JPH09222011A

JPH09222011A - 内燃機関の触媒劣化検出装置

Info

Publication number: JPH09222011A
Application number: JP8030590A
Authority: JP
Inventors: Noritake Mitsuya; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒下流側にＯ₂センサを設け第２の空燃比
フィードバック制御を行う内燃機関（特に、触媒上流側
にＡ／Ｆセンサを設けたＯ₂ストレージ量一定制御シス
テムの内燃機関）において、触媒劣化検出処理の誤検出
を防止し、その精度を向上させる。【解決手段】触媒下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳの
反転時前後の期間だけモニタ条件が成立し、ＶＯＳ軌跡
長が積算されていくと、定常走行で上流側Ａ／Ｆセンサ
出力電圧の軌跡長が小さいにもかかわらず、ＶＯＳ軌跡
長は大きくなり、正常触媒でも触媒劣化ありと誤判定さ
れるおそれがある。本発明では、ＶＯＳと目標値ＶＴと
の偏差の積算値ＳＶがＳＶ≦ａ又はｂ≦ＳＶとなった時
点から、ＶＯＳの反転後所定時間ｔ_dが経過する時点ま
で、触媒劣化検出のためのＶＯＳ軌跡長演算を中止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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。

【０００４】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、触媒の劣化は結果として暖機後の浄化性能の低下を
誘発するが、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、特開平 5-98948号公報に開示
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。

【０００５】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。

【０００６】このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ
₂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。

【０００７】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、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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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。しかしながら、
その場合には、以下に示されるような要因により、誤検
出に至る可能性がある。

【０００９】図２に示されるように、Ａ／Ｆセンサは、
空燃比をリニアに検出可能な特性を有する。そのため、
Ａ／Ｆセンサの出力電圧ＶＡＦは、図３（Ａ）に示され
るように、一般に空燃比が荒れる過渡走行状態において
は大きく振れるが、空燃比の荒れが少ない定常走行状態
においては安定した値を示す。これに対して、Ｏ₂セン
サの出力電圧ＶＯＳは、Ｏ₂ストレージ能力の低下した
劣化触媒の下流にある場合には、図３（Ｂ）に示される
ように短い周期で変化するが、一方、正常触媒の下流に
ある場合には、そのＯ₂ストレージ効果により、図３
（Ｃ）に示されるように長い周期で緩やかに変化する。

【００１０】サブ空燃比フィードバック制御において
は、図３（Ｄ）に示されるように、ＶＯＳの目標電圧か
らの変位を積算していき、その積算値に基づいてＡ／Ｆ
センサ出力電圧ＶＡＦを補正していくことにより、ＶＯ
Ｓを目標電圧に近づける（つまり、目標電圧に達するま
で空燃比変動の中心を徐々にシフトしていく）制御がな
される。従って、図３（Ｃ）においてＯ₂センサ出力電
圧ＶＯＳが目標電圧に関して反転する時期は、Ａ／Ｆセ
ンサ出力電圧ＶＡＦの瞬間的な変動には関係がなく、Ｖ
ＡＦの値が安定しているときにもＶＯＳは反転する。

【００１１】さて、Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳの軌跡長
に基づく触媒劣化検出は、所定のモニタ期間におけるＶ
ＯＳ軌跡長を求め、その値が判定基準値以上となった場
合に触媒劣化ありと判定するものである。ただし、その
判定基準値は、当該所定期間におけるＡ／Ｆセンサ出力
電圧ＶＡＦの軌跡長に応じて定められ、ＶＡＦ軌跡長が
大きいほど、判定基準値も大きくされる。

