は空燃比中心が理論空燃比に対し大きくズレて
いる場合にも、触媒の劣化判定を可能とする触媒劣化判
別装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段は図１に示される。即ち、内燃機関の排気通路
に設けられたＯ₂ストレージ効果を有する三元触媒の上
流側通路および下流側通路のそれぞれに上流側空燃比セ
ンサ、下流側空燃比センサが設けられる。フィードバッ
ク制御手段は、少なくとも上流側空燃比センサ出力ＶＯ
Ｍに応じて機関が所定運転状態のときに空燃比をフィー
ドバック制御し、所定空燃比にする。

【０００７】一方、下流側空燃比センサ出力ＶＯＳを受
ける反転検出手段は、ＶＯＳが理論空燃比相当値を所定
時間（Ｃ１）以上上下しないことを検出し、面積値算出
手段は、下流側空燃比センサ出力ＶＯＳの波形と所定値
とで囲まれる部分の面積を算出する。そして、触媒劣化
判別手段は、反転検出手段の検出結果を用いて、前記下
流側空燃比センサ出力が理論空燃比を示す値を上下しな
い状態が所定時間以上継続している場合には、前記面積
値に応じて触媒劣化の有無を判別する。

【０００８】

【作用】上述の手段による作用は図３、図４により説明
される。図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は空燃比
センサ出力ＶＯＳの波形と、ＶＯＳの極小値とで囲まれ
る面積を求める場合、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｄ），
（Ｅ）は、所定基準値（この場合は０Ｖ）とで囲まれる
面積を算出する場合を示している。

【０００９】例えば、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）では、斜線部で示される部分の面積が面積値算出
手段により算出される。図３では、ＶＯＳは理論空燃比
相当値（例えば、０．４５Ｖ）を所定時間以上上下しな
いので、反転検出手段がこれを検出し、よって、算出さ
れた面積による劣化判断が触媒劣化判別手段により行わ
れる。この場合は、劣化していない触媒の場合に対し
て、劣化している触媒では必ず面積値が大きいので、面
積が大きいことを判断して触媒劣化ありと判断する。

【００１０】図４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）も
同様であるが、この場合には、触媒劣化のない（Ｃ）の
状態の面積値が最大、触媒劣化のない（Ｄ）の状態の面
積値が最小となるので、面積値が所定幅以内にはいるこ
とを捉えて、触媒劣化ありと判別する。

【００１１】

【実施例】図５は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装
置の一実施例を示す全体概略図である。図５において、
機関本体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設け
られている。エアフローメータ３は吸入空気量を直接計
測するものであって、たとえばポテンショメータを内蔵
して吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発
生する。この出力信号は制御回路１０のマルチプレクサ
内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１に提供されている。ディストリ
ビュータ４には、その軸がたとえばクランク角に換算し
て７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するク
ランク角センサ５およびクランク角に換算して３０°毎
に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角セン
サ６が設けられている。これらクランク角センサ５，６
のパルス信号は制御回路１０の入出力インターフェイス
１０２に供給され、このうちクランク角センサ６の出力
はＣＰＵ１０３の割込み端子に供給される。

【００１２】さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供
給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴
射弁７が設けられている。また、機関本体１のシリンダ
ブロックのウォータジャケット８には、冷却水の温度を
検出するための水温センサ９が設けられている。水温セ
ンサ９は冷却水の温度ＴＨＷに応じたアナログ電圧の電
気信号を発生する。この出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供
給されている。

【００１３】排気マニホールド１１より下流の排気系に
は、排気ガス中の３つの有毒成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_Xを
同時に浄化するＯ₂ストレージ効果（過剰Ｏ₂を保持し
て浄化に利用する機能）を有する三元触媒を収容する触
媒コンバータ１２が設けられている。排気マニホールド
１１には、すなわち触媒コンバータ１２の上流側には第
１のＯ₂センサ１３が設けられ、触媒コンバータ１２の
下流側の排気管１４には第２のＯ₂センサ１５が設けら
れている。Ｏ₂センサ１３，１５は排気ガス中の酸素成
分濃度に応じた電気信号を発生する。すなわち、Ｏ₂セ
ンサ１３，１５は空燃比が理論空燃比に対してリーン側
かリッチ側かに応じて、異なる出力電圧を制御回路１０
のＡ／Ｄ変換器１０１に発生する。制御回路１０は、た
とえばマイクロコンピュータとして構成され、Ａ／Ｄ変
換器１０１、入出力インターフェイス１０２、ＣＰＵ１
０３の外に、ＲＡＭ１０４，ＲＯＭ１０５、バックアッ
プＲＡＭ１０６、クロック発生回路１０７等が設けられ
ている。

