JPH08291740A

JPH08291740A - 内燃機関の触媒劣化検出装置

Info

Publication number: JPH08291740A
Application number: JP7095529A
Authority: JP
Inventors: Noritake Mitsuya; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】空燃比センサの劣化や空燃比制御中心の変動
に影響されずに正確な触媒劣化判定を行うことが可能な
触媒劣化検出装置を提供する。【構成】触媒下流側に配置した下流側Ｏ₂センサ出力
の軌跡長に基づいて触媒劣化の有無を検出する際に、上
流側と下流側Ｏ₂センサ出力の、極大値と極小値との差
の時間積分値を用いて下流側Ｏ₂センサ出力の軌跡長を
補正する。センサが劣化して出力振幅が減少すると、そ
れに応じてセンサ出力軌跡長と積分値とが低下する。一
方、センサが劣化しても振幅が減少しない場合には出力
軌跡長と積分値とはともに低下しない。このため、下流
側Ｏ₂センサ出力軌跡長により触媒劣化を判断する際
に、出力積分値を用いて軌跡長を補正することによりセ
ンサ劣化等による劣化判定の誤差を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも触媒コンバ
ータ上流側の空燃比センサ出力に基づいて機関空燃比を
目標空燃比にフィードバック制御するとともに、触媒コ
ンバータ下流側の空燃比センサ出力と触媒コンバータ上
流側空燃比センサ出力とに基づいて触媒コンバータの劣
化を検出する内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】触媒コンバータ上流側の空燃比センサ出
力と下流側の空燃比センサ出力とに基づいて触媒コンバ
ータ内の三元触媒の劣化を検出する触媒の劣化検出装置
が知られている。この種の劣化検出装置としては、例え
ば本願出願人による特開平５−１６３９８９号公報記載
されたものがある。

【０００３】同公報に記載された触媒劣化検出装置は、
空燃比フィードバック制御中の所定期間の上流側空燃比
センサ出力の軌跡長（ＬＶＯＭ）と下流側空燃比センサ
出力の軌跡長（ＬＶＯＳ）、及び上記所定期間の上流側
空燃比センサ出力と基準値とで囲まれる面積（ＡＶＯ
Ｍ）、下流側空燃比センサ出力と基準値とで囲まれる面
積（ＡＶＯＳ）をそれぞれ演算し、上流側空燃比センサ
と下流側空燃比センサの軌跡長比（ＬＶＯＳ／ＬＶＯ
Ｍ）と面積比（ＡＶＯＳ／ＡＶＯＭ）とを用いて触媒の
劣化の有無を判定している。

【０００４】三元触媒は、通過する排気空燃比がリーン
空燃比のときに排気中の酸素を吸着し、通過する排気空
燃比がリッチ空燃比のときに吸着した酸素を放出するＯ
₂ストレージ作用を行う。このため、触媒コンバータ上
流側の排気空燃比が比較的短い周期でリーン空燃比とリ
ッチ空燃比との間で変動を繰り返しているような場合で
も、三元触媒が正常であれば、触媒コンバータ通過後の
排気の空燃比変動は触媒の酸素吸着と放出とにより緩和
され、下流側空燃比センサ出力の変動は少なくなる。す
なわち、三元触媒が正常であれば、下流側空燃比センサ
出力の軌跡長は上流側空燃比センサ出力の軌跡長に較べ
て短くなり、下流側空燃比センサと上流側空燃比センサ
との出力の軌跡長の比は小さくなる。

【０００５】一方、三元触媒が劣化すると触媒のＯ₂ス
トレージ作用も触媒の劣化に応じて低下するため、触媒
コンバータで吸収、放出される酸素量が少なくなり触媒
コンバータ下流側の排気空燃比の変動は触媒コンバータ
上流側での排気空燃比の変動に近づくようになる。この
ため、三元触媒が劣化すると下流側空燃比センサ出力の
変動が徐々に大きくなり上流側空燃比センサ出力の変動
に近づくようになる。すなわち、三元触媒が劣化する
と、下流側空燃比センサ出力の軌跡長は増大し、上流側
空燃比センサ出力の軌跡長に近づくようになるため、下
流側空燃比センサと上流側空燃比センサとの出力の軌跡
長の比は大きくなる。

【０００６】従って、機関空燃比が理論空燃比を中心と
してリーン空燃比側とリッチ空燃比側との間を規則的に
変動しているような場合には、下流側と上流側の空燃比
センサ出力の軌跡長比を監視することにより三元触媒の
劣化の有無を判定することができる。ところが、空燃比
センサが劣化した場合には空燃比が同一の振幅で変動し
ている場合でも空燃比センサ出力の振幅は小さくなる。
このため、上流側空燃比センサが劣化すると上流側空燃
比センサ出力の振幅は小さくなり、その結果出力の軌跡
長ＬＶＯＭも小さくなる。従って、この場合には触媒が
正常であっても軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭは大きくな
り、上記のように空燃比センサ出力の軌跡長比に基づい
て触媒劣化を判断していると正常な触媒が劣化したと判
定されてしまう場合がある。また、下流側空燃比センサ
が劣化した場合には軌跡長ＬＶＯＳは触媒が劣化してい
ても小さくなるため、上記とは逆に劣化した触媒が正常
と判定されてしまう場合が生じる。

【０００７】上記特開平５−１６３９８９号公報の装置
は、上下流空燃比センサ出力の軌跡長比とともに、出力
の面積比を用いて触媒劣化を判定することにより上記問
題を解決したものである。すなわち、空燃比センサが劣
化して出力の振幅が小さくなった場合には、出力軌跡と
基準値とで囲まれる面積も同時に小さくなる。このた
め、上流側のセンサが劣化したような場合には同時に上
流側空燃比センサ出力の面積（ＡＶＯＭ）も小さくなる
ため、下流側空燃比センサ出力の面積（ＡＶＯＳ）と上
流側空燃比センサ出力の面積（ＡＶＯＭ）の比（ＡＶＯ
Ｓ／ＡＶＯＭ）は軌跡長比と同様に大きくなる。

【０００８】また、逆に触媒と下流側空燃比センサが同
時に劣化したような場合には軌跡長比（ＬＶＯＳ／ＬＶ
ＯＭ）はあまり増大しないにもかかわらず、面積比（Ａ
ＶＯＳ／ＡＶＯＭ）は小さくなる。このため、軌跡長比
（ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭ）と面積比（ＡＶＯＳ／ＡＶＯ
Ｍ）との両方を用いて触媒劣化を判断することにより、
空燃比センサの劣化による出力特性の変化が面積比によ
り補正されることになり、センサの特性や劣化の程度に
より影響を受けない触媒劣化判断が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平５−１６
３９８９号公報の装置では、空燃比センサの劣化や特性
のばらつきによる軌跡長の相違を面積比を用いて補正す
ることにより、触媒劣化判定の精度を向上させたもので
ある。ところが、センサ劣化や特性のばらつきをによる
軌跡長比の変化を面積比を用いて補正していると正確な
補正が行えない問題があることが判明している。以下、
図１７を用いてこの問題を説明する。

【００１０】図１７は空燃比センサの劣化による出力特
性の変化例を説明する図である。図１７(B) から(E)
は、排気空燃比が図１７(A) に示すように理論空燃比を
中心としてリーン側とリッチ側とに規則的に変動してい
る場合の空燃比センサの劣化による出力の変化の様子を
示しており、図１７(B) は正常なセンサ出力を、図１７
(C) から(E) は劣化したセンサの出力をそれぞれ示して
いる。なお、図１７(B) から(E) の出力は代表的な空燃
比センサとして空燃比が理論空燃比よりリッチかリーン
かに応じて異なる出力電圧を発生するＯ₂センサを例に
とって示している。

【００１１】図１７(A) のように、排気空燃比が理論空
燃比を中心として規則的に変動すると、正常なＯ₂セン
サの出力は図１７(B) のようにリッチ空燃比相当出力と
リーン空燃比相当出力との間で交互に切り替わる変化を
示す。また、図１７(C) はＯ₂センサが劣化して出力の
振幅が小さくなった場合を示している。この場合には、
劣化によりＯ₂センサの出力軌跡長も小さくなるが、同
時にセンサ出力の面積（基準値（理論空燃比相当出力）
とセンサ出力軌跡とで囲まれる面積（斜線部分））も出
力軌跡長にほぼ比例して小さくなるため、センサ出力の
面積により出力軌跡長を補正することによりＯ₂センサ
が劣化していない場合（図１７(B) ）の軌跡長を推定す
ることができる。

