JPH10252451A

JPH10252451A - 内燃機関の触媒劣化検出装置及び空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH10252451A
Application number: JP9079148A
Authority: JP
Inventors: Toru Kitamura; 徹北村; Akira Kato; 彰加藤; Shinichi Kitajima; 真一北島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス特性に影響を与えることなく、触媒
の劣化度合をより正確に検出することができる触媒劣化
検出装置を提供する。【解決手段】触媒コンバータ２３の下流側に設けられ
たＯ２センサ２４の検出値、エンジン回転数ＮＥ、吸気
管内絶対圧ＰＢＡなどを入力とするニューラルネットを
用いて、触媒コンバータ２３の触媒の劣化度合を示す触
媒劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴを算出する。空燃比
センサ２２の検出値に基づくフィードバック制御の目標
空燃比が、Ｏ２センサ２４の検出値に応じたフィードバ
ック制御により修正され、触媒劣化判定パラメータＨＡ
ＴＣＡＴに応じて、Ｏ２センサ２４の検出値に応じたフ
ィードバック制御の制御ゲインが補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気系
に設けられ、排気ガスを浄化する触媒の劣化度合を検出
する触媒劣化検出装置及び内燃機関に供給する混合気の
空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の劣
化度合を検出する手法として、機関の排気通路に装着さ
れた触媒の下流側に設けた酸素濃度センサの出力の応じ
て機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御
し、その時の酸素濃度センサ出力の反転周期を用いて触
媒の劣化度合を検出する手法（例えば特開平５−１０６
４９４号公報）が従来より知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の検出手法
は、触媒の酸素蓄積能力を触媒下流側の酸素濃度センサ
の検出値に基づいて検出するものであるが、触媒の酸素
蓄積能力と酸素濃度センサ出力の反転周期との相関関係
は、機関運転状態に依存して変動するため、触媒の劣化
度合を正確に検出できない場合があった。

【０００４】本発明は上述した点に鑑みなされたもので
あり、触媒の劣化度合をより正確に検出することができ
る触媒劣化検出装置を提供することを第１の目的とし、
検出した触媒の劣化度合に応じて空燃比フィードバック
制御をより適切に行うことができる空燃比制御装置を提
供することを第２の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設
けられ、排気ガスの浄化を行う排気ガス浄化手段の触媒
の劣化度合を検出する内燃機関の触媒劣化検出装置にお
いて、前記排気ガス浄化手段を通過した排気ガス中の酸
素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、少なくとも前記
酸素濃度検出手段の検出値をまたは該検出値に基づいて
算出される制御パラメータ含む前記機関の運転パラメー
タを入力とするニューラルネットを用いて、前記触媒の
劣化度合を検出する触媒検出手段とを備えることを特徴
とする。

【０００６】この構成によれば、排気ガス浄化手段を通
過した排気ガス中の酸素濃度が検出され、少なくともこ
の検出値またはこの検出値に基づいて算出される制御パ
ラメータを含む機関の運転パラメータを入力とするニュ
ーラルネットを用いて、触媒の劣化度合が検出される。

【０００７】上記第２の目的を達成するため請求項２に
記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、触媒によ
り排気ガスの浄化を行う排気ガス浄化手段と、該排気ガ
ス浄化手段の上流側で排気ガス中の酸素濃度を検出する
上流側酸素濃度検出手段と、該排気ガス浄化手段の下流
側で排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検
出手段と、前記上流側酸素濃度検出手段の検出値に応じ
て前記機関に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御手段と、前記下流側酸
素濃度検出手段の検出値に応じたフィードバック制御に
より前記目標空燃比を修正する修正手段とを備える内燃
機関の空燃比制御装置において、少なくとも前記下流側
酸素濃度検出手段の検出値をまたは該検出値に基づいて
算出される制御パラメータ含む前記機関の運転パラメー
タを入力とするニューラルネットを用いて、前記触媒の
劣化度合を検出する触媒劣化検出手段と、該触媒劣化検
出手段により検出された前記触媒の劣化度合に応じて、
前記修正手段によるフィードバック制御のフィードバッ
クパラメータを変更するパラメータ変更手段とを備える
ことを特徴とする。

【０００８】この構成によれば、少なくとも下流側酸素
濃度検出手段の検出値または該検出値に基づいて算出さ
れる制御パラメータを含む機関の運転パラメータを入力
とするニューラルネットを用いて、触媒の劣化度合が検
出され、該触媒劣化検出手段により検出された触媒の劣
化度合に応じて、下流側酸素濃度検出手段の検出値に応
じたフィードバック制御のフィードバックパラメータが
変更される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１０】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る内燃機関（以下単に「エンジン」とい
う）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例え
ば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル
弁３が設けられている。スロットル弁３にはスロットル
弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロ
ットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コン
トロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給す
る。

【００１１】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接
続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射時間
（開弁時間）が制御される。