【００１４】また、吸気通路２のスロットル弁１６に
は、スロットル弁１６が全閉か否かを示す信号ＬＬを発
生するアイドルスイッチ１７が設けられている。このア
イドル状態出力信号ＬＬは制御回路１０の入出力インタ
ーフェイス１０２に供給される。１８は２次空気導入吸
気弁であって、減速時あるはいアイドル時に２次空気を
排気管１１に供給して、ＨＣ，ＣＯエミッションを低減
するためのものである。

【００１５】１９は触媒コンバータ１２の三元触媒が劣
化した場合に付勢されるアラームである。さらに、制御
回路１０において、ダウンカウンタ１０８、フリップフ
ロップ１０９、および駆動回路１１０は燃料噴射弁７を
制御するためのものである。すなわち、後述のルーチン
において、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴射
量ＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリセットされると
共にフリップフロップ１０９もセットされる。この結
果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付勢を開始する。
他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信号（図示せ
ず）を計数して最後にそのボローアウト端子が“１”レ
ベルとなったときに、フリップフロップ１０９がセット
されて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付勢を停止す
る。つまり、上述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料噴射弁７
は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応じた量の燃
料が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。

【００１６】なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／
Ｄ変換器１０１のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インターフ
ェイス１０２がクランク角センサ６のパルス信号を受信
した時、等である。エアフローメータ３の吸入空気量デ
ータＱおよび冷却水温データＴＨＷは所定時間もしくは
所定クランク角毎に実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによ
って取込まれてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。
つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱおよびＴＨＷは
所定時間毎に更新されている。また、回転速度データＮ
_eはクランク角センサ６の３０°ＣＡ毎の割込みによっ
て演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。

【００１７】以下、図５の制御回路の動作を説明する。
図６、図７は上流側Ｏ₂センサ１３の出力にもとづいて
空燃比補正係数ＦＡＦを演算する空燃比フィードバック
制御ルーチンであって、所定時間たとえば４ms毎に実行
する。ステップ６０１では、上流側Ｏ₂センサ１３によ
る空燃比の閉ループ（フィードバック）条件が成立して
いるか否かを判別する。たとえば、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、パワ
ー増量中、触媒過熱防止のためのＯＴＰ増量中、上流側
Ｏ₂センサ１３の出力信号が一度も反転していない時、
燃料カット中等はいずれも閉ループ条件が不成立であ
り、その他の場合が閉ループ条件成立である。閉ループ
条件が不成立のときには、ステップ６２５に進み、空燃
比フィードバックフラグＸＭＦＢを“０”とし、ステッ
プ６２６に進む。なお、空燃比補正係数ＦＡＦを１．０
としてもよい。他方、閉ループ条件成立の場合はステッ
プ６０２に進む。

【００１８】ステップ６０２では、上流側Ｏ₂センサ１
３の出力ＶＯＭをＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ６０
３にてＶＯＭが比較電圧Ｖ_R1たとえば０．４５Ｖ以下か
否かを判別する、つまり、空燃比がリッチかリーンかを
判別する、つまり、リーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）であれば、
ステップ６０４にてディレイカウンタＣＤＬＹが正か否
かを判別し、ＣＤＬＹ＞０であればステップ６０５にて
ＣＤＬＹを０とし、ステップ６０６に進む。ステップ６
０６では、ディレイカウンタＣＤＬＹを１減算し、ステ
ップ６０７，６０８にてディレイカウンタＣＤＬＹを最
小値ＴＤＬでガードする。この場合、ディレイカウンタ
ＣＤＬＹが最小値ＴＤＬに到達したときにはステップ６
０９にて空燃比フラグＦ１を“０”（リーン）とする。
なお、最小値ＴＤＬは上流側Ｏ₂センサ１３の出力にお
いてリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態で
あるとの判断を保持するためのリーン遅延状態であっ
て、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ₁＞Ｖ_R1）
であれば、ステップ６１０にてディレイカウンタＣＤＬ
Ｙが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０であればステップ
６１１にてＣＤＬＹを０とし、ステップ６１２に進む。
ステップ６１２ではディレイカウンタＣＤＬＹを１加算
し、ステップ６１３，６１４にてディレイカウンタＣＤ
ＬＹを最大値ＴＤＲでガードする。この場合、ディレイ
カウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに到達したときにはス
テップ６１５にて空燃比フラグＦ１を“１”（リッチ）
とする。なお、最大値ＴＤＲは上流側Ｏ₂センサ１３の
出力においてリーンからリッチへの変化があってもリー
ン状態であるとの判断を保持するためのリッチ遅延状態
であって、正の値で定義される。

