JPH08338232A - 内燃機関の触媒劣化判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒の劣化判別実施頻度を減少させることな
く、正確に触媒劣化の有無を判別する。 【構成】 内燃機関１の触媒コンバータ１２上流側と下
流側排気通路にそれぞれＯ₂ センサ１３、１５を配置す
る。制御回路１０はＯ₂ センサ１３、１５の出力に基づ
いて機関空燃比を理論空燃比にフィードバック制御する
とともに、フィードバック制御実施中にＯ₂ センサ１
３、１５の出力軌跡長に基づいて触媒劣化の有無を判別
する。制御回路は、機関吸入空気量から現在の触媒温度
を推定し、この触媒温度に基づいて劣化判別を実施する
吸入空気量の範囲を設定する。また、制御回路はエアフ
ローメータ３で検出した吸入空気量が上記により設定し
た劣化判別吸入空気量の範囲内にある場合にのみＯ₂ セ
ンサ出力軌跡長による触媒劣化判別を実施する。

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、少なく
とも触媒コンバータ下流側の空燃比センサ出力に基づい
て触媒コンバータの劣化の有無を判別する内燃機関の触
媒劣化判別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系の触媒コンバータの上
流側と下流側との排気通路にそれぞれ空燃比センサを配
置し、少なくとも上流側の空燃比センサ出力に基づいて
機関空燃比を理論空燃比に制御するとともに、下流側空
燃比センサ出力に基づいて触媒劣化の有無を判別する技
術が知られている。

【０００３】三元触媒は、通過する排気空燃比が理論空
燃比よりリーン空燃比側のときに排気中の酸素を吸着
し、通過する排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比
側のときに吸着した酸素を放出するＯ₂ 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Ｏ₂ ストレージ作用により緩和され、触媒下流
側の排気空燃比は理論空燃比近傍に維持される。このた
め、三元触媒が正常であれば、下流側空燃比センサ出力
の振幅は小さく変動周期は長くなる。

【０００４】一方、触媒のＯ₂ ストレージ作用は触媒の
劣化に応じて低下するため、三元触媒が劣化すると触媒
コンバータが吸着可能な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。すなわち、
触媒に流入する排気空燃比がリッチ空燃比側に振れてい
る場合には触媒から吸着した酸素が放出されるが、Ｏ₂
ストレージ作用が低下していると触媒が吸着できる酸素
量が低下するため、流入排気空燃比がリッチになると劣
化触媒では吸着した酸素を短時間で放出し尽くしてしま
い、その後は流入する排気空燃比がリッチ空燃比側に振
れていても酸素を放出できなくなる。このため、触媒が
酸素を放出し尽くした後は触媒下流側の排気空燃比もリ
ッチ空燃比側に振れるようになる。また、流入排気空燃
比がリーン空燃比側に振れている場合にも、劣化触媒で
は吸着可能な最大酸素量が低下しているため、触媒の酸
素吸着量が短時間で飽和してしまい、その後は流入する
排気空燃比がリーン空燃比側に振れていても排気中の酸
素を吸着できなくなり、触媒下流側の排気空燃比もリー
ン空燃比側に振れるようになる。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振幅は大きく、変
動周期は短くなり上流側空燃比センサ出力の振幅と周期
とに近づくようになるのである。

【０００５】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比較的短
い周期で規則的に変動しているような場合には、下流側
空燃比センサ出力を監視することにより三元触媒の劣化
の有無を判別することができる。特公平７−２６５７８
号公報は、上記Ｏ₂ ストレージ作用の低下を検出して触
媒の劣化判別を行う触媒劣化判別装置を開示している。

【０００６】同公報は、空燃比センサとして排気空燃比
が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 センサを触媒の上流側と下流側とに配置し、空燃比
フィードバック制御中の下流側Ｏ₂ センサ出力のリッ
チ、リーンの反転周期が所定値より短くなった場合に触
媒が劣化したと判定するようにしたものである。また、
同公報では、誤判定を防止するために、機関１回転当た
りの吸入空気量が所定の劣化判別実施領域内にある場合
にのみ触媒劣化判別を行うようにしている。

【０００７】触媒からの酸素放出量は、Ｏ₂ ストレージ
作用のレベルが同一であっても排気流量に応じて変化す
る。すなわち、Ｏ₂ ストレージ作用のレベルが同一であ
っても排気流量が大きければ単位時間当たりの触媒の酸
素吸放出量は大きくなる。このため、排気流量が過大な
状態ではＯ₂ ストレージ作用が低下していない正常な触
媒であっても、流入排気空燃比がリッチ空燃比側に振れ
ている間に短時間で酸素を放出し尽くしてしまい、その
後は酸素を放出できなくなる。また、同様に排気流量か
過大な状態では、Ｏ₂ ストレージ作用が低下していない
正常な触媒であっても、流入排気空燃比がリーン空燃比
側に振れている間に短時間に触媒が飽和してしまい、そ
の後は排気中の酸素を吸着できなくなる。このため、排
気流量が過大な場合には、触媒が正常であっても下流側
空燃比センサ出力は上流側空燃比センサ出力と同様に変
動するようになってしまい、正常な触媒が劣化したと誤
判定される場合が生じる。