【００１２】モニタ期間が図３に示される全期間にわた
るものであれば、図３（Ｂ）に示される劣化触媒の場合
のＶＯＳ軌跡長は、図３（Ｃ）に示される正常触媒の場
合のＶＯＳ軌跡長よりも大きくなっており、触媒劣化検
出が正常になされる。しかしながら、モニタ期間は、所
定のモニタ条件が成立する期間を合計した所定時間にわ
たるものであるため、例えば、図３（Ｃ）においてΔｔ
₁及びΔｔ₂により示されるように、ＶＯＳ反転前後に
わたる期間だけモニタ条件が成立し、ＶＯＳ軌跡長が積
算されていく可能性がある。このような場合には、定常
走行でＶＡＦ軌跡長が小さいにもかかわらず、ＶＯＳ軌
跡長は大きくなり、触媒劣化ありと誤判定されるおそれ
がある。なお、ダブルＯ₂センサの場合にも、定常走行
時におけるＶＯＳ反転前後の期間だけモニタ条件が成立
するような事態が起こりうるが、触媒上流側Ｏ₂センサ
のいわゆるＺ特性（図１）のため、上流側Ｏ₂センサ軌
跡長も大きく、従って誤判定の可能性は上述のＯ₂スト
レージ量一定制御システムに比較して小さい。しかし、
発生する可能性は存在する。

【００１３】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、触媒
下流側にＯ₂センサを設け第２の空燃比フィードバック
制御を行う内燃機関（特に、触媒上流側にＡ／Ｆセンサ
を設けたＯ₂ストレージ量一定制御システムの内燃機
関）において、その触媒下流側Ｏ₂センサによる触媒劣
化検出処理の誤検出を防止し、その精度を向上させるこ
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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明に係る、内燃機関の触媒劣化検出装置
は、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
られた空燃比センサと、前記空燃比センサの出力に基づ
いて、内燃機関の空燃比を理論空燃比に制御するための
第１のフィードバック補正量を演算する第１の空燃比フ
ィードバック制御手段と、前記三元触媒の下流側に設け
られたＯ₂センサと、前記Ｏ₂センサの出力の反転時か
ら次の反転時まで前記Ｏ₂センサの出力と目標出力との
偏差を積算することにより第２のフィードバック補正量
を演算し、該第２のフィードバック補正量に基づいて前
記第１の空燃比フィードバック制御手段による演算を修
正する第２の空燃比フィードバック制御手段と、前記第
１の空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
ドバック制御中の所定期間内での前記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、前記第２のフィードバック補正量が設定
値以上となった時点から、前記Ｏ₂センサの出力の反転
後所定期間が経過する時点まで、前記触媒劣化判定手段
による軌跡長の演算を禁止する軌跡長演算禁止手段と、
を具備する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１６】図４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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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
ジン本体（気筒）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４
４によって検出される。

【００２１】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（Ｈ
Ｃ，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。

【００２２】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。

【００２３】エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣ
Ｕ）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５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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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ＩＳＣ
Ｖ６６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。

【００２７】以下では、燃料噴射制御及び本発明に係る
触媒劣化検出について詳細に説明すべく、関連する処理
ルーチンの手順を順次示す。

【００２８】図６は、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７に示されるように、過去ｎ回分の筒内空気量Ｍ
Ｃ_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。

【００２９】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１
０４）。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、本実施例では、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。

【００３０】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７に示されるような形式でＲＡＭ
７４内に記憶される。

【００３１】図８は、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２２
０）、本ルーチンを終了する。

【００３２】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）Ｆ
Ｄ_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Ｆ
Ｄ_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。

【００３３】次いで、Ａ／Ｆセンサ４５の出力電圧値Ｖ
ＡＦ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）。このような補正により、サ
ブ空燃比フィードバック制御において目標電圧に達する
まで、空燃比変動の中心が徐々にシフトしていくことと
なる。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。

【００３４】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７参照）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Ｍ
Ｃ_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。

【００３５】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）。

【００３６】図９は、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ＦＣＲ ₀、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３０２）。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４
４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３０４）。

【００３７】図１０は、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４０２）。条件不成立の場合に
は、Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶを０に設定し（ス
テップ４０４）、本ルーチンを終了する。

【００３８】フィードバック条件成立時には、Ｏ₂セン
サ４６の出力電圧ＶＯＳを検出する（ステップ４０
６）。次いで、検出されたＶＯＳが目標Ｏ₂センサ出力
電圧ＶＴ（例えば０．５Ｖ）に関して前回検出値から反
転したか否かを判定し（ステップ４０８）、反転した場
合のみＶＯＳとＶＴとの偏差の積算値ＳＶをクリアする
（ステップ４１０）。次いで、ＳＶ←ＳＶ＋（ＶＯＳ−ＶＴ）なる演算を実行することにより、前記した積算値ＳＶを
求める（ステップ４１２）。