【００１９】次に、ステップ６１６では、空燃比フラグ
Ｆ１の符号が反転したか否かを判別する、すなわち遅延
処理後の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が
反転していれば、ステップ６１７にて、空燃比フラグＦ
１の値により、リッチからリーンへの反転か、リーンか
らリッチへの反転かを判別する。リッチからリーンへの
反転であれば、ステップ６１８にて、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋
ＲＳＲとスキップ的に増大させ、逆に、リーンからリッ
チへの反転であれば、ステップ６１９にて、ＦＡＦ←Ｆ
ＡＦ−ＲＳＬとスキップ的に減少させる。つまり、スキ
ップ処理を行う。

【００２０】ステップ６１６にて空燃比フラグＦ１の符
号が反転していなければ、ステップ６２０，６２１，６
２２にて積分処理を行う。つまり、ステップ６２０に
て、Ｆ１＝“０”か否かを判別し、Ｆ１＝“０”（リー
ン）であればステップ６２１にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩ
Ｒとし、他方、Ｆ１＝“１”（リッチ）であればステッ
プ６２２にてＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで、
積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬはスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに
比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（ＫＩ
Ｌ）＜ＲＳＲ（ＲＳＬ）である。従って、ステップ６２
１はリーン状態（Ｆ１＝“０”）で燃料噴射量を徐々に
増大させ、ステップ６２２はリッチ状態（Ｆ１＝
“１”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

【００２１】次に、ステップ６２３では、ステップ６２
３，６２４，６２６，６２７にて演算された空燃比補正
係数ＦＡＦは最小値たとえば０．８にてガードされ、ま
た、最大値たとえば１．２にてガードされる。これによ
り、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦが大きくなり
過ぎ、もしくは小さくなり過ぎた場合に、その値で機関
の空燃比を制御してオーバリッチ、オーバリーンになる
のを防ぐ。

【００２２】ステップ６２４では、空燃比フィードバッ
クフラグＸＭＦＢを“１”とし、上述のごとく演算され
たＦＡＦをＲＡＭ１０５に格納して、ステップ６２６に
てこのループは終了する。次に、本発明を上流側Ｏ₂セ
ンサ１３の出力Ｖ₁及び下流側Ｏ₂センサ１５の出力Ｖ
₂の両方を用いて空燃比フィードバック制御を行うダブ
ルＯ₂センサシステムに適用した場合について説明す
る。

【００２３】図８は図６、図７のフローチャートによる
動作を補足説明するタイミング図である。上流側Ｏ₂セ
ンサ１３の出力ＶＯＭにより図８（Ａ）に示すごとくリ
ッチ、リーン判別の空燃比信号Ａ／Ｆが得られると、デ
ィレイカウンタＣＤＬＹは、図８（Ｂ）に示すごとく、
リッチ状態でカウントアップされ、リーン状態でカウン
トダウンされる。この結果、図８（Ｃ）に示すごとく、
遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′（フラグＦ１に相
当）が形成される。たとえば、時刻ｔ₁にて空燃比信号
Ａ／Ｆ′がリーンからリッチに変化しても、遅延処理さ
れた空燃比信号Ａ／Ｆ′はリッチ遅延時間ＴＤＲだけリ
ーンに保持された後に時刻ｔ₂にてリッチに変化する。
時刻ｔ₃にて空燃比信号Ａ／Ｆがリッチからリーンに変
化しても、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′はリーン
遅延時間（−ＴＤＬ）相当だけリッチに保持された後に
時刻ｔ₄にてリーンに変化する。しかし空燃比信号Ａ／
Ｆ′が時刻ｔ₅,ｔ₆,ｔ₇のごとくリッチ遅延時間ＴＤＲ
の短い期間で反転すると、ディレイカウンタＣＤＬＹが
最大値ＴＤＲに到達するのに時間を要し、この結果、時
刻ｔ₈にて遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′が反転され
る。つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′は遅延処
理前の空燃比信号Ａ／Ｆに比べて安定となる。このよう
に遅延処理後の安定した空燃比信号Ａ／Ｆ′にもとづい
て図８（Ｄ）に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られる。

【００２４】次に、下流側Ｏ₂センサ１５による第２の
空燃比フィードバック制御について説明する。第２の空
燃比フィードバック制御としては、第１の空燃比フィー
ドバック制御定数としてのスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬ、
積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬ、遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ、も
しくは上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭの比較電圧Ｖ
_R1を可変にするシステムと、第２の空燃比補正係数ＦＡ
Ｆ２を導入するシステムとがある。