【００１２】しかし、Ｏ₂センサが劣化すると、センサ
出力の振幅は大きく変化せずに空燃比変化に対するセン
サ出力の応答速度が低下する場合がある。このような場
合にはセンサ出力は図１７(D) に示すように、リッチ空
燃比相当出力とリーン空燃比相当出力との切り替わりに
時間を要するようになる。このため、このような劣化状
態では、センサ出力軌跡はほとんど減少しないにもかか
わらず、センサ出力の面積（斜線部分）はＯ₂センサが
劣化すると正常な場合より小さくなる。

【００１３】また、上記はセンサ劣化により出力応答速
度が低下した場合について説明したが、Ｏ₂センサの種
類によっては劣化すると、リッチ空燃比側、またはリー
ン空燃比側のいずれか一方の感度が低下する場合があ
る。このような場合、例えばリーン空燃比側の検出感度
がリッチ空燃比側に較べて低下するとセンサ出力はリッ
チ側に留まる時間が長く、かつ大きくリッチ側に振れる
ようになり、リーン側に空燃比が振れたときの出力は小
さくなり、かつリーン空燃比相当出力を発生する時間も
短くなる。従って、実際の空燃比が図１７(A) のように
変動していた場合でもＯ₂センサは図１７(E) に示すよ
うにリッチ空燃比相当出力を長く、かつ大きく出力する
ようになる。このような劣化状態では、センサ出力の軌
跡長は正常な場合とほぼ同一であるにもかかわらず、セ
ンサ出力の面積は正常なセンサに較べて大きくなってし
まう。また、逆にリッチ空燃比側の検出感度が低下した
場合にも同様な問題が生じる。

【００１４】すなわち、Ｏ₂センサが劣化すると、劣化
の態様によっては図１７(D) 、(E)に示したようにセン
サ出力があまり変化しないにもかかわらず出力軌跡と基
準値とで囲まれる面積は増大または減少してしまう場合
が生じる。このため、Ｏ₂センサ出力軌跡と基準値とで
囲まれる面積を用いて補正した軌跡長比を用いて触媒劣
化判定を行っていると、Ｏ₂センサの劣化の態様によっ
ては逆に誤判定を生じる原因となる場合がある。

【００１５】また、触媒が劣化していない場合であって
も、空燃比の変動中心が理論空燃比からリッチ側または
リーン側に偏ったような場合には同様にＯ₂センサ出力
の面積は変化してしまう。図１８(A) 、(B) は空燃比の
変動中心のずれによるＯ₂センサ出力面積の変化を説明
する図である。例えば排気空燃比が理論空燃比を中心に
変動しているときのＯ₂センサ出力が図１８(A) に示す
波形であったとする。この場合、センサ出力軌跡と基準
値とで囲まれる面積は図１８(A) に示すようになる。と
ころが、排気空燃比の変動中心が理論空燃比から外れて
（例えばリッチ側に）偏った状態になったような場合に
は、センサが劣化しておらずセンサ出力の振幅が全く同
一であったとしても、Ｏ₂センサ出力は図１８(B) のよ
うになる。従って、この場合もＯ₂センサ出力の軌跡長
は全く変化しないにもかかわらず、センサ出力軌跡と基
準値とで囲まれる面積は図１８(B) の方が大幅に大きく
なってしまう。

【００１６】すなわち、Ｏ₂センサの劣化や空燃比の変
動中心のずれ等が生じると、Ｏ₂センサ出力の軌跡長は
同一でもセンサ出力と基準値とで囲まれる面積は大きく
変化してしまい、Ｏ₂センサ出力の軌跡長比と面積比と
を用いて触媒劣化を判定していると誤判定が生じる問題
があるのである。本発明は上記問題に鑑み、Ｏ₂センサ
の劣化や空燃比の変動中心のずれ等が生じた場合でも誤
判定を生じることなく正確に触媒の劣化の有無を判定す
ることが可能な触媒劣化検出装置を提供することを目的
としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気通路に配置された、Ｏ₂ストレージ効果を有す
る三元触媒と、前記三元触媒の上流側の排気通路に配置
され、前記三元触媒上流側の排気空燃比を検出する上流
側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の排気通路に
配置され、前記三元触媒下流側の排気空燃比を検出する
下流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサの出力
に基づいて前記機関空燃比を目標空燃比にフィードバッ
ク制御する空燃比フィードバック制御手段と、前記フィ
ードバック制御実行中の予め定めた所定期間内の前記上
流側空燃比センサと前記下流側空燃比センサの出力の軌
跡長をそれぞれ演算する軌跡長演算手段と、前記上流側
空燃比センサ出力と下流側空燃比センサ出力それぞれの
極大値と極小値とを検出し、記憶、更新する極値検出手
段と、フィードバック制御実行中の前記所定期間内の前
記上流側空燃比センサ出力と下流側空燃比センサ出力そ
れぞれの極大値と極小値との差の時間積分値を演算する
積分値演算手段と、前記下流側空燃比センサ出力の軌跡
長と前記上流側空燃比センサ出力の軌跡長との比を演算
する軌跡長比演算手段と、前記下流側空燃比センサ出力
の前記の時間積分値と前記上流側空燃比センサ出力の前
記時間積分値との比を演算する積分値比演算手段と、前
記軌跡長比と前記積分値比とに基づいて前記三元触媒の
劣化を検出する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触
媒劣化検出装置が提供される。

【００１８】

【作用】本発明の触媒劣化検出装置では、極値検出手段
は空燃比フィードバック制御中の上流側と下流側の空燃
比センサの出力の極大値と極小値とを記憶、更新し、積
分値演算手段はそれぞれの空燃比センサ出力の極大値と
極小値との差の時間積分値を演算する。

【００１９】図１は、図１７(B) 〜(E) 及び図１８(A)
、(B) の場合について上記積分値演算手段により算出
される極大値と極小値との差の時間積分値を説明する図
であり、図１ (1)〜 (4)はそれぞれ図１７(B) 〜(E) 、
図１ (5)〜 (6)はそれぞれ図１８(A) 、(B) のセンサ出
力の場合について示している。前述のように、図１７
(C) の場合には、Ｏ₂センサの劣化による特性変化のた
めに、出力軌跡長と面積との両方が減少していたが、図
１７(D) では出力軌跡長は殆ど変化していないにもかか
わらず面積が減少している。また、図１７(E) の場合に
は出力軌跡長はほとんど同じであるにもかかわらず面積
は増大している。さらに、図１８(A) と(B) とでは出力
軌跡長は全く同じであるのに面積が大幅に相違してい
る。

【００２０】図１、 (1)から (6)は上記の場合それぞれ
についてＯ₂センサ出力の極大値と極小値との差の時間
積分値を斜線で示している。図１から判るように、図
１、 (2)（図１７(C) ）と (4)（図１７(E) ）の場合に
はそれぞれ出力軌跡長が減少すると、それに応じて積分
値も減少している。また、図１、 (3)、 (5)、 (6)の場
合には出力軌跡長はほとんど変化していないが、この場
合には面積（図１７、図１８）の場合とは異なり、積分
値も図１、 (1)の場合と同じに維持されている。すなわ
ち、Ｏ₂センサ出力の面積を用いた場合には図１、
(3)、 (5)、 (6)の場合には実際にはセンサの劣化や空
燃比制御中心のずれによっては出力軌跡長が変化してい
ないにもかかわらず面積が変化したために出力軌跡長が
補正されてしまい劣化判定が不正確になるのに対して、
面積の代わりにＯ₂センサ出力の極大値と極小値との差
の時間積分値を用いてセンサ出力の軌跡長を補正すれ
ば、常に正確な補正結果が得られる。

【００２１】本発明の触媒劣化検出装置では、積分値演
算手段により算出された、上流側と下流側それぞれのセ
ンサ出力の極大値と極小値との差の時間積分値を用い
て、センサ出力軌跡長を補正する。これにより、センサ
の劣化の態様や空燃比制御中心のずれにかかわらず正確
な触媒劣化判断か行われる。

【００２２】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。図２は、本発明を自動車用内燃機関に適用
した場合の実施例の全体概略構成を示す図である。図２
において、１は内燃機関本体、２ａは機関１の各気筒の
吸気ポートに接続された吸気マニホルド、１１は各気筒
の排気ポートに接続された排気マニホルドをそれぞれ示
している。