【００３９】そして、ＤＶ←Ｋ_vs＊ＳＶなる演算により、積分制御（Ｉ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４１４）。
なお、Ｋ_vsは、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。

【００４０】さて、図３を参照して先に説明したよう
に、ＶＯＳ反転前後の期間だけ触媒劣化判定のモニタ条
件が成立する場合には、触媒劣化ありと誤検出するおそ
れがある。そこで、本発明ではかかる期間には触媒劣化
判定のためのモニタを禁止するようにしている。サブ空
燃比フィードバック制御ルーチン（図１０）のステップ
４１６以降及び後述する触媒劣化検出ルーチン（図１４
及び図１５）は、触媒劣化判定処理に係るものであり、
以下、それについて詳述する。

【００４１】触媒が劣化するにつれて、そのＯ₂ストレ
ージ能力が低下するため、触媒下流側にあるＯ₂センサ
４６の出力電圧ＶＯＳの反転周期は、図１１に示される
ように短くなっていく。Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳと目
標電圧ＶＴとの偏差の積算値ＳＶは、反転時にクリアさ
れその反転時から次の反転時まで積算されるものである
ため、図１１に示されるように、触媒の劣化度が大きく
なるほど、積算値ＳＶのピーク値は小さくなる。すなわ
ち、図１２に示される関係が得られる。従って、積算値
ＳＶのピーク値に関し、正常触媒の場合には越えること
ができるが劣化触媒の場合には越えることができない値
を設定することが可能となる。そのような値を触媒劣化
判定のためのモニタを禁止するマスク設定値として用い
れば、劣化触媒に対する検出性を損なうことなく、正常
触媒に対する劣化誤検出を防止することが可能となる。

【００４２】本発明では、ＶＯＳがそのようなマスク設
定値以上となった時点から、ＶＯＳが目標電圧ＶＴに関
して反転した後所定期間が経過する時点まで、触媒劣化
判定のモニタを禁止する。例えば、ＶＯＳがＶＴよりも
リーン側に振れているときのマスク設定値（下限値）を
ａ（＜０）及びＶＯＳがＶＴよりもリッチ側に振れてい
るときのマスク設定値（上限値）をｂ（＞０）とした場
合の具体的処理について、図１０に戻って説明する。

【００４３】まず、ステップ４１６では、現在の偏差積
算値ＳＶが下限値ａよりも大きく上限値ｂよりも小さい
範囲にあるか、すなわちａ＜ＳＶ＜ｂが成立するかを判
定する。ａ＜ＳＶ＜ｂが不成立のとき、すなわちＳＶ≦
ａ又はｂ≦ＳＶのときには、モニタディセーブルカウン
タＣＭＤＩＳに所定値ｄ（＞０）を設定する（ステップ
４１８）。従って、図１３に示されるように、ＳＶ≦ａ
又はｂ≦ＳＶの範囲においては、ＣＭＤＩＳの値はｄに
保持されている。

【００４４】一方、ａ＜ＳＶ＜ｂが成立するときには、
現在のＣＭＤＩＳの値が正か否かを判定し（ステップ４
２０）、ＣＭＤＩＳ＞０のときには、ＣＭＤＩＳをデク
リメントする（ステップ４２２）。従って、図１３に示
されるように、Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳが目標電圧Ｖ
Ｔに関して反転し、偏差積算値ＳＶがクリアされた後
は、モニタディセーブルカウンタＣＭＤＩＳの値は、漸
次減少していき、所定値ｄに相当する時間Δｔ_dの経過
後、０になる。そして、本発明では、このＣＭＤＩＳの
値が正のとき、すなわちＶＯＳ反転時前後の期間にある
ときに、触媒劣化判定のモニタを禁止することにより、
前述した、正常触媒に対する劣化誤検出を防止する。

【００４５】図１４及び図１５は、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、ステップ５０
２では、モニタディセーブルカウンタＣＭＤＩＳの値が
０か否かを判定し、ＣＭＤＩＳ＞０のときには、前述し
たように、ＶＯＳ反転時前後の期間であるため、モニタ
を禁止して、そのまま終了する。ＣＭＤＩＳ＝０のとき
には、ステップ５０４に進み、劣化判定のための通常の
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５０６以降に進む。このモニタ条件は、
例えば、Ａ／Ｆセンサ４５の出力に基づくメイン空燃比
フィードバック制御中であること、Ｏ₂センサ４６の出
力に基づくサブ空燃比フィードバック制御中であるこ
と、機関負荷が所定値以上であること等である。