【００２５】たとえば、リッチスキップ量ＲＳＲを大き
くすると、制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リ
ーンスキップ量ＲＳＬを小さくしても制御空燃比をリッ
チ側に移行でき、他方、リーンスキップ量ＲＳＬを大き
くすると、制御空燃比をリーン側に移行でき、また、リ
ッチスキップ量ＲＳＲを小さくしても制御空燃比をリー
ン側に移行できる。したがって、下流側Ｏ₂センサ１５
の出力に応じてリッチスキップ量ＲＳＬを補正すること
により空燃比が制御できる。また、リッチ積分定数ＫＩ
Ｒを大きくすると、制御空燃比をリッチ側に移行でき、
また、リーン積分定数ＫＩＬを小さくしても制御空燃比
をリッチ側に移行でき、他方、リーン積分定数ＫＩＬを
大きくすると、制御空燃比をリーン側に移行でき、ま
た、リッチ積分定数ＫＩＲを小さくしても制御空燃比を
リーン側に移行できる。従って、下流側Ｏ₂センサ１５
の出力に応じてリッチ成分定数ＫＩＲおよびリーン積分
定数ＫＩＬを補正することにより空燃比を制御できる。
リッチ遅延時間ＴＤＲを大きくもしくはリーン遅延時間
（−ＴＤＬ）を小さく設定すれば、制御空燃比はリッチ
側に移行でき、逆に、リーン遅延時間（−ＴＤＬ）を大
きくもしくはリッチ遅延時間（ＴＤＲ）を小さく設定す
れば、制御空燃比はリーン側に移行できる。つまり、下
流側Ｏ₂センサ１５の出力ＶＯＳに応じて遅延時間ＴＤ
Ｒ，ＴＤＬを補正することにより空燃比が制御できる。
さらにまた、比較電圧Ｖ_R1を大きくすると制御空燃比を
リッチ側に移行でき、また、比較電圧Ｖ_R1を小さくする
と制御空燃比をリーン側に移行できる。従って、下流側
Ｏ₂センサ１５の出力ＶＯＳに応じて比較電圧Ｖ_R1を補
正することにより空燃比が制御できる。

【００２６】これらスキップ量、積分定数、遅延時間、
比較電圧を下流側Ｏ₂センサによって可変とすることは
それぞれに長所がある。たとえば、遅延時間は非常に微
妙な空燃比の調整が可能であり、また、スキップ量は、
遅延時間のように空燃比のフィードバック周期を長くす
ることなくレスポンスの良い制御が可能である。従っ
て、これら可変量は当然２つ以上組み合わされて用いら
れ得る。

【００２７】次に、空燃比フィードバック制御定数とし
てのスキップ量を可変にしたダブルＯ₂センサシステム
について説明する。図９、図１０は下流側Ｏ₂センサ１
５の出力ＶＯＳにもとづく第２の空燃比フィードバック
制御ルーチンであって、所定時間たとえば５１２ms毎に
実行される。ステップ９０１〜９０６では、下流側Ｏ₂
センサ１５によって閉ループ条件か否かを判別する。た
とえば、上流側Ｏ₂センサ１３による閉ループ条件の不
成立（ステップ９０１）に加えて、冷却水温ＴＨＷが所
定値（たとえば７０℃）以下のとき（ステップ９０
２）、スロットル弁１６が全閉（ＬＬ＝“１”）のとき
（ステップ９０３）、回転速度Ｎ_e、車速、アイドルス
イッチ１７の信号ＬＬ、冷却水温ＴＨＷ等にもとづいて
２次空気が導入されてるとき（ステップ９０４）、軽負
荷のとき（Ｑ／Ｎ_e＜Ｘ₁)（ステップ９０５）、下流側
Ｏ₂センサ１５が活性化していないとき（ステップ９０
６）、等が閉ループ条件が不成立であり、その他の場合
が閉ループ条件成立である。閉ループ条件不成立であれ
ば、ステップ９１９に進み、空燃比フィードバックフラ
グＸＳＦＢをリセットし（“０”）、閉ループ条件成立
であればステップ９０８に進み、空燃比フィードバック
フラグＸＳＦＢをセットする（“１”）。