【００２３】吸気マニホルド２ａは共通のサージタンク
２ｂを介して吸気通路２に接続されている。図２に３で
示したのは機関１の吸入空気量を検出するエアフローメ
ータである。エアフローメータ３は、例えばポテンショ
メータを内蔵した可動ベーン式のものが使用され、吸入
空気量に比例した電圧信号を発生する。また、吸気通路
２には運転者のアクセルペダルの操作量に応じた開度を
とるスロットル弁１６が設けられ、更にスロットル弁１
６近傍には、スロットル弁１６が全閉時にアイドル状態
信号（ＬＬ信号）を発生するアイドルスイッチ１７が設
けられている。

【００２４】図２に７で示すのは、吸気マニホルド２ａ
の各気筒の吸気ポート近傍に配置された燃料噴射弁であ
る。燃料噴射弁７は、制御回路１０からの信号に応じて
開弁し、加圧燃料を各気筒の吸気ポート毎に噴射する。
燃料噴射弁７からの燃料噴射制御については後述する。
排気マニホルド１１は共通の排気管を介して触媒コンバ
ータ１２に接続されている。触媒コンバータ１２は、三
元触媒を内蔵し排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの３成分を
同時に浄化することができる。また、触媒コンバータ１
２の上流側、すなわち排気マニホルド１１の排気集合部
には上流側空燃比センサ１３が、触媒コンバータ１２の
下流側排気管１４には下流側空燃比センサ１５がそれぞ
れ設けられている。本実施例では空燃比センサ１３、１
５として排気中の酸素成分濃度に応じた電圧信号を発生
するＯ₂センサが用いられている。すなわち、Ｏ₂セン
サ１３、１５はそれぞれ排気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発生
する。

【００２５】図２に１８で示すのは、排気系に２次空気
を導入するための２次空気導入弁である。２次空気導入
弁１８は機関減速時、アイドル運転時等に開弁して排気
マニホルド１１に２次空気を導入してＨＣ、ＣＯエミッ
ションを低減する操作を行う。更に、機関１の点火ディ
ストリビュータ４には、それぞれ機関クランク軸の一定
回転毎にパルス信号を発生する２つのクランク角センサ
５、６が設けられている。本実施例では、クランク角セ
ンサ５は例えば特定気筒が圧縮上死点に到達する毎に
（すなわちクランク回転角７２０°毎に）基準位置検出
用パルス信号を出力し、クランク角センサ６は例えばク
ランク回転角３０°毎にクランク回転角検出用のパルス
信号を出力する。

【００２６】また、機関１のシリンダブロックのウォー
タジャケット８には機関冷却水温度に応じたアナログ電
圧を出力する冷却水温度センサ９が設けられている。制
御回路１０は、例えば入出力インターフェイス１０２、
ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、を相互に
双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュ
ータとされ、更にマルチプレクサ内蔵型ＡＤ変換器１０
１、電源に直接接続され機関イグニッションスイッチが
オフの状態でも記憶内容を保持可能なバックアップＲＡ
Ｍ１０６、クロック発生回路１０７等を備えている。

【００２７】制御回路１０は、機関の燃料噴射制御、点
火時期制御等の基本制御を行う他、本実施例では、後述
するように上流側Ｏ₂センサ１３と下流側Ｏ₂センサ１
５の出力に基づく空燃比フィードバック制御と触媒１２
の劣化判定を行っている。これらの制御を実行するた
め、制御回路１０にはＡＤ変換器１０１を介してエアフ
ローメータ３からの機関吸入空気量信号、冷却水温度セ
ンサ９からの冷却水温度信号、Ｏ₂センサ１３、１５か
らの空燃比信号がそれぞれ入力されている他、入出力イ
ンターフェイス１０２を介してクランク回転角センサ
５、６からのパルス信号、アイドルスイッチ１７からの
アイドル信号等が入力されている。

【００２８】なお、機関吸入空気量信号、冷却水温度信
号は、一定クランク回転角毎に実行されるＡＤ変換ルー
チンによって取り込まれ、ＲＡＭ１０５の所定領域にそ
れぞれ機関吸入空気量データＱ、冷却水温度データＴＨ
Ｗとして格納される。また、クランク回転角センサ６の
パルス信号が入力する毎に、そのパルス間隔から図示し
ないルーチンにより機関回転速度が算出され、ＲＡＭ１
０５の所定領域に機関回転数データＮｅとして格納され
る。

【００２９】一方、制御回路１０は入出力インターフェ
イス１０２を介して燃料噴射弁７に接続され、燃料噴射
弁７からの燃料噴射を制御している。図２に１０８、１
０９、１１０で示したのは、それぞれ燃料噴射弁７から
の燃料噴射量を制御するための、ダウンカウンタ、フリ
ップフロップ、駆動回路である。すなわち、後述するル
ーチンにおいて燃料噴射量（時間）ＴＡＵが算出される
と燃料噴射時間ＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリセ
ットされるとともに、フリップフロップ１０９がセット
され、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の駆動信号を出力
する。これにより燃料噴射弁７は開弁し燃料噴射が開始
される。ダウンカウンタ１０８はクロック１０７のクロ
ック信号を計数してプリセットされた時間ＴＡＵが経過
するとフリップフロップ１０９にセット信号を出力す
る。これにより、フリップフロップ１０９がセットされ
るため、駆動回路１１０は燃料噴射弁７の駆動信号を停
止し、燃料噴射弁７は閉弁する。従って演算された燃料
噴射時間ＴＡＵに相当する時間だけ燃料噴射弁７が開弁
し、ＴＡＵに相当する量の燃料が燃料噴射弁７から機関
１に噴射されることになる。

【００３０】また、制御回路１０は入出力インターフェ
イス１０２を介して前述の２次空気導入弁１８、及び触
媒劣化時に付勢されるアラーム１９に接続されている。
本実施例では、後述するように空燃比フィードバック制
御中の上流側Ｏ₂センサ１３と下流側Ｏ₂センサ１５と
の出力の軌跡長と積分値とに基づいて触媒１２の劣化有
無判定を行う。そこで、劣化検出について説明する前
に、その前提となる空燃比フィードバック制御について
まず簡単に説明する。

【００３１】図３は本実施例の燃料噴射量演算ルーチン
を示すフローチャートである。本ルーチンは、制御回路
１０により一定クランク回転角毎（例えば３６０°毎）
に実行される。図３のルーチンでは、燃料噴射量、すな
わち燃料噴射弁７の燃料噴射時間ＴＡＵが、機関１回転
当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎｅと、後述する空燃比補正係
数ＦＡＦとに基づいて算出される。

【００３２】すなわち、図３のルーチンでは、吸入空気
量データＱ、回転数データＮｅをＲＡＭ１０５の所定領
域から読み込み、機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ
ｅを算出する（ステップ３０１）とともに、基本燃料噴
射時間ＴＡＵＰを、ＴＡＵＰ＝α×Ｑ／Ｎｅとして算出する（ステップ３０２）。ここで、基本燃料
噴射時間ＴＡＵＰは燃焼室に供給される混合気を理論空
燃比とするために必要とされる燃料噴射時間であり、α
は定数である。

【００３３】また、実際の燃料噴射時間ＴＡＵは、上記
ＴＡＵＰを空燃比補正係数ＦＡＦで補正した値、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×ＦＡＦ×β＋γ として算出される（ステップ３０３）。ここで、β、γ
はそれぞれ機関運転状態に応じて決定される定数であ
る。また、上記により燃料噴射時間ＴＡＵが算出される
とステップ３０４では時間ＴＡＵがダウンカウンタ１０
８にセットされ、時間ＴＡＵに応じた量の燃料が燃料噴
射弁７から噴射される。

【００３４】次に、ステップ３０３の空燃比補正係数Ｆ
ＡＦの算出について説明する。空燃比補正係数ＦＡＦは
上流側Ｏ₂センサ１３出力に基づく第１の空燃比フィー
ドバック制御と下流側Ｏ₂センサ１５出力に基づく第２
の空燃比フィードバック制御とにより算出される。図
４、図５は上流側Ｏ₂センサ１３出力に基づく第１の空
燃比フィードバック制御を示すフローチャートである。
本ルーチンは制御回路１０により一定時間間隔（例えば
４ｍｓ毎）に実行される。