【０００８】また、逆に排気流量が過少な状態では、単
位時間当たりの触媒からの酸素の吸放出量が低下するた
め、Ｏ₂ ストレージ作用の低下した劣化触媒であっても
流入排気空燃比がリッチ空燃比側に振れている間に吸着
した酸素の全量を放出できず、流入排気空燃比がリーン
空燃比側に振れている間には飽和量まで酸素を吸着でき
なくなる。このため、排気流量が過少な状態では劣化し
た触媒であっても下流側空燃比センサの出力変動は小さ
くなり、劣化した触媒が正常であると誤判定される場合
が生じる。

【０００９】上記特公平７−２６５７８号公報の装置
は、上記排気流量の変動による誤判定を防止するため、
排気流量が所定の診断領域にある場合にのみ触媒劣化判
別を実施するようにしたものである。一方、触媒のＯ₂
ストレージ作用は触媒の劣化の程度だけでなく、触媒温
度により大きく変化する問題がある。すなわち、触媒の
Ｏ₂ ストレージ作用は触媒が劣化するにつれて低下する
が、劣化の程度が同一の触媒では触媒温度が高いほどＯ
₂ ストレージ作用が高く、触媒温度が低いほどＯ₂ スト
レージ作用が低くなる。このため、触媒温度が異なる条
件で下流側空燃比センサ出力に基づいて触媒劣化検出を
行うと、同一の触媒であっても下流側空燃比センサ出力
の変動の様子が異なってくることになり、触媒の劣化を
正確に判別できない場合が生じる。

【００１０】例えば、劣化の程度が低くまだ十分に使用
することができる触媒は、高温状態で劣化判別を行えば
正常と判定されるが、低温状態で劣化判別を行うと低温
によるＯ₂ ストレージ作用の低下のために劣化している
と誤判定されてしまう場合がある。また、逆に劣化が進
み交換が必要な触媒であっても高温時にはＯ₂ ストレー
ジ作用が増大するため、高温状態で劣化判別を行うと劣
化しているにもかかわらず正常と誤判定されてしまう場
合が生じるのである。

【００１１】この問題を解決するために、特開平５−２
４８２２７号公報は、触媒温度により触媒劣化判別に用
いる判別値を変更するようにした触媒劣化判別装置を開
示している。同公報の触媒劣化判別装置は、特公平７−
２６５７８号公報の装置と同様に空燃比フィードバック
制御中の下流側Ｏ₂ センサ出力のリッチ、リーン反転周
期、または上流側Ｏ₂ センサ出力の軌跡で囲まれる面積
と下流側Ｏ₂ センサ出力の軌跡で囲まれる面積との差が
所定の判別値以下になった場合に触媒が劣化したと判定
するようにするとともに、触媒温度によるＯ₂ ストレー
ジ作用の変化のために誤判定が生じることを防止するた
め、上記劣化判定に用いる判別値を触媒温度に応じて変
更するようにしたものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
５−２４８２２７号公報の装置のように劣化判定の判別
値を触媒温度に応じて変更しただけでは触媒の劣化を正
確に判定できない場合が生じる。例えば、前述したよう
に触媒からの酸素吸放出量は排気流量に応じて変動する
ため、劣化判別中に排気流量が変動した場合には触媒温
度によって判別値を変更するだけでなく、排気流量によ
っても判別値を変更しない限り正確な劣化判別はできな
い。また、触媒劣化を判別するためにはある程度の時間
下流側空燃比センサ出力をモニターする必要があるが、
モニター中に触媒温度が変動した場合にはモニター終了
後の劣化判別時の温度に基づいて判別値を決定しても正
確な劣化判別ができない問題がある。

【００１３】また、下流側空燃比センサ出力のリッチ、
リーンの反転周期やセンサ出力軌跡で囲まれる面積は、
触媒の劣化程度が同一であっても排気流量およびＯ₂ セ
ンサの応答性等によって大きくばらつくため、もともと
ばらつきの大きい領域では判別値を触媒温度に応じて変
更するようにしても誤判定を防止することはできない。

【００１４】一方、触媒劣化判別を上記のような問題が
生じない運転状態（例えば、触媒温度や排気流量が、判
定結果にばらつきを生じない領域である程度の時間一定
に維持されている状態）の時にのみ実行するようにすれ
ば、誤判定を防止して正確な触媒劣化判別を行うことが
可能となる。しかし、実際の運転ではこのような条件が
長時間継続することはまれであるため、触媒劣化判別を
このような条件が成立した場合にのみ行うようにしたの
では触媒劣化判別の実施頻度が大幅に減少し、触媒の劣
化を早期に検出できなくなる問題が生じる。

【００１５】本発明は上記問題に鑑み、触媒劣化判別の
実施頻度を高く維持しつつ、しかも誤判定を防止して正
確に触媒劣化有無の判別を行うことが可能な内燃機関の
触媒劣化判別装置を提供することを目的としている。

【００１６】

【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 ストレージ作用を有す
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、少なくとも前記上流側空燃比セ
ンサの出力に基づいて、機関空燃比を目標空燃比にフィ
ードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記三元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、機
関吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記空
燃比フィードバック制御実施中に、機関吸入空気量が所
定の判別実行領域内になったときに、少なくとも前記下
流側空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の劣化の
有無を判別する劣化判別手段と、前記触媒温度検出手段
により検出された三元触媒の温度に応じて、機関吸入空
気量の前記判別実行領域を設定する領域設定手段と、を
備えた内燃機関の触媒劣化判別装置が提供される。