【００１２】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１２が設けられており、こ
の絶対圧センサ１２により電気信号に変換された絶対圧
信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には
吸気温（ＴＡ）センサ１３が取付けられており、吸気温
ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に
供給する。

【００１３】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ１４はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を
出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）
センサ１５及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１６はエンジ
ン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付
けられている。エンジン回転数センサ１５はエンジン１
のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位
置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力
し、気筒判別センサ１６は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの
各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。

【００１４】図１において、排気管２１は、エンジン１
の各気筒に接続された排気マニホールドが集合された部
分（集合部）を示し、この排気管２１には、触媒を内蔵
し、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を
行う触媒コンバータ（排ガス浄化手段）２３が配置され
ている。また排気管２１の触媒コンバータ２３の上流側
及び下流側には、それぞれ比例型空燃比センサ（上流側
酸素濃度検出手段）２２（以下「ＬＡＦセンサ２２」と
いう）及びＯ２センサ（下流側酸素濃度検出手段）２４
が装着されている。ＬＡＦセンサ２２は排気ガス中の酸
素濃度（空燃比）にほぼ比例する電気信号を出力しＥＣ
Ｕ５に供給する。Ｏ２センサ２４は、その出力ＶＳＯ２
が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有
し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル、リ
ーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ２４の検出信号は
ＥＣＵ５に供給される。

【００１５】ＥＣＵ５には、さらに触媒コンバータ２３
の温度ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ１７及びエン
ジン１が搭載された車両の車速Ｖを検出する車速センサ
１８が接続されており、それらのセンサの検出信号がＥ
ＣＵ５に供給される。

【００１６】次に、排気還流機構（ＥＧＲ）について説
明する。

【００１７】吸気管２と排気管２１との間にはバイパス
状に排気還流路２５が設けられている。該排気還流路２
５は、その一端がＬＡＦセンサ２２より上流の排気管２
１に接続され、他端が吸気管２に接続されている。

【００１８】また、排気還流路２５の途中に排気還流量
制御弁（以下、ＥＧＲ弁という）２６が介装されてい
る。該ＥＧＲ弁２６は、弁室２７とダイヤフラム室２８
とからなるケーシング２９と、前記弁室２７内に位置し
て前記排気還流路２５が開閉可能となるように上下方向
に可動自在に配設された楔形状の弁体３０と、弁軸３１
を介して前記弁体２０と連結されたダイヤフラム３２
と、該ダイヤフラム３２を閉弁方向に付勢するばね３３
とから構成されている。また、ダイヤフラム室２８は、
ダイヤフラム３２を介して下側に画成される大気圧室３
４と上側に画成される負圧室３５とを備えている。

【００１９】また、大気室３４は通気口３４ａを介して
大気に連通される一方、負圧室３５は負圧連通路３６に
接続されている。すなわち、負圧連通路３６は吸気管２
に接続され、該吸気管２内の吸気管内絶対圧（負圧）Ｐ
ＢＡが負圧連通路３６を介して前記負圧室３５に導入さ
れるようになっている。また、負圧連通路３６の途中に
は大気連通路３７が接続され、該大気連通路３７の途中
には圧力調整弁３８が介装されている。該圧力調整弁３
８は常閉型の電磁弁からなり、大気圧または負圧が前記
圧力調整弁３８を介して前記ダイヤフラム室２８の負圧
室３５内に選択的に供給され、負圧室３５は所定の制御
圧を発生する。

【００２０】さらに、前記ＥＧＲ弁２６には弁開度（リ
フト）センサ３９が設けられており、該リフトセンサ３
９は前記ＥＧＲ弁２６の弁体３０の作動位置（弁リフト
量ＬＡＣＴ）を検出して、その検出信号を前記ＥＣＵ５
に供給する。なお、上記ＥＧＲ制御はエンジン暖機後
（例えば、エンジン冷却水温ＴＷが所定温度以上のと
き）に実行される。

【００２１】ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形
を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射
弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成され
る。

【００２２】ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジン運転パラ
メータに基づいて、後述するように触媒コンバータ２３
の触媒の劣化度合の検出を行うとともに、下記数式１に
より前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃
料噴射時間Ｔｏｕｔを演算する。燃料噴射時間Ｔｏｕｔ
は、燃料噴射弁６による燃料噴射量に比例するので、本
明細書中では燃料噴射量ともいう。

【００２３】

【数１】Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２ここで、Ｔｉは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁５の
基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気
管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴｉマップを検索
して決定される。Ｔｉマップは、エンジン回転数ＮＥ及
び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、
エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比に
なるように設定されている。

【００２４】ＫＣＭＤは、エンジン運転状態に応じて設
定される目標空燃比（Ａ／Ｆ）を当量比に換算した目標
空燃比係数である。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、後述す
るようにＯ２センサ２４の検出値ＶＳＯ２の出力に応じ
て修正される。