【００２８】ステップ９０９〜９１８のフローについて
説明する。ステップ９０９は、下流側Ｏ₂センサ１５の
出力ＶＯＳをＡ／Ｄ変換して取り込み、ステップ９１０
にてＶＯＳが比較電圧Ｖ_R2たとえば０．５５Ｖ以下か否
かを判別する、つまり、空燃比がリッチかリーンかを判
別する。なお、比較電圧Ｖ_R2は触媒コンバータ１２の上
流、下流で生ガスの影響による出力特性が異なることお
よび劣化速度が異なること等を考慮して上流側Ｏ₂セン
サ１３の出力の比較電圧Ｖ_R1より高く設定されている
が、この設定は任意でもよい。この結果、ＶＯＳ≦Ｖ_R2
（リーン）であればステップ９１１，９１２，９１３に
進み、ＶＯＳ＞Ｖ_R2（リッチ）であればステップ９１
４，９１５，９１６に進む。すなわち、ステップ９１１
では、ＲＳＲ←ＲＳＲ＋ΔＲＳ（一定値）とし、つま
り、リッチスキップ量ＲＳＲを増大させて空燃比をリッ
チ側に移行させ、ステップ９１２，９１３では、ＲＳＲ
を最大値ＭＡＸ（＝７．５％）にてガードし、他方、ス
テップ９１４にてＲＳＲ←ＲＳＲ−ΔＲＳとし、つま
り、リッチスキップ量ＲＳＲを減少させて空燃比をリー
ン側に移行させ、ステップ９１５，９１６にてＲＳＲを
最小値ＭＩＮ（＝２．５％）にてガードする。なお、最
小値ＭＩＮは過渡追従性がそこなわれないレベルの値で
あり、また、最大値ＭＡＸは空燃比変動によりドライバ
ビリティの悪化が発生しないレベルの値である。

【００２９】ステップ９１７では、リーンスキップ量Ｒ
ＳＬを、ＲＳＬ←１０％−ＲＳＲとする。つまり、ＲＳＲ＋ＲＳＬ＝１０％とする。ステ
ップ９１８では、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬをＲＡＭ１
０５に格納する。そして、ステップ９２０に進む。

【００３０】図１１の噴射量演算ルーチンであって、所
定クランク角たとえば３６０°ＣＡに実行される。ステ
ップ１１０１では、ＲＡＭ１０５より吸入空気量データ
Ｑ及び回転速度データＮ_eを読出して基本噴射量ＴＡＵ
Ｐを演算する。たとえばＴＡＵＰ←α・Ｑ／Ｎ_e（αは
定数）とする。ステップ１１０２では、最終噴射量ＴＡ
Ｕを、ＴＡＵ←ＴＡＵＰ・ＦＡＦ・β＋γにより演算す
る。なお、β，γは他の運転状態パラメータによって定
まる補正量である。次いで、ステップ１１０３にて、噴
射量ＴＡＵをダウンカウンタ１０８にセットすると共に
フリップフロップ１０９をセットして燃料噴射を開始さ
せる。そして、ステップ１１０４にてこのルーチンを終
了する。

【００３１】なお、上述のごとく、噴射量ＴＡＵに相当
する時間が経過すると、ダウンカウンタ１０８のボロー
アウト信号によってフリップフロップ１０９がリセット
されて燃料噴射は終了する。図１２〜図１５は触媒劣化
判別ルーチンであって、所定時間たとえば４ms毎に実行
される。ステップ１２０１では、空燃比フィードバック
フラグＸＭＦＢにより上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯ
Ｍによる空燃比フィードバック制御中（ＸＭＦＢ＝
“１”）か否かを判別し、ステップ１２０２では、リー
ンモニタにより上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭがリ
ーン側に所定期間以上張り付いているか否かを判別し、
ステップ１２０３では、リッチモニタにより上流側Ｏ₂
センサ１３の出力ＶＯＭがリッチ側に所定期間以上張り
付いているか否かを判別し、ステップ１２０４では、空
燃比フィードバックフラグＸＳＦＢにより下流側Ｏ₂セ
ンサ１３の出力ＶＯＳによる空燃比フィードバック制御
中（ＸＳＦＢ＝“１”）か否かを判別する。

【００３２】この結果、上流側Ｏ₂センサ１３の出力Ｖ
ＯＭによる空燃比フィードバック制御中（ＸＭＦＢ＝
“１”）であって、該出力ＶＯＭがリーン側もしくはリ
ッチ側に張り付いてなく、かつ下流側Ｏ₂センサ１５の
出力ＶＯＳによる空燃比フィードバック制御中（ＸＳＦ
Ｂ＝“１”）のときのみ、ステップ１００５以降に進
み、触媒劣化判別を行う。なお、ＸＳＦＢ＝“１”のと
きは必ずＸＭＦＢ＝“１”すなわち上流側Ｏ₂センサ１
３の出口による空燃比フィードバック中である。

【００３３】なお、ステップ１２０２，１２０３を設け
たのは、たとえ上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭによ
る空燃比フィードバック制御が行われても、上流側Ｏ₂
センサ１３の出力ＶＯＭがリーン側かリッチ側かに片寄
っていると、後述の基準値となる積分値ＳＶＯＭが有効
的に得られないからである。ステップ１２０５〜１２０
７では、上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭの極小値を
更新する。つまり、ステップ１２０５にて、上流側Ｏ₂
センサ１３の出力ＶＯＭの前々回値ＶＯＭ_i-2、前回値
ＶＯＭ_i-1を用いて、上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯ
Ｍが負の傾きか否かをＶＯＭ_i-2＞ＶＯＭ_i-1 により判別し、ステップ１２０６では上流側Ｏ₂センサ
１３の出力ＶＯＭの前回値ＶＯＭ_i-1及び今回値ＶＯＭ
を用いて上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭが正の傾き
か否かをＶＯＭ_i-1＜ＶＯＭにより判別する。この結果、ＶＯＭ_i-2＞ＶＯＭ_i-1か
つＶＯＭ_i-1＜ＶＯＭのときのみ、ステップ１２０７に
て上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭの極小値ＶＯＭＭ
ＩＮを、ＶＯＭＭＩＮ←ＶＯＭにより更新する。