【００１７】

【作用】領域設定手段は触媒温度に応じて、劣化判別手
段が触媒劣化有無を判別する機関吸入空気量領域を設定
する。機関吸入空気量領域は、触媒温度毎に下流側空燃
比センサ出力に基づく触媒劣化有無の判定結果のばらつ
きが少なくかつ劣化の有無が明確に判定できる領域が設
定される。

【００１８】

【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１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
１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。

【００１９】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１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。

【００２０】図１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、後述する制御回路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からの燃料噴射量制御については
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１２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１
５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、１５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空燃比側かリッチ空燃比側かに応
じて異なる出力電圧を発生する。

【００２１】図１に１８で示すのは、排気系に二次空気
を導入するための二次空気導入弁（ＡＳＶ）である。二
次空気導入弁１８は機関減速時、アイドル運転時等に排
気マニホルド１１に二次空気を導入して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。

【００２２】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エンジ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ＲＡＭ１０６、
クロック発生回路１０７等を備えている。

【００２３】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
の劣化判定とを行っている。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。

【００２４】なお、機関吸入空気量信号、冷却水温度信
号は、一定時間毎に実行される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ＴＨＷ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、ＲＡＭ１０５の所定
領域に機関回転数データＮｅとして格納される。

【００２５】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１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。

【００２６】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、機関運転状態から間接
的に三元触媒１２の温度を検出して、触媒温度に応じて
設定される排気流量（吸入空気量）領域で機関が運転さ
れているときに、上流側Ｏ₂ センサ出力軌跡長ＬＶＯＭ
と下流側Ｏ₂ センサ出力軌跡長ＬＶＯＳとの比ＬＶＯＳ
／ＬＶＯＭの値に基づいて触媒１２の劣化有無を判断す
る。図２は、空燃比フィードバック制御中の上流側Ｏ₂
センサ１３出力ＶＯＭと下流側Ｏ₂ センサ１５出力ＶＯ
Ｓの、触媒劣化による変化を模式的に示す図である。図
２(A) は、触媒が正常な場合のＶＯＭ、ＶＯＳの変化を
示している。前述のように、触媒が正常な場合には、触
媒に流入する排気空燃比が空燃比フィードバック制御に
より周期的にリーンとリッチとに変動していた場合で
も、触媒のＯ₂ ストレージ作用により触媒下流側での排
気空燃比の変動は緩和され、触媒下流側の排気空燃比
は、後述する第２の空燃比フィードバック制御の影響
で、長い周期で緩やかにリーンとリッチとの間で変動す
る。従って、上流側Ｏ₂ センサ出力ＶＯＭと下流側Ｏ₂
センサ出力ＶＯＳとの変化は図２(A) に示したようにな
る。この場合、ＶＯＭとＶＯＳとの軌跡の長さＬＶＯ
Ｍ、ＬＶＯＳ（図２(A) 参照）を比較すると、ＶＯＭは
比較的短周期の変動が繰り返されるため軌跡長ＬＶＯＭ
は大きくなり、一方ＶＯＭの変動周期は極めて長いため
軌跡長ＬＶＯＳは小さくなる。従って、触媒が正常であ
ればＬＶＯＳとＬＶＯＭとの比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭは極
めて小さな値になる。

【００２７】一方、触媒が劣化してＯ₂ ストレージ作用
が低下すると、触媒が吸着できる酸素の量が減少するた
め、流入する排気空燃比がリッチ空燃比側に振れている
途中で触媒が吸着した酸素の全量を放出し、また、リー
ン空燃比側に振れている途中で吸着酸素量が飽和するた
め下流側の排気空燃比も上流側と同様に比較的短い周期
で変動するようになる。このため、触媒が劣化するにつ
れて下流側Ｏ₂ センサ出力ＶＯＳの変動周期は短くな
り、触媒が大幅に劣化した状態では図２(B) に示すよう
に、下流側Ｏ₂ センサ出力ＶＯＳも上流側Ｏ₂ センサ出
力ＶＯＳと同様に変動するようになる。従って、下流側
Ｏ₂ センサ出力と上流側Ｏ₂ センサ出力の軌跡長比ＬＶ
ＯＳ／ＬＶＯＭは触媒が劣化するにつれて増大し１．０
に近づくようになる。

【００２８】本実施例では、制御回路１０は後述するよ
うに下流側Ｏ₂ センサ出力の軌跡長ＬＶＯＳと上流側Ｏ
₂ センサ出力の軌跡長ＬＶＯＭとを算出し、これらの軌
跡長の比軌ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭが予め定めた所定値以上
になった場合に触媒が劣化したと判定し、ＬＶＯＳ／Ｌ
ＶＯＭが上記所定値以下の場合に触媒が正常であると判
定する。

【００２９】上述のように、本実施例の触媒劣化判別
は、触媒に流入する空燃比が周期的に理論空燃比を中心
としてリッチ空燃比側とリーン空燃比側とにフィードバ
ック制御されていることが必要とされる。そこで、触媒
の劣化検出について説明する前に、その前提となる本実
施例の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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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）で実行される。