【００４６】ステップ５０６では、Ａ／Ｆセンサ４５の
出力電圧ＶＡＦ及びＯ₂センサ４６の出力電圧ＶＯＳを
検出する。次いで、ステップ５０８では、ＶＡＦの軌跡
長ＬＶＡＦを、ＬＶＡＦ←ＬＶＡＦ＋｜ＶＡＦ−ＶＡＦＯ｜なる演算により更新する。次いで、ステップ５１０で
は、ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳを、ＬＶＯＳ←ＬＶＯＳ＋｜ＶＯＳ−ＶＯＳＯ｜なる演算により更新する。次いで、ステップ５１２で
は、次回の実行に備え、ＶＡＦＯ←ＶＡＦＶＯＳＯ←ＶＯＳとする。なお、Ａ／Ｆセンサの軌跡長ＬＶＡＦの算出に
おいて、Ａ／Ｆセンサ出力の最大値と最小値との差（振
幅）が瞬間的に閾値を超えた場合、軌跡長ＬＶＡＦ及び
ＬＶＯＳの積算をストップ（積算値はホールド）し、閾
値以下となった時点で積算を再開するようにしてもよ
い。

【００４７】次いで、ステップ５１４では、モニタ時間
を計測するためのカウンタＣＴＩＭＥをインクリメント
し、ステップ５１６では、そのカウンタの値が所定値Ｃ
₀を超えたか否かを判定する。ＣＴＩＭＥ＞Ｃ₀のとき
にはステップ５１８に進み、ＣＴＩＭＥ≦Ｃ₀のときに
は本ルーチンを終了する。ステップ５１８では、ＬＶＡ
Ｆの値に応じた劣化判定基準値Ｌ_refを決定する。この
Ｌ_refは、ＬＶＡＦが大きいほど、それに応じて大きく
なるような基準値である。

【００４８】次いで、ステップ５２０では、Ｏ₂センサ
出力軌跡長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５２２）、アラームランプ６８
（図４，５参照）を点灯する（ステップ５２４）。ＬＶ
ＯＳ＜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５２６）。アラ
ームフラグＡＬＭは、修理点検時に収集されることがで
きるように、バックアップＲＡＭ７９に格納される（ス
テップ５２８）。最後のステップ５３０では、次回の触
媒劣化判定に備え、ＣＴＩＭＥ，ＬＶＡＦ，ＬＶＯＳが
クリアされる。

【００４９】次に、以上の実施形態を改良した第２の実
施形態について説明する。一般に、自動車用エンジンに
おいては、燃費の向上、排出ガスの浄化、触媒の加熱防
止、エンジンの破損防止等を目的として、所定の運転状
態のときにエンジンへの燃料供給を停止する燃料カット
（Ｆ／Ｃ）が行われる。燃料カットの実行中は、空燃比
はリーンとなり、すなわち、図１６に示されるようにＡ
／Ｆセンサ４５の出力電圧ＶＡＦが高くなる。そして、
燃料カット状態から燃料供給状態への復帰後は、メイン
空燃比フィードバック制御により空燃比はすぐにストイ
キに戻る。しかし、Ｏ₂センサ４６の出力電圧ＶＯＳ
は、しばらくの間、リーン相当の電圧値を示した後に、
サブ空燃比フィードバック制御による効果が現れて、リ
ッチ相当の電圧値に変化する。このような変化の瞬間に
ついても、触媒劣化の誤検出を防止すべく、モニタを禁
止することが好ましい。

【００５０】そのため、第２の実施形態では、燃料カッ
ト実行時点から、Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳがリッチに
反転し、その後所定時間が経過する時点まで、さらに、
触媒劣化判定のためのモニタを禁止するようにしてい
る。具体的には、触媒劣化検出ルーチン（図１４及び図
１５）の最初、すなわちステップ５０２の前に、図１７
に示される処理が追加される。