【００３４】ステップ１２０８では、ＳＶＯＭ←ＳＶＯＭ＋（ＶＯＭ−ＶＯＭＭＩＮ）により
演算する。そして、ステップ１２０９では、次回の実行
に備え、ＶＯＭ_i-2←ＶＯＭ_i-1 ＶＯＭ_i-1←ＶＯＭと更新する。

【００３５】ステップ１２１０〜１２１２では、下流側
Ｏ₂センサ１５の出力ＶＯＳの極小値を更新する。つま
り、ステップ１２１０にて、下流側Ｏ₂センサ１５の出
力ＶＯＳの前々回値ＶＯＳ_i-2、前回値ＶＯＳ_i-1を用
いて、下流側Ｏ₂センサ１５の出力ＶＯＳが負の傾きか
否かを、ＶＯＳ_i-2＞ＶＯＳ_i-1 により判別し、ステップ１２１１では、下流側Ｏ₂セン
サ１５の出力ＶＯＳの前回値ＶＯＳ_i-1及び今回値ＶＯ
Ｓを用いて下流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＳが正の傾
きか否かをＶＯＳ_i-1＜ＶＯＳにより判別する。この結果、ＶＯＳ_i-2＞ＶＯＳ_i-1か
つＶＯＳ_i-1＜ＶＯＳのときのみ、ステップ１２１２に
て下流側Ｏ₂センサ１５の出力ＶＯＳの極小値ＶＯＳＭ
ＩＮを、ＶＯＳＭＩＮ←ＶＯＳにより更新する。

【００３６】ステップ１２１３では、図３（Ａ）〜
（Ｄ）の斜線部に示すような積分値ＳＶＯＳを、ＳＶＯＳ←ＳＶＯＳ＋（ＶＯＳ−ＶＯＳＭＩＮ）により
演算する。そして、ステップ１２１４では、次回の実行
に備え、ＶＯＳ_i-2←ＶＯＳ_i-1 ＶＯＳ_i-1←ＶＯＳと更新する。

【００３７】ステップ１２１５では、カウンタＣＴＩＭ
Ｅを＋１カウントアップし、ステップ１２１６にてＣＴ
ＩＭＥが所定値Ｃ０を越えており、かつ、後述する別の
カウンタＣＲＥＶ（下流側Ｏ₂センサが理論空燃比相当
値を上下しない状態の継続時間）が所定値Ｃ１を越えて
いるか否かを判別する。尚、Ｃ０は例えば上流側Ｏ₂セ
ンサの反転回数５回分に相当する２０秒とする。

【００３８】この結果、ＣＴＩＭＥ＞Ｃ０かつＣＲＥＶ＞Ｃ１（＞＞１）であれば、ステップ１０１７に進み、それ以外ではステ
ップ１２２０に進む。

【００３９】ステップ１２１７では、上流側Ｏ₂センサ
１３の出力ＶＯＭの積分値ＳＶＯＭと下流側Ｏ₂センサ
１５の出力ＶＯＳの積分値ＳＶＯＳと比が所定値以上か
否か、即ち、か否かを判定する。

【００４０】尚、このステップは、下流側Ｏ₂センサ出
力のみに基づき、ＳＶＯＳ＞所定値………… と置き換えることができる。上記式、または式が成
立していなければ、触媒劣化はないので（図２（Ｃ），
（Ｄ），（Ｆ））ステップ１２２０へ進み、上記式、
または式が成立していれば、触媒劣化あり（図２
（Ａ），（Ｂ））とみなし、ステップ１２１８へ進む。

【００４１】つまり、ステップ１２１８にてアラームフ
ラグＡＬＭをセットし（“１”）、ステップ１２１９に
てアラーム１９を付勢する。他の場合には、ステップ１
２２０にてアラームフラグＡＬＭをリセットする
（“０”）。ステップ１２２１では、修理点検のために
アラームフラグＡＬＭをバックアップＲＡＭ１０６に格
納しておく。