【００３４】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、触媒コンバータ上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空燃比側のときに、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
燃比よりリーン空燃比側のときに例えば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ＦＡＦ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。

【００３５】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から二次空気が供給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。

【００３６】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。

【００３７】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、つまり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４１
６）。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、４
１８）、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）に反転した直後にスキップ
的にＲＳＬだけＦＡＦを減少させ（ステップ４１７、４
１９）、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４２
０、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。

【００３８】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。

【００３９】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から６０６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。第２の空燃比フィードバック制御の実行条件は、第
１の空燃比フィードバック制御が実行中（ＸＭＦＢ＝
１）であること（ステップ６０１）、機関暖機が完了し
ていること（冷却水温度ＴＨＷが所定値（例えば７０
℃）以上であること）（ステップ６０２）、機関がアイ
ドル運転中でないこと（アイドルスイッチ１７からのＬ
Ｌ信号が入力していないこと）（ステップ６０３）、二
次空気が導入されていないこと（ステップ６０４）、お
よび機関負荷（機関一回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ
ｅ）が所定値以上であること（ステップ６０５）、下流
側Ｏ₂ センサが活性化していること（ステップ６０
６）、が条件とされる。上記条件のいずれか１つでも成
立していなかった場合には、第二の空燃比フィードバッ
ク制御は実行されず、ステップ６１９でフラグＸＳＦＢ
の値を０にセットした後ルーチンを終了する。フラグＸ
ＳＦＢ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。

【００４０】ステップ６０１から６０６の全ての条件が
成立していた場合にはステップ６０８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、Ｒ
ＳＬの値を増減する操作を行う。すなわち、図７ステッ
プ６０９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６１０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
６１１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６１
２、６１３）。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６１４でＲＳＲの値を一定量ΔＲＳだけ減少さ
せ、減少後のＲＳＲが所定の最小値ＭＩＮ（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６１５、６１６）。

【００４１】また、上記により算出されたＲＳＲの値を
用いてステップ６１７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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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
はリッチ空燃比側またはリーン空燃比側に変化する。な
お、本実施例では第２の空燃比フィードバック制御でＲ
ＳＲ、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。例えば、ＫＩＲ、ＫＩＬ（図５
ステップ４２１、４２２）の値、またはＴＤＲ、ＴＤＬ
（図５ステップ４０８、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Ｏ₂ 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。次に、本実施例の触媒劣化判別
について説明する。前述のように、本実施例では下流側
Ｏ₂ センサ出力と上流側Ｏ₂ センサの出力との軌跡長比
に基づいて触媒劣化の有無を判定している（図２(A) 、
(B) ）。ところが、下流側Ｏ₂ センサ出力の変動は触媒
の劣化の程度が同一であっても種々の条件によって変化
する。

【００４６】例えば、下流側Ｏ₂ センサ出力の変動に影
響を与える要因の主なものとしては触媒温度と排気流量
とがある。すなわち、触媒温度が高いほど触媒のＯ₂ ス
トレージ能力は高くなるため、他の条件が同一であれば
下流側Ｏ₂ センサ出力は触媒温度が高いほど変動しにく
くなり（すなわち軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭは小さく
なり）、触媒温度が低いほど変動しやすくなる（すなわ
ち軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭは大きくなる）。

【００４７】また、触媒に流入する排気流量が大きいほ
ど触媒は短時間で吸着した酸素の全量を放出し尽くし、
また短時間で飽和量まで酸素を吸着する。このため、他
の条件が同一であれば下流側Ｏ₂ センサ出力は、排気流
量が大きいほど変動しやすくなり（すなわち軌跡長比Ｌ
ＶＯＳ／ＬＶＯＭは小さくなり）、排気流量が小さいほ
ど変動しにくくなる（すなわち軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶ
ＯＭは大きくなる）。

【００４８】さらに、同一の触媒を用いて触媒温度と排
気流量とを一定に維持しながら軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶ
ＯＭを測定した場合でも、軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭ
の値はＯ₂ センサの応答性等により測定結果が比較的大
きくばらつくことが判明している。図９(A) 、(B) は正
常な触媒（図９(A) ）と劣化した触媒（図９(B) ）とに
ついて機関吸入空気量Ｑと触媒温度Ｔ_CAT とを変えて実
際に下流側Ｏ₂ センサ出力と上流側Ｏ₂ センサ出力との
軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭを実測した結果を図示して
いる。なお、機関吸入空気量Ｑは略排気流量と等しいた
め、図９(A) 、(B)のＱはそのまま排気流量と考えるこ
とができる。

【００４９】図９(A) （正常触媒）を参照すると、同一
の触媒であっても軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭは、排気
流量Ｑ（Ｑ₁ ＜Ｑ₂ ＜Ｑ₃ ）と触媒温度Ｔ_CAT とが変わ
ると大きく変動し、しかも同一の排気流量、触媒温度で
あってもＬＶＯＳ／ＬＶＯＭの値は大きくばらついてい
る。例えば、図９(A) において排気流量がＱ₁ 、触媒温
度がＴ_CAT1の場合について見ると、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭ
の値は最大値Ｒ₁ と最小値Ｒ₂ との間でばらついてお
り、ばらつきの大きさは最大で中心値に対して±０．３
程度になっている。また、ばらつきの大きさは触媒温度
がある程度高くなると小さくなり、例えばＴ_{CA T} が２０
０℃以上の領域ではばらつきは比較的小さくなってい
る。この傾向は流量がもっと大きい場合（Ｑ₂ 、Ｑ₃ ）
についても同様である。すなわち、軌跡長比のばらつき
は触媒温度と排気流量との組合せに応じて変化する。