【００２５】ＫＬＡＦは空燃比補正係数であり、空燃比
フィードバック制御領域では、ＬＡＦセンサ２２の検出
値に応じて設定され、さらにオープンループ制御領域で
はエンジン１の各運転領域に応じた値に設定される。

【００２６】Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメー
タ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数
であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン
加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決
定される。

【００２７】またＣＰＵ５ｂは、各種エンジン運転パラ
メータに基づいてＥＧＲ弁２６の目標リフト量ＬＣＭＤ
を算出し、検出した弁リフト量ＬＡＣＴが目標リフト量
ＬＣＭＤと一致するように圧力調整弁３８を制御する。

【００２８】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結
果に基づく燃料噴射弁６及び圧力調整弁３８の駆動信号
を、出力回路５ｄを介して出力する。

【００２９】本実施形態では、ＥＣＵ５は、特許請求の
範囲に記載した触媒劣化検出手段、空燃比制御手段、修
正手段、及びパラメータ変更手段を構成する。

【００３０】上記したＣＰＵ５ｂによる触媒の劣化度合
の検出は、各種エンジン運転パラメータを入力とするニ
ューラルネットを用いて行い、劣化度合を示す触媒劣化
判定パラメータＨＡＴＣＡＴを算出する。図２は、本実
施形態で採用したニューラルネットの概略構造を説明す
るため図である。このニューラルネットは、入力層、中
間層、出力層の３層構造を有するものとし、その学習ア
ルゴリズムは、周知のバックプロパゲーション（Back-P
ropagation）学習アルゴリズムを採用した。なお、学習
アルゴリズムは、ランダム探索法など他の手法を採用し
てもよい。

【００３１】図２に示すように、入力層の各細胞（ニュ
ーロン）に入力される情報は、エンジン運転パラメータ
Ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）であり、これらの情報は、結合係数
行列により重み付けされ、中間層の各細胞に入力され
る。中間層では、例えばシグモイド関数により各細胞毎
にその出力が決定され、入力層から中間層への処理と同
様に、結合係数行列により重み付けされた出力が出力層
に入力され、劣化パラメータＨＡＴＣＡＴが出力され
る。結合係数行列の各係数は、実際に劣化度合（劣化判
定パラメータ値）が既知の触媒コンバータを装着してエ
ンジン１を作動させ、各運転パラメータ値に対して、既
知の劣化判定パラメータ値を教師データとして、総誤差
関数が最小となるように、バックプロパゲーション学習
アルゴリズムにより決定される。決定された結合係数行
列はＥＣＵ５の記憶手段に格納されている。

【００３２】ニューラルネットの入力層に入力されるエ
ンジン運転パラメータとしては、本実施形態ではｎ＝８
として以下のものを採用している。

【００３３】Ｘ１＝ＮＥ（エンジン回転数）Ｘ２＝ＰＢＡ（吸気管内絶対圧）Ｘ３＝ＬＡＣＴ（ＥＧＲ弁リフト量）Ｘ４＝ＫＡＣＴ(k) （検出当量比（今回値））Ｘ５＝ＫＡＣＴ(k-4) （検出当量比（４ＴＤＣ前の
値））Ｘ６＝ΔＫＡＣＴ(k) （検出当量比変化量＝ＫＡＣＴ
(k)−ＫＡＣＴ(k-4)）Ｘ７＝ＶＳＯ２（Ｏ２センサ２４の出力値）Ｘ８＝ＴＳＯ２（Ｏ２センサ出力ＶＳＯ２の反転周
期、すなわちセンサ出力ＶＳＯ２と基準値ＶＳＯ２ＲＥ
Ｆとの大小関係が反転した時点から次に反転する時点ま
での時間）ここで、検出当量比ＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ２２によ
って検出される空燃比を当量比に換算したものである。
基準値ＶＳＯ２ＲＥＦは、Ｏ２センサ出力ＶＳＯ２の中
心値近傍の値に設定される。反転周期ＴＳＯ２は、最も
新しい反転時点において計測された時間、または例えば
最近の１０個の計測時間の平均値を使用する。添え字
(k),(k-4)は、それぞれ今回値、４ＴＤＣ前（ＴＤＣ信
号パルスが４回発生する期間前）の値であることを示す
ために付されているものであり、本実施形態ではエンジ
ン１は４気筒であるので、例えばＴｏｕｔ(k)とＴｏｕ
ｔ(k-4)とは、特定の１つの気筒に対応する燃料噴射時
間となる。添え字(k)が省略されているパラメータは全
て今回値を表している。

【００３４】なお、以下の説明では、入力パラメータは
表記の煩雑さを避けるためＸ１〜Ｘｎとして演算式を示
す。

【００３５】図３は、触媒コンバータ２３の触媒の劣化
度合を示す劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴを算出する
処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パル
スの発生に同期して実行される。