【００３５】本ルーチンでは、上流側Ｏ₂センサ１３の
出力ＶＯＭを比較電圧Ｖ_R1（理論空燃比相当電圧）と比
較し、触媒コンバータ下流側での排気空燃比が理論空燃
比よりリッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）のときには空燃比補正量
ＦＡＦを減少させ、リーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）のときには
ＦＡＦを増大させる制御を行う。Ｏ₂センサは排気空燃
比が理論空燃比よりリッチ側のときに、例えば０．９ボ
ルトの電圧信号を出力し、排気空燃比が理論空燃比より
リーン側のときに例えば０．１ボルト程度の電圧信号を
出力する。本実施例では、上記比較電圧Ｖ_R1は０．４５
ボルト程度に設定される。上記のように空燃比補正量Ｆ
ＡＦを排気空燃比に応じて増減することにより、エアフ
ローメータ３、や燃料噴射弁７等の燃料供給系の機器に
多少の誤差が生じている場合でも機関空燃比は正確に理
論空燃比近傍に修正される。

【００３６】以下、図４、図５のフローチャートを簡単
に説明すると、ステップ４０１はフィードバック制御実
行条件が成立しているか否かの判定を示す。フィードバ
ック制御実行条件は、例えば、Ｏ₂センサが活性化して
いること、機関暖機が完了していること、フュエルカッ
トから復帰後所定時間が経過していること、二次空気導
入弁１８から二次空気が導入されていないこと等であ
り、実行条件が成立している時にのみステップ４０２以
下のＦＡＦ算出が行われる。フィードバック制御実行条
件が成立していない場合には、ルーチンは図５、ステッ
プ４２５に進み、フラグＸＭＦＢの値を０にセットして
ルーチンを終了する。フラグＸＭＦＢは第１の空燃比フ
ィードバック制御を実行中か否かを示すフラグであり、
ＸＭＦＢ＝０は第１の空燃比フィードバック制御が停止
されていることを意味する。

【００３７】ステップ４０２から４１５は空燃比の判定
を示す。ステップ４０９と４１５とに示すフラグＦ１
は、機関空燃比がリッチ（Ｆ１＝１）かリーン（Ｆ１＝
０）かを表す空燃比フラグであり、Ｆ１＝０からＦ１＝
１（リーンからリッチ）への切換えは上流側Ｏ₂センサ
１３が所定時間（ＴＤＲ）以上継続してリッチ信号（Ｖ
ＯＭ＞Ｖ_R1）を出力したときに（ステップ４０３、４
１０から４１５）、またＦ１＝１からＦ１＝０（リッチ
からリーン）への切換えは上流側Ｏ₂センサ１３が所定
時間（−ＴＤＬ）以上継続してリーン信号（ＶＯＭ≦
Ｖ_R1）を出力したときに行われる（ステップ４０３から
４０９）。ＣＤＬＹは空燃比フラグ切換えタイミングを
判定するためのカウンタである。

【００３８】図５ステップ４１６から４２３では、上記
により設定されたフラグＦ１の値に応じてＦＡＦの増減
を行う。すなわち、今回ルーチン実行時のＦ１の値と前
回ルーチン実行時のＦ１の値を比較して、Ｆ１の値が変
化したか、すなわち空燃比がリッチからリーン、または
リーンからリッチに反転したかを判断する（ステップ４
１６）。そして、現在のＦ１の値がＦ１＝０（リーン）
の場合には、先ずＦ１＝１からＦ１＝０（リッチからリ
ーン）に変化（反転）した直後に比較的大きな値ＲＳＲ
だけＦＡＦをスキップ的に増大させ（ステップ４１７、
４１８）、その後はＦ１＝０である間はルーチン実行毎
に比較的小さな値ＫＩＲずつ徐々にＦＡＦを増大させる
（ステップ４２０、４２１）。同様に、現在のＦ１の値
がＦ１＝１（リッチ）の場合には、先ずＦ１＝０からＦ
１＝１（リーンからリッチ）に反転した直後にＲＳＬだ
けＦＡＦを減少させ（ステップ４１７、４１９）、その
後はＦ１＝１である間はルーチン実行毎にＫＩＬずつ徐
々にＦＡＦを減少させる（ステップ４２０、４２２）。
また、上記により算出したＦＡＦの値を最大値（本実施
例ではＦＡＦ＝１．２）と最小値（本実施例ではＦＡＦ
＝０．８）で定まる範囲を越えないようにガードした後
（ステップ４２３）、フラグＸＭＦＢの値を１にセット
して（ステップ４２４）本ルーチンは終了する。

【００３９】次に、下流側Ｏ₂センサ１５出力に基づく
第２の空燃比フィードバック制御について説明する。図
６、図７は第２の空燃比フィードバック制御ルーチンを
示している。本ルーチンは制御回路１０により、第１の
空燃比フィードバック制御より長い所定間隔（例えば５
００ｍｓ毎）で実行される。本ルーチンでは、下流側Ｏ
₂センサ１５の出力ＶＯＳを比較電圧Ｖ_R2（理論空燃比
相当電圧、例えば０．４５ボルト）と比較し、触媒コン
バータ下流側での排気空燃比が理論空燃比よりリッチ
（ＶＯＳ＞Ｖ_R2）のときには第１の空燃比フィードバ
ック制御で用いる補正量ＲＳＲ（図５ステップ４１８）
を減少させるとともにＲＳＬ（図５ステップ４１９）を
増大させる。また、触媒コンバータ下流側での排気空燃
比が理論空燃比よりリーン（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）の時には補
正量ＲＳＲを増大させるとともにＲＳＬを減少させる操
作を行う。これにより、触媒コンバータ下流側で排気空
燃比がリッチの場合には第１の空燃比フィードバック制
御ではＦＡＦの値は全般的に小さく設定されるようにな
り、逆に下流側での排気空燃比がリッチの場合にはＦＡ
Ｆの値は全般的に大きく設定されるようになる。このた
め、上流側Ｏ₂センサ１３が劣化したり特定の気筒の排
気の影響を強く受けたために上流側Ｏ₂センサ１３出力
が実際の排気空燃比からずれたような場合でもＦＡＦの
値は下流側Ｏ₂センサ１５出力に基づいて補正されるの
で、機関空燃比は正確に理論空燃比に維持される。

【００４０】以下、図６、図７のフローチャートを簡単
に説明すると、図６ステップ６０１、６０２はフィード
バック制御実行条件が成立しているか否かの判定を示
す。ステップ６０１の判定条件は、図４ステップ４０１
のものと同様である。また、ステップ６０２では第１の
空燃比フィードバック制御が実施されているか否かが判
定され、制御実施中（フラグＸＭＦＢ＝１）の場合にの
みステップ６０４以下の制御が実行される。制御が実施
されていない場合には（ＸＭＦＢ≠１）、ステップ６０
３でフラグＸＳＦＢの値を０にセットしてルーチンを終
了する。フラグＸＳＦＢは第２の空燃比フィードバック
制御を実行中か否かを示すフラグであり、ＸＳＦＢ＝０
は第２の空燃比フィードバック制御が停止されているこ
とを意味する。

【００４１】ステップ６０２で第１の空燃比フィードバ
ック制御を実行中であった場合には、ステップ６０４で
フラグＸＳＦＢの値を１にセットした後、下流側Ｏ₂セ
ンサ１５で検出した排気空燃比がリッチか否かにより補
正量ＲＳＲ、ＲＳＬの値を増減する操作を行う。すなわ
ち、図７ステップ６０５では下流側Ｏ₂センサ１５の出
力ＶＯＳをＡＤ変換して読み込み、ステップ６０６では
ＶＯＳがリーン空燃比相当値（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）か否かを
判定し、ＶＯＳの値がリーン空燃比相当値であった場合
には、ステップ６０７でＲＳＲの値を一定量ΔＲＳだけ
増大し、増大後のＲＳＲが所定の最大値ＭＡＸ（本実施
例ではＭＡＸ＝０．０９）を越えないようにガードする
（ステップ６０８、６０９）。また、ステップ６０６で
ＶＯＳの値がリッチ空燃比相当値（ＶＯＳ＞Ｖ_R2）であ
った場合には、ステップ６１０でＲＳＲの値を一定量Δ
ＲＳだけ減少させ、減少後のＲＳＲが所定の最小値ＭＩ
Ｎ（本実施例ではＭＩＮ＝０．０１）より小さくならな
いようにガードする（ステップ６１１、６１２）。