【００４２】ステップ１２２２では、次回の触媒劣化判
別に備え、ＣＴＩＭＥ，ＳＶＯＭ，ＳＶＯＳをクリアす
る。そして、ステップ１２２３にてこのルーチンは終了
する。図１６は、下流側Ｏ₂センサが所定時間以上に渡
って、一度も理論空燃比相当値（例：０．４５Ｖ）を上
下していないことを検出するためのカウンタＣＲＥＶの
設定ルーチンである。

【００４３】つまり、現時点の下流側Ｏ₂センサ出力Ｖ
ＯＳが０．４５Ｖ以上で、前回このルーチンを通ったと
きの下流側Ｏ₂センサ出力ＶＯＳｏｌｄが０．４５Ｖ以
下の場合には、下流側Ｏ₂センサが理論空燃比相当値を
上下した直後でありステップ１６０１，１６０２からス
テップ１４０４に進みカウンタ値ＣＲＥＶをクリアし、
同様に、現時点の下流側Ｏ₂センサ出力ＶＯＳが０．４
５Ｖ以下で、前回このルーチンを通ったときの下流側Ｏ
₂センサ出力ＶＯＳｏｌｄが０．４５Ｖ以上の場合に
は、下流側Ｏ₂センサが理論空燃比相当値を上下した直
後であるのでステップ１６０４に進みカウンタ値ＣＲＥ
Ｖをクリアする。そして、ステップ１６０５にて、現在
のＶＯＳをＶＯＳｏｌｄとして次回に備える。そして、
ステップ１６０６にてＣＲＥＶを＋１カウントアップし
ておく。

【００４４】図１７は第２の実施例を示し、下流側Ｏ₂
センサ波形と基準値（この場合は０）とで囲まれる部分
の面積を用いて触媒劣化判定するものであり、図１２を
流用している。図１２の部分は前述した通りであり、図
１２のに続いて図１７に進む。ステップ１７０１で
は、基準値０Ｖと上流側Ｏ₂センサ波形で囲まれる部分
の面積ＳＶＯＭが算出され、ステップ１７０２では、基
準値０Ｖと下流側Ｏ₂センサ波形で囲まれる部分の面積
ＳＶＯＳが算出される。

【００４５】次に、ステップ１７０３，１７０４にて、
第１の実施例と全く同様に、前回の触媒劣化判定から所
定時間以上経過しており（ＣＴＩＭＥ＞Ｃ０）、しか
も、所定時間（Ｃ１）以上に渡って、一度もＶＯＳが理
論空燃比相当値を上下してない場合（ＣＲＥＶ＞Ｃ１）
のときステップ１７０５に進む。ステップ１７０５で
は、下流側Ｏ₂センサと基準値で囲まれた部分の面積Ｓ
ＶＯＳと、上流側Ｏ₂センサと基準値で囲まれた部分の
面積ＳＶＯＭとの比が所定幅以内にあるか否か、即ち、か否かが判定される。所定幅以内のときは、図４
（Ａ），（Ｂ）の場合であり触媒劣化としてステップ１
７０６にてＢ−ＲＡＭ内のＲＡＭ『ＡＬＭ』に“１”を
書きこむ。所定幅以外のときは図４（Ｃ），（Ｄ）の場
合であり、触媒劣化なしとしてステップ１７０７にて、
ＲＡＭ『ＡＬＭ』に“０”を書きこむ。続くステップ１
７０８，１７０９は図１５のステップ１２２２，１２２
３と全く同様であるので説明を省略する。

【００４６】この実施例においても、ステップ１７０５
にて、ＳＶＯＳのみを用いて、ＺＬ＜ＳＶＯＳ＜ＺＨの場合に触媒劣化ありと判定してやることも可能であ
る。尚、上流側Ｏ₂センサ波形は、図４（Ｅ）の如くに
なる。なお、上述の実施例においては、下流側Ｏ₂セン
サ１５の出力ＶＯＳの積分値ＳＶＯＳの基準値として上
流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭの積分値ＳＶＯＭを用
いたが、この積分値ＳＶＯＭの代りに、一定値もしくは
運転状態によって変化する所定値としてもよい。

【００４７】また、上述のダブルＯ₂センサシステムに
おいて、なお、第１の空燃比フィードバック制御は４ms
毎に、また、第２の空燃比フィードバック制御は５１２
ms毎に行われるのは、空燃比フィードバック制御は応答
性の良い上流側Ｏ₂センサによる制御を主として行い、
応答性の悪い下流側Ｏ₂センサによる制御を従にして行
うためである。

【００４８】また、上述のダブルＯ₂センサシステムに
おいて、なお、第１の空燃比フィードバック制御は４ms
毎に、また、第２の空燃比フィードバック制御は５１２
ms毎に行われるのは、空燃比フィードバック制御は応答
性の良い上流側Ｏ₂センサによる制御を主として行い、
応答性の悪い下流側Ｏ₂センサによる制御を従にして行
うためである。