【００３６】先ずステップＳ１００では、触媒劣化モニ
タの実行するための前条件が成立していることを「１」
で示すモニタフラグＦＭＣＮＤが「１」か否かを判別す
る。この前条件が成立するか否かの判別は後述する図８
の処理で行われる。ＦＭＣＮＤ＝０であって前条件不成
立であるときは、劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴの算
出を行うことなく本処理を終了する。

【００３７】ＦＭＣＮＤ＝１であって前条件が成立して
いるときは、各エンジン運転パラメータの入力（読み込
み）を行い（ステップＳ１０１）、次いで入力データの
正規化処理を行う（ステップＳ１０２）。

【００３８】具体的には、図４に示すように、先ず入力
データのリミットチェックを行う（ステップＳ１１
１）。すなわち、各入力データが、各入力データ毎に予
め設定された入力上下限値ＬＭＴＩＮＨ，ＬＭＴＩＮＬ
の範囲内にあるか否かを判別し、入力データが入力上限
値ＬＭＴＩＮＨを越えるときは、その入力データをその
入力上限値ＬＭＴＩＮＨに設定し、入力下限値ＬＭＴＩ
ＮＬを下回るときは、その入力下限値ＬＭＴＩＮＬに設
定する処理を行う。例えば、エンジン回転数ＮＥの入力
下限値及び入力上限値をそれぞれＮＥＬＭＴＩＮＬ，Ｎ
ＥＬＭＴＩＮＨとすると、ＮＥ＜ＮＥＬＭＴＩＮＬであ
るときは、ＮＥ＝ＮＥＬＭＴＩＮＬとし、ＮＥ＞ＮＥＬ
ＭＴＩＮＨであるときは、ＮＥ＝ＮＥＬＭＴＩＮＨとす
る。ここで、入力上下限値ＬＭＴＩＮＨ，ＬＭＴＩＮＬ
は、ニューラルネットの結合係数行列を決定する学習で
使用したデータの最大値及び最小値に設定されており、
装置が正常であるときに各入力データがとりうる上下限
値をＬＭＴＨ，ＬＭＴＬとすると、ＬＭＴＬ≦ＬＭＴＩ
ＮＬ＜ＬＭＴＩＮＨ≦ＬＭＴＨなる関係を有する。

【００３９】続くステップＳ１１２では、入力データＸ
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を下記式に適用して、正規化データＮ
Ｘｉを算出する。

【００４０】ＮＸｉ＝（Ｘｉ−ＣＸｉ）／ＣＸｉ（ｉ＝１〜ｎ）ここで、ＣＸｉは、上記入力上下限値の中央値である。
なお、上記入力データのうち、検出当量比変化量ΔＫＡ
ＣＴは中央値が「０」であるので、この正規化演算は行
わない。

【００４１】このように、正規化することにより、すべ
ての入力データは中央値を「０」とするデータに変換さ
れるので、シグモイド関数のテーブルを１つ設けるだけ
で、シグモイド関数の演算を実行することが可能とな
る。

【００４２】図３にもどり、ステップＳ１０３では中間
層の演算を行う。すなわち、図５（ａ）に示すように、
下記数式２による正規化データＮＸｉに第１の結合係数
行列［ａji］（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を乗算する行
列演算（ステップＳ１２１）を行い、第１中間変数ＹＡ
１〜ＹＡｍする。ここで、第１中間変数ＹＡｊの個数ｍ
は、中間層の細胞数に対応し、例えばｍ＝４程度とす
る。細胞数を増加させると、精度は向上するが演算量が
増加するので、両者を勘案して細胞数ｍを決定する。

【００４３】

【数２】次いで第１中間変数ＹＡ１〜ＹＡｍについてテーブル検
索によるシグモイド関数演算を行い、第２中間変数ＹＢ
１〜ＹＢｍを算出する（ステップＳ１２２）。本実施形
態では、シグモイド関数として数式３を用いることと
し、この関数の入出力特性は図６に示すようになる。数
式３は原点に対して対象な奇関数であるので、実際に
は、図６のｘ≧０の領域についてのｙを算出するための
テーブルが設定されており、ｘ＜０の領域については、
｜ｘ｜でテーブル検索を行い、検索値ｙの符号をマイナ
スとすることにより、シグモイド関数演算を行う。

【００４４】

【数３】ｙ＝２／（１＋ｅｘｐ（−２ｘ））−１ここで、数式３をｙ＝ＳＧＭ（ｘ）と表すと、ステップ
Ｓ１２２における演算は、数式４のように表される。

【００４５】

【数４】ＹＢｊ＝ＳＧＭ（ＹＡｊ）（ｊ＝１〜ｍ）続くステップＳ１０４では、出力層の演算を行う。この
演算は基本的には、図５（ｂ）に示すように、同図
（ａ）と同様の演算であり、第２の結合係数行列（行ベ
クトル）［ｂｊ］（ｊ＝１〜ｍ）を乗算して第３中間変
数ＹＣを算出する行列演算（ステップＳ１３１）と、第
３中間変数ＹＣについてテーブル検索を行い、出力デー
タＺを算出するシグモイド関数演算（ステップＳ１３
２）とからなる。これらの演算は、下記数式５及び６で
表される。