【００４２】また、上記により算出されたＲＳＲの値を
用いてステップ６１３では第１の空燃比フィードバック
制御ルーチンで用いるＲＳＬ（図５ステップ４１９）の
値を、ＲＳＬ＝０．１−ＲＳＲとして算出する。すなわ
ち、ＲＳＲとＲＳＬとの和は本実施例では常に一定値
（０．１）に保持されており、ＲＳＲが増大するとＲＳ
Ｌが減少しＲＳＲが減少するとＲＳＬは増大するように
なっている。

【００４３】上記第２の空燃比フィードバック制御ルー
チン実行により、下流側Ｏ₂センサ１５で検出した排気
空燃比がリッチの場合にはＲＳＲの減少とＲＳＬの増大
が、また、排気空燃比がリーンの場合にはＲＳＲの増大
とＲＳＬの減少とが同時に行われる。図８は、図４、図
５の第１の空燃比フィードバック制御を行った場合の、
上流側Ｏ₂センサ１３で検出した空燃比（Ａ／Ｆ）変化
（図８(A) ）に対するカウンタＣＤＬＹ（同(B) ）、フ
ラグＦ１（同(C) ）、空燃比補正係数ＦＡＦ（同(D)）
の変化を示している。図８(A) に示すように、Ａ／Ｆが
リーンからリッチに変化した場合でも空燃比フラグＦ１
（図８(C) ）の値は直ちに０から１には変化せず、カウ
ンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＲに増大するまでの時間
（図８(C) Ｔ₁）の間は０のまま保持され、Ｔ₁経過後
に０から１に変化する。また、Ａ／Ｆがリッチからリー
ンに変化した場合もＦ１の値はカウンタＣＤＬＹの値が
０からＴＤＬ（ＴＤＬは負の値）に減少するまでの時間
（図８(C) Ｔ₂）の間は１のまま保持され、Ｔ₂経過後
に１から０に変化する。このため、図８(A) にＮで示し
たように外乱等により上流側Ｏ₂センサ１３の出力が短
い周期で変化したような場合でもフラグＦ１の値は追従
して変化しないため、空燃比制御が安定する。

【００４４】第１の空燃比フィードバック制御の結果、
空燃比補正係数ＦＡＦの値は図８(D) に示すように周期
的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃比とリー
ン空燃比とに交互に変動する。また、図３で説明したよ
うに、ＦＡＦの値が増大すると燃料噴射時間ＴＡＵは増
大し、ＦＡＦの値が減少すると燃料噴射時間ＴＡＵも減
少する。

【００４５】また、図８(D) から判るように、第２の空
燃比フィードバック制御（図６、図７）によりＲＳＲが
増大しＲＳＬが減少すると、リッチ空燃比側への振れ幅
が大きくなり空燃比が全体的にリッチ空燃比側に移行す
る）。また、逆にＲＳＲが減少しＲＳＬが増大すると、
機関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大きくなり空
燃比が全体的にリーン空燃比側に移行する。

【００４６】従って、第２の空燃比フィードバック制御
によりＲＳＲ、ＲＳＬの値が増減されると、機関空燃比
はリッチ側またはリーン側に変化する。なお、本実施例
では第２の空燃比フィードバック制御でＲＳＲ、ＲＳＬ
を設定する場合について説明したが、第１の空燃比制御
における他の補正量を第２の空燃比フィードバック制御
で設定することによっても機関空燃比を変化させること
ができる。

【００４７】例えば、ＫＩＲ、ＫＩＬ（図５ステップ４
２１、４２２）の値、またはＴＤＲ、ＴＤＬ（図４ステ
ップ４０７、４１３）の値を第２の空燃比フィードバッ
ク制御に基づいて設定することによっても同様に機関空
燃比を変化させることが可能であるし、或いは上流側Ｏ
₂センサ１３の比較電圧Ｖ_R1（図４ステップ４０３）の
値を第２の空燃比フィードバック制御に基づいて設定す
ることによっても同様に機関空燃比を変化させることが
可能である。

【００４８】次に、本実施例の触媒劣化判別について説
明する。本実施例では、上流側Ｏ₂センサと下流側Ｏ₂
センサとの現在の出力から、触媒が大幅に劣化した状態
での下流側Ｏ₂センサ出力の軌跡長を推定し、この触媒
劣化時の下流側Ｏ₂センサ出力の軌跡長を基準として、
現在の下流側Ｏ₂センサ出力の軌跡長から触媒の劣化の
有無を判定する。以下、図９、図１０を用いて、本実施
例の触媒劣化判別原理を説明する。

【００４９】図９は触媒劣化の程度による下流側Ｏ₂セ
ンサ１５出力波形の変化を示す。図９は下流側Ｏ₂セン
サ１５が劣化していない状態の出力変化である。図９に
おいて、(A) は触媒に流入する排気の空燃比の変化を、
(B) 〜(D) はこの場合の触媒の劣化による下流側Ｏ₂セ
ンサ１５出力の変化を示す。図９(B) は触媒が正常な状
態の下流側Ｏ₂センサ１５出力、図９(C) は触媒が多少
劣化した時（中程度の劣化状態）の下流側Ｏ₂センサ１
５出力を示す。図９(B) に示すように触媒が正常な状態
ではＯ₂ストレージ作用により下流側Ｏ₂センサ１５出
力は長い周期でリッチ側とリーン側出力に切り替わり、
センサ出力の軌跡長は短くなる。また、図９(C) の触媒
のように中程度の劣化状態では触媒のＯ₂ストレージ作
用が低下するためセンサ出力は図９(B) の触媒が正常な
状態の出力に、排気空燃比の変動に応じた小さな出力変
動が加わった出力になる。このため、センサ出力の軌跡
長は触媒が正常な場合に較べて少し大きくなる。更に、
この状態から触媒が劣化しＯ₂ストレージ作用がほとん
ど無くなると、下流側Ｏ ₂センサ１５出力は図９(D) に
示すように上流側空燃比の変動に応じて変動するように
なる。すなわち、触媒が大幅に劣化した状態では、下流
側Ｏ₂センサ１５出力は排気通路から触媒コンバータ１
２を取り除いた場合の下流側Ｏ₂センサ１５出力と同じ
出力になり、センサ出力の軌跡長は大幅に大きくなる。

【００５０】上記から判るように、下流側Ｏ₂センサ１
５の劣化状態が同一であれば、センサ出力の軌跡長は触
媒の劣化が少ないほど小さくなる。このため、例えば下
流側Ｏ₂センサ１５の劣化状態が同一のままで触媒が大
幅に劣化した場合の下流側Ｏ ₂センサ１５出力の軌跡長
（ＬＶＯＳ₀）が推定できれば、この軌跡長（ＬＶＯＳ
₀）に対して、現在の下流側Ｏ₂センサ１５出力軌跡長
（ＬＶＯＳ）がどの程度大きくなっているかを判断する
ことにより、触媒の劣化の程度を判定することができ
る。本実施例では、現在のセンサ出力軌跡長と触媒が大
幅に劣化した状態のセンサ出力軌跡長（ＬＶＯＳ₀）と
の比（ＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀）が一定の値を越えた場合
に触媒が劣化したと判断するようにしている。

【００５１】次に、現在の下流側Ｏ₂センサ１５の劣化
状態が同一のままで触媒が大幅に劣化した場合の下流側
Ｏ₂センサ１５出力軌跡長（ＬＶＯＳ₀）の推定方法に
ついて説明する。図１０は下流側Ｏ₂センサ１５の劣化
によるセンサ出力の変化を示す図である。図１０はセン
サ劣化により出力振幅が小さくなる場合を示しており、
図１０(A) から(C) は触媒が正常な場合、図１０(D) か
ら(F) は触媒が大幅に劣化した場合をしめしている。ま
た、図１０(A) 、(D) は下流側Ｏ₂センサ１５が正常な
場合、(B) 、(E) はセンサの劣化が中程度の場合、(C)
、(F) はセンサが大幅に劣化した場合をそれぞれ示し
ている。

【００５２】図１０から判るように、触媒の劣化の有無
にかかわらず、センサが劣化してセンサ出力の振幅が小
さくなると、それに応じて出力軌跡長は短くなり、セン
サ出力の極大値と極小値との差の積分値（図１０各図で
斜線で囲んだ部分の面積）も小さくなる。すなわち、セ
ンサの劣化による出力軌跡長の減少と積分値の減少との
間には相関がある。また、図１０(A) と(D) 、(B) と
(E) 、(C) と(F) をそれぞれ比較すると、センサ出力の
積分値はセンサの劣化状態のみに依存し、センサの劣化
状態が同じであれば触媒の劣化の程度が変化してもほぼ
同一に維持されることが判る。