【００４９】また、上述のダブルＯ₂センサシステムに
おいて、上流側Ｏ₂センサによる空燃比フィードバック
制御における他の制御定数、たとえば遅延時間、積分定
数、等を下流側Ｏ₂センサの出力により補正するダブル
Ｏ₂センサシステムにも、また、第２の空燃比補正係数
を導入するダブルＯ₂センサシステムにも本発明を適用
し得る。また、スキップ量、遅延時間、積分定数のうち
の２つの同時に制御することにより制御性を向上でき
る。さらにスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬのうちの一方を固
定し他方のみを可変とすることも、遅延時間ＴＤＲ，Ｔ
ＤＬのうちの一方を固定し他方のみを可変とすること
も、あるいはリッチ積分定数ＫＩＲ、リーン積分定数Ｋ
ＩＬの一方を固定し他方を可変とすることも可能であ
る。

【００５０】また，吸入空気量センサとして、エアフロ
ーメータの代りに、カルマン渦センサ、ヒートワイヤセ
ンサ等を用いることもできる。さらに、上述の実施例で
は、吸入空気量および機関の回転速度に応じて燃料噴射
量を演算しているが、吸入空気圧および機関の回転速
度、もしくはスロットル弁開度および機関の回転速度に
応じて燃料噴射量を演算してもよい。

【００５１】さらに、上述の実施例では、燃料噴射弁に
より吸気系への燃料噴射量を制御する内燃機関を示した
が、キャブレタ式内燃機関にも本発明を適用し得る。た
とえば、エレクトリック・エア・コントロールバルブ
（ＥＡＣＶ）により機関の吸入空気量を調整して空燃比
を制御するもの、エレクトリック・ブリード・エア・コ
ントロールバルブによりキャブレタのエアブリード量を
調整してメイン系通路およびスロー系通路への大気の導
入により空燃比を制御するもの、機関の排気系へ送り込
まれる２次空気量を調整するもの、等に本発明を適用し
得る。この場合には、図１１のステップ１１０１におけ
る基本噴射量ＴＡＵＰ相当の基本燃料噴射量がキャブレ
タ自身によって決定され、すなわち、吸入空気量に応じ
て吸気管負圧と機関の回転速度に応じて決定され、ステ
ップ１１０２にて最終燃料噴射量ＴＡＵに相当する供給
空気量が演算される。

【００５２】さらに、上述の実施例では、空燃比センサ
としてＯ₂センサを用いたが、ＣＯセンサ、リーンミク
スチャセンサ等を用いることもできる。特に、上流側空
燃比センサとしてＴｉＯ₂センサを用いると、制御応答
性が向上し、下流側空燃比センサの出力による過補正が
防止できる。さらに、上述の実施例はマイクロコンピュ
ータすなわちディジタル回路によって構成されている
が、アナログ回路により構成することもできる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
流側空燃比センサの出力が理論空燃比より大きくずれた
り、触媒劣化がなくて出力振幅が大きくても、触媒劣化
を信頼性高く判別できるので、触媒交換を迅速にしてエ
ミッションの悪化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】従来技術を説明するタイミング図である。

【図３】本発明の作用を示すタイミング図である。

【図４】本発明の作用を示すタイミング図である。

【図５】本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図である。

【図６】図５の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図７】図５の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図８】図５、図６、図７のフローチャートを補足説明
するタイミング図である。

【図９】図５の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図１０】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１１】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１２】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１３】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１４】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１５】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１６】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１７】図５の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１…機関本体２…エアフローメータ４…ディストリビュータ５，６…クランク角センサ１０…制御回路１２…触媒コンバータ１３…上流側Ｏ₂センサ１５…下流側Ｏ₂センサ１７…アイドルスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられた、Ｏ₂
ストレージ効果を有する三元触媒と、該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
空燃比を検出する上流側空燃比センサと、該三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関の
空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記機関が所定運転条件にあるとき、前記上流側空燃比
センサ出力に基づき、機関の空燃比を所定空燃比にフィ
ードバック制御するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段によるフィードバック実行
中に、前記下流側空燃比センサ出力が理論空燃比を示す
値を所定時間以上上下しないことを検出する反転検出手
段と、前記下流側空燃比センサ出力波形と所定値とで囲まれる
部分の面積を算出する面積値算出手段と、前記反転検出手段が、前記下流側空燃比センサ出力が理
論空燃比を示す値を上下しない状態が所定時間以上継続
したことを検出した場合に、前記面積値に応じて触媒劣
化の有無を判別する触媒劣化判別手段と、を具備する内
燃機関の触媒劣化判別装置。