【００４６】

【数５】

【００４７】

【数６】Ｚ＝ＳＧＭ（ＹＣ）そして、図３のステップＳ１０５では、出力データＺの
逆正規化処理を行い、触媒劣化判定パラメータＨＡＴＣ
ＡＴを算出する。逆正規化処理は下記数式７により行わ
れる。このように算出された触媒劣化判定パラメータＨ
ＡＴＣＡＴは、その値が小さいほど、劣化度合が大きい
こと示すように設定されている。

【００４８】

【数７】ＨＡＴＣＡＴ＝Ｚ×ＨＡＴＣＡＴＣ＋ＨＡＴＣＡＴＣここで、ＨＡＴＣＡＴＣは、予め設定された劣化判定パ
ラメータの中央値である。

【００４９】なお、数式２及び５で使用される結合係数
行列［ａｊｉ］，［ｂｊ］（ｊ＝１〜ｍ）は、前述した
ように教師データを用いた学習により予め決定されたも
のである。

【００５０】以上のように本実施形態では、ＬＡＦセン
サ２２の検出値に応じた通常の空燃比フィードバック制
御を実行しつつ、ニューラルネットを用いて触媒の劣化
度合を示す触媒劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴを算出
するようにしたので、触媒劣化検出処理が排気ガス特性
に悪影響を与えることが無く、しかもＯ２センサ出力Ｖ
ＳＯ２だけでなくエンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧
ＰＢＡ等の他のエンジン運転パラメータの影響も加味し
て、より正確に劣化度合を検出することができる。

【００５１】図７は、劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴ
に応じた劣化判定処理のフローチャートであり、ステッ
プＳ１４１では、劣化判定パラメータＨＡＴＣＡＴが、
触媒の交換を必要とするほどの劣化度合に対応する基準
値ＯＬＤＣＡＴより小さいか（さらに劣化しているか）
否かを判別し、ＨＡＴＣＡＴ≧ＯＬＤＣＡＴであるとき
は、直ちに処理を終了し、ＨＡＴＣＡＴ＜ＯＬＤＣＡＴ
であるときは、警告灯を点灯させて、運転者の注意を喚
起する（ステップＳ１４２）。

【００５２】図８は、前述したモニタフラグＦＭＣＮＤ
の設定を行う前条件判定処理のフローチャートである。
本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行さ
れる。

【００５３】先ず、ステップＳ２１では、モニタ許可フ
ラグＦＧＯ６７が「１」か否かを判別する。このモニタ
許可フラグＦＧＯ６７は、触媒劣化モニタ以外の例えば
Ｏ２センサ劣化モニタ、蒸発燃料処理系故障モニタ、フ
ュエル系異常モニタ等が実行中のとき「０」に設定さ
れ、他のモニタが実行されていないとき「１」に設定さ
れるフラグである。モニタ許可フラグＦＧＯ６７が
「０」であって、他のモニタが実行中のときは、タイマ
ｔＣＡＴＭに所定時間ＴＣＡＴＭを設定してスタートさ
せ、前条件不成立（ＦＭＣＮＤ＝０）とする。なお、本
実施形態では、図示は省略しているが、燃料タンクで発
生する蒸発燃料をキャニスタに貯蔵し、エンジン運転中
に適宜吸気管２内に蒸発燃料をパージする蒸発燃料処理
装置が設けられており、上記蒸発燃料処理系故障モニタ
は、この蒸発燃料処理装置の故障モニタである。

【００５４】モニタ許可フラグＦＧＯ６７が「１」であ
って触媒劣化モニタが許可されているときは、蒸発燃料
処理装置のキャニスタから吸気管２への蒸発燃料のパー
ジをカットすべき運転状態のとき「１」に設定されるパ
ージカットフラグＦＰＧＳＣＮＴが「１」か否かを判別
し（ステップＳ２２）、ＦＰＧＳＣＮＴ＝１であってパ
ージカットすべき運転状態のときは、前記ステップＳ３
０、Ｓ３２に進み、前条件不成立とする。ＦＰＧＣＮＴ
＝０のときは、リミットフラグＦＫＬＡＦＬＭＴが
「１」か否かを判別する。リミットフラグＦＫＬＡＦＬ
ＭＴは、補正係数ＫＬＡＦが所定上限値又は下限値に所
定時間以上貼り付いている（ＫＬＡＦリミット貼り付き
状態の）とき「１」に設定されるフラグである。

【００５５】ＦＫＬＡＦＬＭＴ＝１であってＫＬＡＦリ
ミット貼り付き状態のときは、触媒劣化モニタの終了を
「１」で示す終了フラグＦＤＯＮＥを「１」に設定して
前記ステップＳ３０に進む。