【００５３】本実施例では近似的に、センサの劣化状態
の変化による軌跡長の変化と積分値の変化とが比例関係
にあると仮定する。すなわち、センサ劣化状態変化前出力軌跡長×（センサ劣化状態変化前出力積分値／センサ劣化状態変化後出力積分値）＝センサ劣化状態変化後出力軌跡長…… (1) の関係が近似的に成立するとして、触媒が大幅に劣化し
た場合の下流側Ｏ₂センサ１５出力の軌跡長（ＬＶＯＳ
₀）を上流側Ｏ₂センサ１３出力の軌跡長、積分値及び
下流側Ｏ₂センサ１５出力の軌跡長、積分値に基づいて
以下の方法で推定する。

【００５４】すなわち、上流側と下流側のＯ₂センサの
劣化状態が全く同一であった場合には、センサが大幅に
劣化した状態では下流側Ｏ₂センサ１５出力の軌跡長と
積分値とは、それぞれ現在の上流側Ｏ₂センサ１３出力
軌跡長と積分値とに等しくなるはずである。また、この
状態からセンサの劣化状態が変化して現在の下流側Ｏ ₂
センサ１５の状態になったと考える。更に、前述のよう
にセンサ出力の積分値は触媒の劣化の程度によっては影
響を受けないため、現在の下流側Ｏ₂センサ１５出力の
積分値は触媒が大幅に劣化した場合と同一に維持されて
いる。

【００５５】このため、上記 (1)式において、センサ劣化状態変化前出力軌跡長＝現在の上流側Ｏ₂セ
ンサ出力軌跡長（＝触媒大幅劣化時の下流側Ｏ₂センサ
出力積分値）＝ＬＶＯＭセンサ劣化状態変化前出力積分値＝現在の上流側Ｏ₂セ
ンサ出力積分値（＝触媒大幅劣化時の下流側Ｏ₂センサ
出力積分値）＝ＩＶＯＭセンサ劣化状態変化後出力積分値＝現在の下流側Ｏ₂セ
ンサ出力積分値（＝触媒大幅劣化時の下流側Ｏ₂センサ
出力積分値）＝ＩＶＯＳセンサ劣化状態変化後出力軌跡長＝触媒大幅劣化時の下
流側Ｏ₂センサ出力積分値）＝ＬＶＯＳ₀ と考えることができ、現在のセンサ劣化状態で触媒が大
幅に劣化した場合の下流側Ｏ₂センサ１５出力軌跡長Ｌ
ＶＯＳ₀は (1)式より、ＬＶＯＳ₀＝ＬＶＯＭ×（ＩＶＯＭ／ＩＶＯＳ）…… (2) として求められる。

【００５６】また、触媒劣化時の下流側Ｏ₂センサ１５
出力軌跡長ＬＶＯＳ₀と現在の下流側Ｏ₂センサ１５出
力軌跡長ＬＶＯＳとの比、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀は、
(2)式を用いて、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀＝ＬＶＯＳ／（ＬＶＯＭ×（ＩＶＯＭ／ＩＶＯＳ））＝（ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭ）／（ＩＶＯＳ／ＩＶＯＭ）すなわち、現在の下流側Ｏ₂センサ出力１５と上流側Ｏ
₂センサ１３出力との軌跡長の比（ＬＶＯＳ／ＬＶＯ
Ｍ）と、現在の下流側Ｏ₂センサ出力１５と上流側Ｏ₂
センサ１３出力との積分値の比（ＩＶＯＳ／ＩＶＯＭ）
とにより求められる。

【００５７】前述のように、現在の触媒の劣化状態はＬ
ＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀の値により判定できるため、結局触
媒の現在の劣化状態は、軌跡長比（ＬＶＯＳ／ＬＶＯ
Ｍ）と積分値比（ＩＶＯＳ／ＩＶＯＭ）とを用いて判定
することができる。本実施例では、上述のようにＯ₂セ
ンサの劣化によるセンサ出力の振幅の減少のために、セ
ンサ出力の軌跡長の減少が生じると、センサ出力の極大
値と極小値との差の積分値も軌跡長の減少に対応して小
さくなることに着目して、Ｏ₂センサの劣化にかかわら
ず正確に触媒の劣化程度を判定している。また、Ｏ₂セ
ンサの劣化によりセンサ出力振幅が小さくなる場合のみ
について言えば、センサ出力軌跡と出力基準値とで囲ま
れる面積も軌跡長の減少に対応して減少するため（図１
７(B) 、(C) 参照）、積分値の代わりに上記面積を用い
た場合にも同様な判定が可能である。しかし、Ｏ₂セン
サの劣化によりセンサの応答性が低下した場合（図１７
(D) ）や検出感度が変化した場合（図１７(E) ）、およ
び空燃比制御中心がずれた場合（図１８(A) 、(B) ）に
は軌跡長の変化と面積の変化とは全く対応しなくなるた
め、出力の軌跡長と面積とを用いて上記の方法で触媒劣
化を判定すると正確な判定ができない。しかし、センサ
出力の極大値と極小値との差の積分値は図１７、図１８
に示したような場合でも正確に出力軌跡長の変化に対応
して変化する（図１参照）。このため、本実施例のよう
に出力の軌跡長と積分値とを用いて触媒劣化の判定を行
うことにより、従来正確な触媒劣化判定ができなかった
ような場合でも正確な判定を行うことが可能となる。

【００５８】次に図１１から図１６を用いて本実施例の
触媒劣化判定について具体的に説明する。まず、図１１
(A) 、(B) を用いて、以下の触媒劣化判定動作に用いる
センサ出力の軌跡長と積分値とについて説明する。図１
１(A) は、上流側Ｏ₂センサ１３の出力ＶＯＭの軌跡長
ＬＶＯＭの算出方法を説明する図である。図１１(A) に
示すように、本実施例では一定期間毎にサンプリングし
た上流側Ｏ₂センサ出力の差の絶対値、｜ＶＯＭ_i−Ｖ
ＯＭ_i-1｜の積算値を近似的に上流側Ｏ₂センサ出力の
軌跡長ＬＶＯＭとして使用する。また、下流側Ｏ₂セン
サ１５の出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳも同じ方法で算出
される。

【００５９】図１１(B) は上流側Ｏ₂センサ１３の出力
ＶＯＭの積分値ＩＶＯＭの算出方法を説明する図であ
る。図１１(B) に示すように、本実施例では上流側Ｏ₂
センサ出力ＶＯＭを図１１(A) と同じ時期にサンプリン
グし、ＶＯＭが極大値、極小値に到達する毎に極大値Ｖ
ＯＭＲと極小値ＶＯＭＬの値を更新する。また、サンプ
リング時期毎に極大値ＶＯＭＲとＶＯＭＬとの差を求
め、この差を積算して積分値ＩＶＯＭを算出する。この
結果、算出されるＩＶＯＭの値は図１１(B) に斜線で示
した領域の面積に等しくなる。また、下流側Ｏ₂センサ
１５の出力ＶＯＳの積分値ＩＶＯＳも図１１(B) と全く
同様に同様に、出力ＶＯＳの極大値ＶＯＳＲと極小値Ｖ
ＯＳＬの差の積算値として算出される。

【００６０】図１２は上流側Ｏ₂センサの出力ＶＯＭの
上記極大値ＶＯＭＲと極小値ＶＯＭＬの更新ルーチンを
示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路１０
により一定時間毎に実行される。図１２においてルーチ
ンがスタートすると、ステップ１２０１では上流側Ｏ₂
センサ出力ＶＯＭがＡＤ変換され読み込まれる。つい
で、ステップ１２０３では、前回ルーチン実行時のＶＯ
Ｍの値ＶＯＭ_i-1と前々回ルーチン実行時のＶＯＭの値
ＶＯＭ_i-2と今回ルーチン実行時のセンサ出力ＶＯＭと
から、前回ルーチン実行時と今回ルーチン実行時とでセ
ンサ出力軌跡の傾きが反転しているか否かに基づいて、
前回ルーチン実行時にセンサ出力が極大値または極小値
に到達していたか否かを判定する。