【００５０】一般にばらつきのない理想的な状態で測定
した場合には、ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭが０．５以下であれ
ば触媒の劣化が進んでおらず正常な触媒と判断できる
が、実際には図９(A) のように同一の排気流量と温度で
も軌跡長比が最大で±０．３程度ばらつく状態では正常
判定のための軌跡長比の判定値を０．５としたのでは、
理想的な状態で測定した場合に軌跡長比が０．５程度と
なる触媒は、実際の運転中に測定すると軌跡長比が０．
２から０．８までばらつくことになる。このため、仮に
判定値（０．５）を温度や排気流量に応じて変更したと
しても正確な劣化判定を行うことは困難である。

【００５１】すなわち、判定値を０．５とした場合、正
常な触媒（理想的な状態で測定して軌跡長比が０．５よ
り小さい触媒）が常に正常と判定されるためには軌跡長
比のばらつきを考慮して、正常な触媒の軌跡長比が常に
０．２以下（０．５からばらつきの大きさ０．３を引い
た値）になる触媒温度と排気流量の条件で劣化判定を行
う必要がある。すなわち、これ以外の触媒温度と排気流
量との条件で触媒劣化判定を行うと、ばらつきの影響に
より正常な触媒が劣化したと判定されてしまう場合が生
じるのである。（例えば、図９(A) において触媒温度Ｔ
_CAT1、排気流量Ｑ₁ の条件で劣化判別を行うと、測定し
た軌跡長比はＲ₁ とＲ₂ との間のいずれの値をも取り得
ることになり、正常な触媒であっても軌跡長比が判定値
である０．５を越えてしまう場合が生じる。） 図９(A) から正常な触媒を常に正常と判定できる排気流
量と温度との組合せをみると、例えば触媒温度が４００
°の場合には排気流量がＱ₃ 以下であれば常に正常な触
媒の軌跡長比は０．２以下になることが判る。また、同
様に触媒温度が３００℃の場合には排気流量はＱ₂ 以
下、２００℃の場合には排気流量はＱ₁ 以下であれば正
常な触媒を常に正常と判定することができることが判
る。

【００５２】次に、図９(B) を用いて、劣化触媒の判定
について考える。図９(B) は劣化した触媒（ばらつきの
ない理想的な状態で軌跡長比が０．５以上になる触媒）
について、図９(A) と同様排気流量Ｑと触媒温度Ｔ_CAT
を変えて軌跡長比を実測した結果を示している。図９
(B) において、排気流量Ｑ₁ ′、Ｑ₂ ′、Ｑ₃ ′の相互
の関係は、Ｑ₁ ′＜Ｑ₂ ′＜Ｑ₃ ′であり、図９(A) の
Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ との関係は、Ｑ₁ ′＜Ｑ₂ ′＜Ｑ₁ ＜
Ｑ₃ ′＜Ｑ₂ ＜Ｑ₃ となっている。

【００５３】すなわち、劣化した触媒では、軌跡長比が
小さくなる領域が全体的に排気流量が大きく、かつ触媒
温度が高い側に移行する。図９(A) の場合とは逆に、図
９(B) では劣化した触媒が常にばらつきを考慮した判定
値（この場合は、０．５＋０．３＝０．８）以上になる
条件、すなわち劣化した触媒が正常と誤判定されること
がない排気流量と触媒温度との組合せを考える。図９
(B) から判るように、この条件は、触媒温度が４００℃
の場合には排気流量Ｑ₃ ′以上、３００℃の場合は
Ｑ₂ ′以上、２００℃の場合はＱ₁ ′以上となる。

【００５４】上記から、常に誤判定を生じずに正常な触
媒を正常と判定し、劣化した触媒を劣化したと判定でき
る判定実施条件を排気流量と触媒温度との１つの組合せ
に固定することも可能である。例えば、図９から判るよ
うに、排気流量ＱがＱ₂ ′≦Ｑ≦Ｑ₁ 、かつ触媒温度Ｔ
_CAT が２００℃≦Ｔ_CAT ≦３００℃の領域でのみ判定を
実施するようにすれば、常に正確な劣化判定を行うこと
が可能となる。しかし、判定実施条件をこの範囲のみに
限定してしまうと、判定実施可能領域が極めて狭くなり
実際の運転上の判定実施頻度が減少するため触媒劣化の
早期発見ができなくなる可能性がある。そこで、本実施
例では各触媒温度毎に判定実施条件を設定することによ
り運転時の判定実施領域を拡げ判定実施頻度を増大させ
ている。