【００５６】ＦＫＬＡＦＬＭＴ＝０であってＫＬＡＦリ
ミット貼り付き状態でないときは、さらに吸気温ＴＡが
所定上下限値ＴＡＣＡＴＣＨＫＨ（例えば１００℃）、
ＴＡＣＡＴＣＨＫＬ（例えば−０．２℃）の範囲内にあ
るか否か、エンジン水温ＴＷが所定上下限値ＴＷＣＡＴ
ＣＨＫＨ（例えば１００℃）、ＴＷＣＡＴＣＨＫＬ（例
えば８０℃）の範囲内にあるか否か、エンジン回転数Ｎ
Ｅが所定上下限値ＮＥＣＡＴＣＨＫＨ（例えば３５００
ｒｐｍ）、ＮＥＣＡＴＣＨＫＬ（例えば１０００ｒｐ
ｍ）の範囲内にあるか否か、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所
定上下限値ＰＢＣＡＴＣＨＫＨ（例えば５１０ｍｍＨ
ｇ）、ＰＢＣＡＴＣＨＫＬ（例えば３００ｍｍＨｇ）の
範囲内にあるか否か、車速Ｖが所定上下限値ＶＣＡＴＣ
ＨＫＨ（例えば８０ｋｍ／ｈ）、ＶＣＡＴＣＨＫＬ（例
えば３２ｋｍ／ｈ）の範囲内にあるか否かを判別し（ス
テップＳ２５）、これらの運転パラメータのすべてが所
定上下限値の範囲内にあるときは、さらに触媒コンバー
タ２３の温度ＴＣＡＴが所定範囲（例えば３５０℃〜８
００℃）内にあるか否かを判別する（ステップＳ２
６）。この触媒温度ＴＣＡＴは、センサの検出値を用い
るが、エンジン運転状態に応じて推定した温度値を用い
てもよい。

【００５７】触媒温度ＴＣＡＴが所定範囲内にあるとき
はさらに、当該車両がクルーズ状態にあるか否かを判別
する（ステップＳ２７）。この判別は、例えば車速Ｖの
変動が０．８ｋｍ／ｓｅｃ以下の状態が所定時間（例え
ば２秒）継続したか否か判別することにより行う。そし
て車両がクルーズ状態あるときは、吸気管内絶対圧ＰＢ
Ａの変動量ΔＰＢＡ（例えば５ｍｓｅｃの間の変化量）
が所定値ＰＢＣＡＴ（例えば１６ｍｍＨｇ）以下か否か
を判別する（ステップＳ２８）。ここで変動量ΔＰＢＡ
が所定値ＰＢＣＡＴ以下のときは、さらにＬＡＦセンサ
２２の検出値に基づくフィードバック制御の実行中か否
かを判別する（ステップＳ２９）。

【００５８】そして、ステップＳ２５〜Ｓ２９のいずれ
かの答が否定（ＮＯ）のときは、前記ステップＳ３０に
進む一方、すべての答が肯定（ＹＥＳ）のとき、即ち運
転状態が所定の状態となったときは、ステップＳ３０で
スタートしたタイマｔＣＡＴＭのカウント値が「０」か
否かを判別する。最初はｔＣＡＴＭ＞０なので、前条件
不成立となり（ステップＳ３２）、運転状態が所定の状
態となってから所定時間ＴＣＡＴＭ（例えば５秒）経過
したとき、前条件成立と判定され、前条件フラグＦＭＣ
ＮＤを「１」に設定して（ステップＳ３３）、本処理を
終了する。

【００５９】図９は、Ｏ２センサ２４の出力に基づくフ
ィードバック制御により目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正
する処理のフローチャートである。

【００６０】ステップＳ５１では、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたマップを
検索することにより、フィードバック制御の比例項ゲイ
ンのマップ値ＫＰＭ、積分項ゲインのマップ値ＫＩＭ及
び微分項ゲインのマップ値ＫＤＭを読み込む。次いで、
図３の処理により算出した触媒劣化判定パラメータＨＡ
ＴＣＡＴに応じて図１０（ａ）に示すＫＰＩＣＡＴテー
ブルを検索し、触媒劣化補正係数ＫＰＩＣＡＴを算出す
る（ステップＳ５２）。ＫＰＩＣＡＴテーブルは、ＨＡ
ＴＣＡＴ＞ＨＡＴＣＡＴ０であってほぼ新品の触媒に対
してＫＰＩＣＡＴ＝１．０とし、劣化が進行する（ＨＡ
ＴＣＡＴ値が低下する）ほど、ＫＰＩＣＡＴ値が減少す
るように設定されている。