【００６１】（ＶＯＭ_i-2−ＶＯＭ_i-1）×（ＶＯＭ
_i-1−ＶＯＭ）＜０の場合には、前回ルーチン実行時に
センサ出力が極大値、または極小値に到達していたと判
定し、ステップ１２０５以下のＶＯＭＲ、ＶＯＭＬの更
新操作を行う。また、（ＶＯＭ_i-2−ＶＯＭ_i-1）×
（ＶＯＭ_i-1−ＶＯＭ）≧０の場合には前回センサ出力
は上昇または下降の途中であったためＶＯＭＲ、ＶＯＭ
Ｌの更新は行わずステップ１２１９に進み、次回のルー
チン実行に備えてＶＯＭ_i-2とＶＯＭ_i-1の値を更新し
てルーチンを終了する。

【００６２】ステップ１２０３で前回のセンサ出力ＶＯ
Ｍ_i-1が極大値または極小値であった場合には、ステッ
プ１２０５で、ＶＯＭ_i-1が極大値であったのか極小値
であったのかを（ＶＯＭ_i-1−ＶＯＭ）の値から判定す
る。すなわちＶＯＭ_i-1−ＶＯＭ＜０の場合には現在セ
ンサ出力は上昇中であるので、前回のセンサ出力ＶＯＭ
_i-1は極小値であったと判定される。この場合には、次
にステップ２０７で、ＶＯＭ_i-1と現在極小値として記
憶しているＶＯＭＬとの差（ＶＯＭ_i-1−ＶＯＭＬ）が
所定値δ以下（δは正の値）か否かを判定し、（ＶＯＭ
_i-1−ＶＯＭＬ）≦δの場合のみステップ１２０９で前
回ルーチン実行時のセンサ出力を用いて極小値ＶＯＭＬ
を更新するとともに、ステップ１２１１で更新したＶＯ
ＭＬの値を制御回路１０のＲＡＭ１０５の所定領域に格
納し、その後ステップ１２１９を実行する。

【００６３】また、ステップ１２０５でＶＯＭ_i-1が極
小値であった場合には、同様に現在極大値として記憶し
ているＶＯＭＲとＶＯＭ_i-1との差（ＶＯＭＲ−ＶＯＭ
_i-1）が上記所定値δ以下の場合のみステップ１２１５
で極大値ＶＯＭＲを更新し、更新したステップ１２１７
でＶＯＭＲの値をＲＡＭ１０５の所定領域に格納する。

【００６４】図１２は上流側Ｏ₂センサ出力の極大値と
極小値との更新操作についてのものであるが、下流側Ｏ
₂センサ出力の極大値と極小値との更新操作も図１２と
全く同一のルーチンで行われる。このルーチンのフロー
チャートについては図示していないが、図１２の各ステ
ップにおいて、ＶＯＭをＶＯＳと置き換えたものと全く
同一となる。

【００６５】上記のように、記憶している極大値、極小
値と検出したセンサ出力の極大値または極小値との差が
所定値以上の場合には記憶している極大値、極小値の更
新を行わないのは特に、下流側Ｏ₂センサの場合に触媒
の劣化程度とＯ₂センサの劣化の有無との組合せにより
積分値の算出が不正確になる可能性をなくすためであ
る。

【００６６】例えば、触媒の劣化が中程度であり下流側
Ｏ₂センサが正常な場合には、触媒にＯ₂ストレージ作
用が残存しているため下流側Ｏ₂センサ出力は図１３
(A) のように、触媒が劣化していない場合のセンサ出力
に振幅の小さい変動が加算された形になる。また、触媒
が大幅に劣化しており、かつ下流側Ｏ₂センサが劣化し
ているような場合には、下流側Ｏ₂センサ出力は図１３
(C) のように比較的大きな振幅で、変動中心が緩やかに
変動するようになる場合がある。これは、触媒が劣化す
ると触媒下流側での空燃比変動が大きくなるため、下流
側Ｏ₂センサ出力に基づく第２の空燃比フィードバック
制御でＲＳＲ、ＲＳＬが大きく変動するようになり、空
燃比の制御中心が緩やかに変動するようになるためであ
る。

【００６７】このため、下流側Ｏ₂センサ出力が極大値
または極小値に到達する毎に記憶した極大値と極小値と
を更新していると、図１３(A) のようにセンサが劣化し
ていない場合にはＩＶＯＳの値は図１３(A) の斜線領域
の面積として計算されてしまい、ＩＶＯＳの値がセンサ
劣化程度に較べて小さくなってしまうおそれがあるた
め、図１３(A) の場合に前述のＬＶＯＳ₀が正確に算出
できなくなる。

【００６８】そこで、本実施例では、現在記憶している
極大値または極小値からセンサ出力がある程度以上大き
く変動した場合には、この変化はＯ₂ストレージ作用に
よる空燃比の反転をあらわしているものと判断し、極大
値または極小値を更新しないで現在記憶している値をそ
のまま維持するようにしている。これにより、算出され
るＩＶＯＳの値は図１３(A) の場合には図１３(B) に斜
線で示すように大きくなり、一方、図１３(C) の場合に
は図１３(D) に示すように小さくなるため、常にセンサ
出力の積分値がＯ₂センサの劣化の程度に正確に対応す
るようになり、正確にＬＶＯＳ₀が算出されるようにな
る。

【００６９】図１４から図１６は上記軌跡長と積分値と
を用いた触媒の劣化判定のフローチャートを示してい
る。本ルーチンは制御回路１０により一定時間毎に実行
される。図１４においてルーチンがスタートすると、ス
テップ１４０１から１４０３では触媒劣化判定実施の前
提条件が成立しているか否かが判定される。本実施例で
は、前提条件は第１の空燃比フィードバック制御が実行
中であること（フラグＸＭＦＢの値が１にセットされて
いること）（ステップ１４０１）、及び第２の空燃比フ
ィードバック制御が実行中であること（フラグＸＳＦＢ
の値が１にセットされていること）（ステップ１４０
２）、および、第１の空燃比フィードバック制御で算出
される空燃比補正係数ＦＡＦの振幅ＷＦＡＦが所定値Ｗ
ＦＡＦ_MAXより小さいこと（ステップ１４０３）が前
提条件とされ、ステップ１４０１から１４０３のいずれ
か一つでも条件が成立しない場合には図１５、図１６の
触媒劣化判定を実施せずにそのままルーチンを終了す
る。

【００７０】ここで、ＦＡＦの振幅ＷＦＡＦが所定値よ
り大きい場合には触媒劣化判定を実施しないのは以下の
理由による。例えば、急加速等の運転状態の急変などに
よりＦＡＦが急激に増大したような場合には機関空燃比
はリッチ側に大きく偏った状態になる。この場合には触
媒の劣化の有無にかかわらず下流側Ｏ₂センサ出力はリ
ッチ空燃比相当出力に固定され、変動しなくなるため触
媒が劣化していても下流側Ｏ₂センサ出力の出力からは
触媒の劣化判定ができなくなる。一方、空燃比が理論空
燃比を中心に変動していたような場合でも上流側Ｏ₂セ
ンサ出力の応答が遅くなるとＦＡＦの振幅が大きくなる
場合がある。このような場合には空燃比の変動周期が長
くなるため、触媒に流入する排気空燃比がリッチ側とリ
ーン側とに留まる時間の両方が長くなる。この場合に
は、変動周期が触媒のＯ₂ストレージ作用の限界を越え
て長くなるために、例えば触媒に流入する排気空燃比が
リッチ側にふれた場合には触媒が吸着した酸素を全て放
出した後も流入する排気空燃比リッチ空燃比側に留まる
ため触媒下流側での排気もリッチ空燃比側に振れるよう
になる。逆に触媒に流入する排気空燃比がリーン側に振
れた場合には、触媒は限界まで酸素を吸着した後はもは
や酸素を吸着できなくなり、触媒下流側の空燃比もリー
ン空燃比側に振れるようになる。従って、このような状
態では触媒が劣化していなくても触媒下流側の排気空燃
比は上流側の排気空燃比の変動に応じてリッチとリーン
との変動を繰り返すことになるため、この状態で触媒の
劣化判定を行うと正常な触媒まで劣化したと判定されて
しまう場合が生じる。