【００５５】図１０は、本実施例の触媒劣化判別実施条
件を示す図である。図１０において、Ｑ_H で示した線は
各触媒温度において触媒劣化判別実施を行う最大排気流
量、Ｑ_L は最小排気流量を示している。例えば、触媒温
度Ｔ_CAT が３００℃の場合には劣化判別実施可能な最大
排気流量はＱ₂ 、最小排気流量はＱ₂ ′となる。すなわ
ち、線Ｑ_H は各触媒温度において正常な触媒を常に正常
と判定することができる最大排気流量を、線Ｑ_L は劣化
した触媒を常に劣化したと判定することができる最小排
気流量を表している。このように、各触媒温度に応じて
劣化判別を実施する排気流量領域を設定したことによ
り、上述のように劣化判別条件を排気流量と触媒温度と
の１つの組合せに固定した場合（例えば、Ｑ₂ ′≦Ｑ≦
Ｑ₁ かつ２００℃≦Ｔ_CAT ≦３００℃、（図１０斜線領
域）に固定した場合）に較べて劣化判別条件が大幅に増
大している。

【００５６】ところで、上述のように触媒温度Ｔ_CAT 毎
に劣化判別実施のための排気流量領域を設定した場合、
劣化判別可否を判定するためには現在の排気流量Ｑと触
媒温度Ｔ_CAT とを検出して、ＱとＴ_CAT とが劣化判別実
施領域内にあるか否かを判定する必要が生じる。ここ
で、排気流量Ｑはほぼ機関機関吸入空気量に等しいため
排気流量についてはエアフローメータ３で検出した機関
吸入空気量を用いて領域判定を行うことが可能である。

【００５７】また、触媒温度Ｔ_CAT については、触媒コ
ンバータ１２の触媒床に温度センサを配置して直接触媒
温度を検出することも可能であるが、本実施例では以下
に説明する方法を用いて機関運転状態から間接的に触媒
温度を検出して温度センサ設置によるコスト上昇を防止
している。実際の運転中には、触媒温度は機関運転状態
に応じて変動しているが、例えば機関空燃比が理論空燃
比にフィードバック制御されている場合には機関燃焼室
内の燃焼温度は大きく変化しないため、触媒温度の単位
時間当たりの上昇速度と下降速度とは排気流量（機関吸
入空気量）とその時の触媒温度とにより定まる。

【００５８】図１１、図１２は触媒温度Ｔ_CAT の機関吸
入空気量Ｑによる時間変化を示すグラフであり、図１１
は温度上昇（加熱）、図１２は温度下降（冷却）の場合
をしめしている。図１１、図１２は横軸の単位時間とし
て後述する触媒温度検出ルーチンの実行間隔ｔを取って
示している。図１１から判るように、触媒温度は現在の
触媒温度が低いほど、また機関吸入空気量が大きいほど
急速に上昇し、触媒温度が高くなるにつれて上昇速度は
低下してある程度の時間が経過すると機関吸入空気量に
より定まる一定の温度に収束する。例えば、図１１にお
いて、機関吸入空気量Ｑ₂ の場合について見ると、初期
温度がＴ₀ であった場合には触媒温度Ｔ_CAT は最初は単
位時間ｔ当たりＴ₂ −Ｔ₀ だけ上昇するが、初期温度が
Ｔ₄ の場合には単位時間当たりＴ₅ −Ｔ₄ しか上昇せ
ず、更に初期温度がＴ₅ （機関吸入空気量Ｑ₂ の場合の
最終到達温度）の場合には温度上昇は０となる。

【００５９】また、冷却の場合は図１２に示すように触
媒温度は、現在の触媒温度が高いほど、また機関吸入空
気量が小さいほど急速に下降し、触媒温度が低下するに
つれて下降速度は低下してある程度の時間が経過すると
機関吸入空気量により定まる一定の温度に収束する。例
えば、図１２において、機関吸入空気量Ｑ₂ の場合につ
いて見ると、初期温度がＴ₉ であった場合には触媒温度
Ｔ_CAT は最初は単位時間あたりＴ₉ −Ｔ₇ だけ下降する
が、初期温度がＴ₇ の場合には単位時間当たりＴ₇ −Ｔ
₆ しか下降せず、更に初期温度がＴ₅ （機関吸入空気量
Ｑ₂ の場合の最終到達温度）の場合には温度降下は０と
なる。

【００６０】本実施例では、各触媒温度Ｔ_CAT の単位時
間当たりの変化量ΔＴ_CAT と機関吸入空気量Ｑの組合せ
について図１１、図１２の関係を予め実験等により求め
て図１３に示すような形式の数値テーブル（マップ）と
して制御回路１０のＲＯＭ１０４に格納してある。ま
た、図１１から図１３は空燃比フィードバック制御実行
中の触媒温度変化について示したが、例えば燃料増量
中、フュエルカット実施中にも図１１又は図１２と同様
な関係が成立する。本実施例では、燃料増量中、フュエ
ルカット実施中の触媒温度の単位時間当たり変化につい
ても、別途図１３と同様な形式の数値テーブルを予め実
験等により作成し、ＲＯＭ１０４に格納してあり、制御
回路１０は、機関運転中にこれらのマップを用いて触媒
温度Ｔ_CAT の単位時間当たりの変化ΔＴ_CAT を積算して
現在の触媒温度を常時算出する。