【００６１】続くステップＳ５３では、ステップＳ５１
で読み込んだフィードバック制御の各ゲインのマップ値
ＫＰＭ，ＫＩＭ，ＫＤＭに触媒劣化補正係数ＫＰＩＣＡ
Ｔを乗算することにより、フィードバック制御の比例項
ゲインＫＰ、積分項ゲインＫＩ及び微分項ゲインＫＤを
算出し、次いでＯ２センサ出力ＶＳＯ２と基準値ＶＳＯ
２ＲＥＦとの偏差ＤＶＳＯ２（＝ＶＳＯ２ＲＥＦ−ＶＳ
Ｏ２）を算出する（ステップＳ５４）。この偏差ＤＶＳ
Ｏ２は、Ｏ２センサ２４により検出される空燃比が理論
空燃比よりリッチ側のとき負の値となる。次いで、下記
数式８によりＰＩＤフィードバックパラメータＰＩＤＳ
Ｏ２を算出する（ステップＳ５５）。

【００６２】

【数８】ＩＤＶＳＯ２(k)＝ＩＤＶＳＯ２(k-1)＋ＤＶＳＯ２(k) ＤＤＶＳＯ２(k)＝ＤＶＳＯ２(k)−ＤＶＳＯ２(k-1) ＰＩＤＳＯ２＝ＫＰ×ＤＶＳＯ２(k)＋ＫＩ×ＩＤＶＳ
Ｏ２(k)＋ＫＤ×ＤＤＶＳＯ２(k) 数式８は、周知のＰＩＤ制御を表すものであり、ＩＤＶ
ＳＯ２は偏差ＤＶＳＯ２の積算値、ＤＤＶＳＯ２は偏差
ＤＶＳＯ２の変化量である。

【００６３】続くステップＳ５６では、ＰＩＤフィード
バックパラメータＰＩＤＳＯ２に応じて図１０（ｂ）に
示すＫＣＭＤＳＯ２テーブルを検索し、目標空燃比係数
ＫＣＭＤの修正項ＫＣＭＤＳＯ２を算出する。ＫＣＭＤ
ＳＯ２テーブルは、ＰＩＤフィードバックパラメータＰ
ＩＤＳＯ２が増加するほど修正項ＫＣＭＤＳＯ２が増加
するように設定されている。次いで、目標空燃比係数Ｋ
ＣＭＤを修正項ＫＣＭＤＳＯ２を加算することにより修
正し（ステップＳ５７）、本処理を終了する。

【００６４】図９の処理によれば、触媒下流側に設けら
れたＯ２センサ２４の検出値に応じて目標空燃比係数Ｋ
ＣＭＤが修正され、触媒コンバータ２３の酸素蓄積状態
に応じた目標空燃比係数ＫＣＭＤの設定を行うことがで
きる。また、ＰＩＤ制御の各制御ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋ
Ｄは、マップ検索値を触媒劣化判定パラメータＨＡＴＣ
ＡＴに応じて設定される補正係数ＫＰＩＣＡＴによって
補正することにより算出され、触媒の劣化度合が進行す
るほど小さな値とされるので、触媒の劣化度合に適した
目標空燃比係数ＫＣＭＤの修正を行うことができる。そ
の結果、触媒の劣化度合に応じたより適切な空燃比制御
を行うことができ、触媒コンバータ２３の浄化効率を向
上させることができる。

【００６５】触媒の劣化度合が進行するほど制御ゲイン
ＫＰ，ＫＩ，ＫＤを小さくなるように補正するのは、触
媒の劣化度合が進行すると触媒の酸素蓄積能力が低下す
るため、制御ゲインが大きいとその酸素蓄積能力を越え
て酸素過剰な、または逆にＣＯ，ＨＣが過剰な排気ガス
が触媒に供給され、触媒によって十分に浄化されなくな
る可能性が高くなるからである。

【００６６】（第２の実施形態）本実施形態は、第１の
実施形態においてモニタ許可フラグＦＧＯ６７が「１」
となり、触媒劣化モニタが許可されたときは、ＬＡＦセ
ンサ２２及びＯ２センサ２４の出力に応じた通常のフィ
ードバック制御を停止し、Ｏ２センサ２４の出力のみ応
じた空燃比フィードバック制御を実行する。具体的に
は、図１１に示す処理により、Ｏ２フィードバック補正
係数ＫＯ２を算出し、前記数式１に代えて下記数式８に
より、燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出し、これにより燃料噴
射量制御を行う。

【００６７】

【数８】Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２図１１の処理は、ＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣ
ＰＵ５ｂで実行される。

【００６８】同図のステップＳ４１では、出力ＶＳＯ２
と基準電圧ＶＳＯ２ＲＥＦとの大小関係が反転したか否
かを判別し、反転したときは、出力ＶＳＯ２が基準電圧
ＶＳＯ２ＲＥＦより低いか否かを判別する（ステップＳ
４２）。そして、ＶＳＯ２＜ＶＳＯ２ＲＥＦであるとき
は、補正係数ＫＯ２の直前値にリッチ側スペシャルＰ項
ＰＲＳＰを加算する一方、ＶＳＯ２＞ＶＳＯ２ＲＥＦで
あるときは、補正係数ＫＯ２の直前値からリーン側スペ
シャルＰ項を減算する比例制御を行う（ステップＳ４
３、Ｓ４４）。