【００５１】まず、燃料カット（Ｆ／Ｃ）実行中か否か
を判定する（ステップ６０２）。燃料カット実行中であ
れば、第２のモニタディセーブルカウンタＣＭＤＦＣに
所定値ｄをセットし（ステップ６０４）、ステップ６１
２に進む。一方、燃料カット実行中でなければ、Ｏ₂セ
ンサ出力電圧ＶＯＳの値が目標電圧ＶＴより大きく（す
なわちリッチ）（ステップ６０６でＹＥＳ）、かつ、第
２のモニタディセーブルカウンタＣＭＤＦＣの値が正
（ステップ６０８でＹＥＳ）のときに、カウンタＣＭＤ
ＦＣをデクリメントする（ステップ６１０）。そして、
このようにして求められたＣＭＤＦＣの値が正のときに
も、図１６に示されるように、触媒劣化判定のためのモ
ニタを禁止する。そのため、次のステップ６１２では、
第２のモニタディセーブルカウンタＣＭＤＦＣの値が第
１のモニタディセーブルカウンタＣＭＤＩＳよりも大き
い場合に、ＣＭＤＩＳにＣＭＤＦＣの値をセットする
（ステップ６１２，６１４）。以後は、ステップ５０２
（図１４）に続く。

【００５２】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を案出することは当業者にとって容
易なことであろう。例えば、ダブルＯ₂センサシステム
において下流側Ｏ₂センサ出力の積分値に基づきサブフ
ィードバックをかける構成に対しても適用可能である。
さらに、触媒劣化判定の手法としては、下流側Ｏ₂セン
サ出力の軌跡長と上流側空燃比センサ出力の軌跡長との
比に基づくもの等、種々の手法を適用することができ、
上述の実施形態に限定されることはない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、サブフィードバッ
ク補正量が下流側Ｏ₂センサ出力電圧と目標電圧との変
位積分制御であり、この補正によって目標電圧に達する
まで空燃比の中心を徐々にシフトしていく制御を行う内
燃機関では、空燃比センサがほとんど振れない定常走行
においても下流側Ｏ₂センサ出力がＺ特性の中心を横切
るため反転し、Ｏ₂センサ出力が大きく振れる。そし
て、この瞬間のみモニタ条件が成立している場合、触媒
劣化検出の精度が悪化し、誤判定に至る可能性がある。
しかし、本発明によれば、この期間のモニタが禁止さ
れ、かかる誤判定が防止される。すなわち、本発明は、
触媒劣化検出処理の精度を向上させることにより、排気
ガス浄化性能を高め、ひいては大気汚染防止に寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】触媒劣化検出における誤検出パターンを説明す
るための図である。

【図４】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。

【図５】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。

【図６】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。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ及びＶＯＳと目標
値との偏差の積算値ＳＶを、触媒劣化度が小、中及び大
の場合について示すタイムチャートである。

【図１２】マスク設定値を説明するための図である。

【図１３】Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、ＶＯＳと目標値
との偏差の積算値ＳＶ、及びモニタディセーブルカウン
タＣＭＤＩＳのタイムチャートである。

【図１４】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。

【図１５】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。

【図１６】燃料カット実行時におけるモニタ禁止を説明
するためのタイムチャートである。

【図１７】第２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４５…Ａ／Ｆセンサ４６…Ｏ₂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ＥＣＵ７１…ＣＰＵ７２…システムバス７３…ＲＯＭ７４…ＲＡＭ７５…Ａ／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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０Ｚ

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た空燃比センサと、前記空燃比センサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比
を理論空燃比に制御するための第１のフィードバック補
正量を演算する第１の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たＯ₂センサと、前記Ｏ₂センサの出力の反転時から次の反転時まで前記
Ｏ₂センサの出力と目標出力との偏差を積算することに
より第２のフィードバック補正量を演算し、該第２のフ
ィードバック補正量に基づいて前記第１の空燃比フィー
ドバック制御手段による演算を修正する第２の空燃比フ
ィードバック制御手段と、前記第１の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所定期間内での前記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、前記第２のフィードバック補正量が設定値以上となった
時点から、前記Ｏ₂センサの出力の反転後所定期間が経
過する時点まで、前記触媒劣化判定手段による軌跡長の
演算を禁止する軌跡長演算禁止手段と、を具備する、内燃機関の触媒劣化検出装置。