【００６１】図１４は本実施例の触媒温度検出ルーチン
を示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路１
０により一定時間（図１１、図１２の単位時間ｔ）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では現在の機関吸入空気量Ｑが、
またステップ１４０３では現在の触媒温度Ｔ_CAT がそれ
ぞれＲＡＭ１０５の所定領域から読みだされる。なお、
機関始動時には、Ｔ_CAT の初期値として吸入空気温度ま
たは冷却水温度のうちいずれか高い温度が使用される。
また、ステップ１４０５では、現在燃料増量実施中か否
か、ステップ１４０７では現在フュエルカット実施中か
否かが判定され、現在燃料増量もフュエルカットも実施
されていない場合（すなわち、空燃比フィードバック制
御中である場合）には、ステップ１４０９に進み、図１
３に示したマップから、現在の機関吸入空気量Ｑと触媒
温度Ｔ_CAT とを用いて、単位時間当たりの触媒温度変化
量ΔＴ_CATが決定される。

【００６２】次いで、ステップ１４１１では、ΔＴ_CAT
を用いて、今回のルーチン終了時の触媒温度がＴ_CAT ＋
ΔＴ_CAT として算出される。また、ステップ１４１３で
は、算出したＴ_CAT の値がＲＡＭ１０５の所定領域に格
納され、今回のルーチン実行は終了する。また、ステッ
プ１４０５で現在燃料増量中、またはステップ１４０７
で現在フュエルカット実施中であった場合には、それぞ
れステップ１４１５またはステップ１４１７で別途燃料
増量時またはフュエルカット時のΔＴ_CAT のマップを用
いてΔＴ_CAT が算出され、このΔＴ_CAT の値を用いてス
テップ１４１１以下が実行される。本ルーチン実行によ
り、ＲＡＭ１０５の所定領域には、常に現在の触媒温度
Ｔ_CAT が格納されるようになる。

【００６３】図１５、図１６は、上記触媒温度Ｔ_CAT を
用いた本実施例の触媒劣化判別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１５においてルーチンがスター
トすると、ステップ１５０１、１５０３では触媒劣化判
別の前提条件が成立しているか否かが判定される。本実
施例の触媒劣化判別は空燃比フィードバック制御実行中
に行うことが前提となっているため、ステップ１５０１
では第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）、及びステップ１５０３では第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）が判定され、ステップ１５
０１、１５０３のいずれか１つでも成立しない場合に
は、ルーチンは図１６に進み触媒劣化判別を実行するこ
となく終了する。

【００６４】ステップ１５０１、１５０３の両方の条件
が成立した場合には、ステップ１５０５でＲＡＭ１０５
の所定領域から機関吸入空気量Ｑと図１４のルーチンで
算出した触媒温度Ｔ_CAT が読み込まれ、ステップ１５０
７では触媒温度Ｔ_CAT に基づいて図１０のマップから現
在の触媒温度における触媒劣化判別実行可能な最大吸入
空気量Ｑ_H と最小吸入空気量Ｑ_L とが決定される。

【００６５】また、ステップ１５０９では、現在の吸入
空気量Ｑが上記最大値Ｑ_H と最小値Ｑ_L とで定まる吸入
空気領域内にあるか否かが判定され、領域内にない場合
には図１６に進み、触媒劣化判別を実行することなくル
ーチンを終了する。ステップ１５０９で現在の吸入空気
量Ｑが劣化判別実施領域内にあった場合には（Ｑ_L ≦Ｑ
≦Ｑ_H ）、次にステップ１５１１から１５１５で上流側
Ｏ₂ センサ出力ＶＯＭの軌跡長ＬＶＯＭと下流側Ｏ₂ セ
ンサ出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳとが算出される。すな
わち、ステップ１５１１では上流側Ｏ₂ センサ１３出力
ＶＯＭと下流側Ｏ₂ センサ１５出力ＶＯＳとをＡＤ変換
して読み込み、ステップ１５１３では、ＶＯＭとＶＯＳ
との軌跡長ＬＶＯＭ、ＬＶＯＳとが算出される。

【００６６】本実施例では、図１７に示すように、軌跡
長ＬＶＯＭ、ＬＶＯＳをそれぞれ、｜ＶＯＭ−ＶＯＭ
_i-1 ｜と｜ＶＯＳ−ＶＯＳ_i-1 ｜の積算値として算出す
る。ここで、ＶＯＭ_i-1 とＶＯＳ_i-1 は、それぞれ前回
ルーチン実行時のＶＯＭとＶＯＳの値である。またステ
ップ１５０３で積算値算出後、ＶＯＭ_i-1 、ＶＯＳ_i-1
の値は次回のルーチン実行に備えて更新される。

【００６７】図１６、ステップ１５１７から１５３１は
触媒劣化判別操作である。本実施例では、ステップ１５
０１、１５０３、１５０５の劣化判定条件が成立した時
間の累積が所定時間に到達するまで、軌跡長ＬＶＯＭと
ＬＶＯＳとの積算を行い、累積時間が所定時間に到達す
る毎にこれらの軌跡長を用いて触媒劣化の有無を判別す
る。これにより、ステップ１５０１、１５０３、１５０
５の条件が連続的に所定時間成立していなくても、条件
が成立した時間の累積が所定時間に到達すれば触媒劣化
判別を行うことができるため、触媒劣化判別が行われる
頻度が大幅に増大する。