【００７１】そこで、本実施例では、空燃比の変動幅が
所定値を越えて大きくなった場合には触媒劣化判定を禁
止するようにして誤判定を防止している。なお、運転状
態の急変などにより一旦ＦＡＦの変動幅が大きくなる
と、その後空燃比変動が通常の空燃比制御の状態に復帰
するまである程度の時間を要する場合があるため、空燃
比変動幅が所定値を越えた場合には、変動幅が所定値以
下になった後も一定時間触媒劣化判定を禁止するように
することが好ましい。

【００７２】図１４でステップ１４０１からステップ１
４０３の前提条件が全て成立した場合には、図１５ステ
ップ１４０４で、上流側Ｏ₂センサ１３出力ＶＯＭの軌
跡長ＬＶＯＭと積分値ＩＶＯＭとが、それぞれ、｜ＶＯ
Ｍ−ＶＯＭ_i-1｜、および、（ＶＯＭＲ−ＶＯＭＬ）の
積算値として計算され、ステップ１４０５では下流側Ｏ
₂センサ１５出力軌跡長ＬＶＯＳと積分値ＩＶＯＳと
が、同様に、それぞれ、｜ＶＯＳ−ＶＯＳ_i-1｜、およ
び、（ＶＯＳＲ−ＶＯＳＬ）の積算値として計算され
る。また、ステップ１３０６では、次回のルーチン実行
に備えてＶＯＭ_i-1とＶＯＳ_i-1の値が更新される。

【００７３】ついで、図１６ステップ１４０７ではカウ
ンタＣＴ₁がカウントアップされ、ステップ１４０８で
はカウンタＣＴ₁の値が所定値Ｔ₁を越えたか否かが判
定される。ステップ１４０８でカウンタＣＴ₁の値が所
定値Ｔ₁に到達していない場合にはそのままルーチンを
終了する。ここで、ＣＴ₁は前回の判定終了後ステップ
１４１５でクリアされているため、ＣＴ₁の現在の値は
今回判定実施条件（図１４ステップ１４０１から１４０
３）が成立してからの経過時間に対応した値となってい
る。また、所定値Ｔ₁は、例えば２０秒程度の時間に相
当するカウンタＣＴ₁の値である。すなわち、本実施例
では、判定の前提条件が成立してから２０秒程度の時間
積算した軌跡長ＬＶＯＭ、ＬＶＯＳと積分値ＩＶＯＭ、
ＩＶＯＳの値を劣化判定に使用する。

【００７４】ステップ１４０８でＣＴ₁＞Ｔ₁になった
場合にはステップ１４０９に進み、下流側Ｏ₂センサと
上流側Ｏ₂センサとの軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭと積
分値比ＩＶＯＳ／ＩＶＯＭを算出するとともに、ステッ
プ１４１０ではこの軌跡長比と面積比とからＬＶＯＳ／
ＬＶＯＳ₀の値を、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀＝（ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭ）／（Ｉ
ＶＯＳ／ＩＶＯＭ）として算出する。ここで、ＬＶＯＳ₀は触媒が大幅に劣
化したと仮定した場合の現在のセンサ劣化状態での下流
側Ｏ₂センサ１５出力の軌跡長である。

【００７５】ついで、ステップ１４１１では、上記によ
り算出したＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀の値が所定値Ｒ₀以上
か否かを判断する。前述のように、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ
₀の値は現在の触媒の劣化状態が大きくなる程大きな値
になり、１．０に近づくようになる。本実施例では、Ｒ
₀は実用上問題が生じる程度に触媒が劣化した状態のＬ
ＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀の値であり、予め実験等により適宜
な値に設定される。

【００７６】ステップ１４１１でＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀
≧Ｒ₀であった場合には、触媒は実用上問題になる程度
に劣化したと考えられるため、ステップ１４１２に進
み、アラームフラグＡＬＭの値を１（劣化あり）にセッ
トし、ステップ１４１４でＡＬＭの値を制御回路１０の
バックアップＲＡＭ１０６に記憶する。また、ステップ
１４１１でＬＶＯＳ／ＬＶＯＳ₀≧Ｒ₁であった場合に
は触媒は実用上問題になる程劣化していないため、ステ
ップ１４１３でフラグＡＬＭの値を０（正常）にセット
してステップ１４１４でＡＬＭの値をバックアップＲＡ
Ｍ１０６に記憶する。ここで、フラグＡＬＭの値が１に
セットされると、別途制御回路１０により実行される図
示しないルーチンによりアラーム１９が点灯され、運転
者に触媒の劣化が生じたことが報知される。

【００７７】上記操作が終了すると、ステップ１４１５
で触媒劣化判定に用いたパラメータがクリアされ、本ル
ーチンは終了する。上述のように、本実施例によれば、
上流側と下流側のＯ₂センサ出力の軌跡長の比ＬＶＯＳ
／ＬＶＯＭと、積分値の比ＩＶＯＳ／ＩＶＯＭとを用い
て触媒劣化判定を行うことにより、Ｏ₂センサの劣化状
態や空燃比制御中心のずれにより触媒の劣化判定に誤差
が生じることを防止して、判定の精度を向上させてい
る。

【００７８】

【発明の効果】本発明の触媒劣化検出装置によれば、空
燃比センサの劣化や空燃比の制御中心のずれ等が生じた
場合でも誤判定を生じることなく正確に触媒の劣化の有
無を判定することが可能となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｏ₂センサの劣化によるセンサ出力積分値の変
化を説明する図である。

【図２】本発明を自動車用機関に適用した実施例の概略
構成を示す図である。

【図３】図１の機関の燃料噴射量演算ルーチンを説明す
るフローチャートである。

【図４】上流側空燃比センサ出力に基づく第１の空燃比
フィードバック制御の一例を示すフローチャートの一部
である。

【図５】上流側空燃比センサ出力に基づく第１の空燃比
フィードバック制御の一例を示すフローチャートの一部
である。

【図６】下流側空燃比センサ出力に基づく第２の空燃比
フィードバック制御の一例を示すフローチャートの一部
である。

【図７】下流側空燃比センサ出力に基づく第２の空燃比
フィードバック制御の一例を示すフローチャートの一部
である。

【図８】図４から図７のフローチャートを補足説明する
タイミングチャートである。

【図９】触媒劣化による下流側空燃比センサ出力軌跡長
の変化を説明する図である。

【図１０】下流側Ｏ₂センサの劣化によるセンサ出力の
極大値と極小値との差の時間積分値の変化を説明する図
である。

【図１１】空燃比センサ出力の軌跡長と積分値との定義
を説明する図である。

【図１２】空燃比センサ出力の極大値と極小値との更新
ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図１３】図１２のフローチャートを補足説明する図で
ある。

【図１４】触媒劣化判定ルーチンの一実施例を示すフロ
ーチャートの一部である。

【図１５】触媒劣化判定ルーチンの一実施例を示すフロ
ーチャートの一部である。

【図１６】触媒劣化判定ルーチンの一実施例を示すフロ
ーチャートの一部である。

【図１７】空燃比センサの劣化によるセンサ出力軌跡長
と出力面積との変化を説明する図である。

【図１８】空燃比制御中心の変動によるセンサ出力軌跡
長出力面積との変化を説明する図である。

【符号の説明】

１…機関本体３…エアフローメータ４…ディストリビュータ５、６…クランク回転角センサ７…燃料噴射弁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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置された、Ｏ₂
ストレージ効果を有する三元触媒と、前記三元触媒の上流側の排気通路に配置され、前記三元
触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサ
と、前記三元触媒の下流側の排気通路に配置され、前記三元
触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサ
と、前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記機関空燃
比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィー
ドバック制御手段と、前記フィードバック制御実行中の予め定めた所定期間内
の前記上流側空燃比センサと前記下流側空燃比センサの
出力の軌跡長をそれぞれ演算する軌跡長演算手段と、前記上流側空燃比センサ出力と下流側空燃比センサ出力
それぞれの極大値と極小値とを検出し、記憶、更新する
極値検出手段と、フィードバック制御実行中の前記所定期間内の前記上流
側空燃比センサ出力と下流側空燃比センサ出力それぞれ
の極大値と極小値との差の時間積分値を演算する積分値
演算手段と、前記下流側空燃比センサ出力の軌跡長と前記上流側空燃
比センサ出力の軌跡長との比を演算する軌跡長比演算手
段と、前記下流側空燃比センサ出力の前記の時間積分値と前記
上流側空燃比センサ出力の前記時間積分値との比を演算
する積分値比演算手段と、前記軌跡長比と前記積分値比とに基づいて前記三元触媒
の劣化を検出する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化検出装置。