【００６８】図１６ステップ１５１７では、上記条件成
立累積時間を計時するための計時カウンタＣＴの値がプ
ラス１増大され、ステップ１５１９ではカウンタＣＴの
値が所定値ＣＴ₀ を越えたか否か、すなわち条件成立累
積時間が所定時間に到達したか否かが判定される。ここ
でＣＴ₀ の値は、例えば２０秒程度に相当する本ルーチ
ンの実行回数である（例えば、本ルーチンの実行間隔が
５０ｍｓであれば、ＣＴ₀ ＝２０／０．０５＝４００と
なる）。ステップ１５１９でＣＴ≦ＣＴ₀ であった場合
には、軌跡長の積算が不十分であるため、今までの軌跡
長の積算値はそのままにしてルーチンの実行は終了す
る。すなわち、軌跡長の積算は実行するが劣化判別は行
わない。

【００６９】また、ステップ１５１９でＣＴ＞ＣＴ₀ で
あった場合にはステップ１５２１以下の触媒劣化判別を
行う。すなわち、ステップ１５２１では、今までに求め
た軌跡長の積算値ＬＶＯＳとＬＶＯＭとの比Ｒ＝ＬＶＯ
Ｓ／ＬＶＯＭを算出し、ステップ１５２３で、この軌跡
長比Ｒが所定値Ｋ以下であるか否かを判断する。本実施
例では、図９(A) 、(B) に示したように触媒劣化の有無
を判別する軌跡長比の判別値Ｋは０．５に設定されてい
る。

【００７０】ステップ１５２３でＲ≦Ｋの場合には、す
なわち触媒は正常であるため、ステップ１５２５でアラ
ームフラグＡＬＭの値が０に設定され、ステップ１５２
３でＲ＞Ｋであった場合にはステップ１５２７でアラー
ムフラグＡＬＭの値は１に設定される。フラグＡＬＭの
値が１に設定されると、制御回路１０により別途実行さ
れる図示しないルーチンにより、劣化アラーム１９（図
１）が点灯され、運転者に触媒が劣化したことが報知さ
れる。また、フラグＡＬＭの値はステップ１５２９で制
御回路１０のバックアップＲＡＭ１０６に格納され、次
回の修理点検に備えられる。そして、ステップ１５３１
では、カウンタＣＴ、軌跡長の積算値ＬＶＯＭ、ＬＶＯ
Ｓがクリアされて本ルーチンは終了する。

【００７１】本実施例では、軌跡長比の触媒劣化判別の
ための判別値Ｋは触媒温度にかかわらず一定値（例え
ば、Ｋ＝０．５）とされているが、前述したように触媒
劣化の有無の判定は、軌跡比のばらつきを考慮した上
で、正常な触媒が必ず正常判定され、かつ劣化した触媒
が必ず劣化したと判定される運転領域で実施されるため
誤判定を生じることがなく、正確に触媒劣化有無の判定
を行うことが可能となっている。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、触媒温度を検出し、検
出した触媒温度に応じて触媒劣化判別を実施する機関吸
入空気量領域を設定するようにしたことにより、触媒劣
化判別の実施頻度を低下させることなく、極めて正確に
触媒劣化有無の判別を行うことが可能となるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施例の
概略構成を示す図である。

【図２】Ｏ₂ センサ出力軌跡長比に基づく触媒劣化判別
の原理を説明する図である。

【図３】燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャート
である。

【図４】第１の空燃比フィードバック制御ルーチンを示
すフローチャートの一部である。

【図５】第１の空燃比フィードバック制御ルーチンを示
すフローチャートの一部である。

【図６】第２の空燃比フィードバック制御ルーチンを示
すフローチャートの一部である。

【図７】第２の空燃比フィードバック制御ルーチンを示
すフローチャートの一部である。

【図８】図４、図５のルーチンを説明するタイミングダ
イアグラムである。

【図９】Ｏ₂ センサ出力軌跡比の触媒温度と排気流量と
による変化を説明する図である。

【図１０】触媒温度と触媒劣化判別を実施する吸入空気
量領域との関係を示す図である。

【図１１】触媒温度変化と排気流量との関係を示す図で
ある。

【図１２】触媒温度変化と排気流量との関係を示す図で
ある。

【図１３】触媒温度算出に用いる数値マップの形式を示
す図である。

【図１４】触媒温度検出ルーチンを示すフローチャート
である。

【図１５】触媒劣化判別ルーチンを示すフローチャート
の一部である。

【図１６】触媒劣化判別ルーチンを示すフローチャート
の一部である。

【図１７】本実施例のＯ₂ センサ出力の軌跡長の算出方
法を示す図である。

【符号の説明】

１…内燃機関本体 ３…エアフローメータ 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置された、Ｏ₂
   ストレージ作用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、 少なくとも前記上流側空燃比センサの出力に基づいて、
   機関空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃
   比フィードバック制御手段と、 前記三元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、 機関吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、 前記空燃比フィードバック制御実施中に、機関吸入空気
   量が所定の判別実行領域内になったときに、少なくとも
   前記下流側空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の
   劣化の有無を判別する劣化判別手段と、 前記触媒温度検出手段により検出された三元触媒の温度
   に応じて、機関吸入空気量の前記判別実行領域を設定す
   る領域設定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化判別装
   置。