【００６９】ステップＳ４１の答が否定（ＮＯ）のとき
は、出力ＶＳＯ２が基準電圧ＶＳＯ２ＲＥＦより低いか
否かを判別し（ステップＳ４５）、ＶＳＯ２＜ＶＳＯ２
ＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２の直前値にスペシ
ャルＩ項ＩＲＳＰを加算する一方、ＶＳＯ２＞ＶＳＯ２
ＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２の直前値からスペ
シャルＩ項ＩＬＳＰを減算する積分制御を行う（ステッ
プＳ４６、Ｓ４７）。

【００７０】図１１の処理により、Ｏ２センサ出力ＳＶ
Ｏ２及び補正係数ＫＯ２は図１２に示すように周期的に
変化する。図１２の（ＴＬ＋ＴＲ）が、Ｏ２センサ出力
の反転周期である。

【００７１】そして、ニューラルネットの入力パラメー
タは、以下の通りとし、劣化判定パラメータＨＡＴＣＡ
Ｔを算出する。

【００７２】Ｘ１＝ＮＥ（エンジン回転数）Ｘ２＝ＰＢＡ（吸気管内絶対圧）Ｘ３＝ＬＡＣＴ（ＥＧＲ弁リフト量）Ｘ４＝ＫＯ２（Ｏ２フィードバック補正係数）Ｘ５＝ＴＫＯ２（スペシャルＰ項ＰＲＳＰの加算処理
の実行周期）ここで、ＴＫＯ２は、スペシャルＰ項ＰＲＳＰの加算処
理の実行周期であり、図１２を参照すれば明らかなよう
に、これはＯ２センサ出力反転周期（ＴＬ＋ＴＲ）と一
致する。補正係数ＫＯ２及び／または加算処理実行周期
ＴＫＯ２が、特許請求の範囲に記載した酸素濃度検出手
段の検出値に基づいて算出される制御パラメータに対応
する。なお、これらのパラメータを入力パラメータとし
た学習を行ってニューラルネットの結合係数行列を決定
する。

【００７３】以上の点以外は、第１の実施形態と同一で
ある。

【００７４】本実施形態では、通常の空燃比フィードバ
ック制御は停止されるが、上記パラメータＸ１〜Ｘ５を
入力パラメータとするニューラルネットを用いて劣化判
定パラメータＨＡＴＣＡＴが算出されるので、エンジン
回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ等のエンジン運転パ
ラメータの影響も加味して、触媒の劣化度合をより正確
に検出することができる。

【００７５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
述した実施形態では、触媒コンバータ２３の上流側に
は、比例型のＬＡＦセンサ２２を設けるようにしたが、
ＬＡＦセンサ２２に代えて、Ｏ２センサ２４と同様のＯ
２センサ２２ａを設け、この検出値に応じて空燃比フィ
ードバック制御を行うようにしてもよい。その場合に
は、Ｏ２センサ２４の検出値に応じて、Ｏ２センサ２２
ａによるフィードバック制御の目標空燃比に相当する基
準値を修正するフィードバック制御を行う。

【００７６】また、上述した実施形態では、触媒劣化補
正係数ＫＰＩＣＡＴにより、フィードバック制御ゲイン
のマップ値ＫＰＭ、ＫＩＭ及びＫＤＭを補正するように
したが、マップ値ＫＰＭ、ＫＩＭ及びＫＤＭをそのまま
使用してＰＩＤフィードバックパラメータＰＩＤＳＯ２
を算出し、そのＰＩＤＳＯ２に補正係数ＫＰＩＣＡＴを
乗算するようにしてもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載した
発明によれば、排気ガス浄化手段を通過した排気ガス中
の酸素濃度が検出され、少なくともこの検出値またはこ
の検出値に基づいて算出される制御パラメータを含む機
関の運転パラメータを入力とするニューラルネットを用
いて、触媒の劣化度合が検出されるので、機関運転状態
の影響を加味して、触媒の劣化度合をより正確に検出す
ることができる。

【００７８】請求項２に記載した発明によれば、少なく
とも下流側酸素濃度検出手段の検出値またはこの検出値
に基づいて算出される制御パラメータを含む機関の運転
パラメータを入力とするニューラルネットを用いて、触
媒の劣化度合が検出され、該触媒劣化検出手段により検
出された触媒の劣化度合に応じて、下流側酸素濃度検出
手段の検出値に応じたフィードバック制御のフィードバ
ックパラメータが変更されるので、触媒の劣化度合に応
じてより適切な空燃比フィードバック制御を行うことが
でき、排気ガス浄化手段の浄化効率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関とその
制御装置の構成を示す図である。

【図２】ニューラルネットの構成を示す図である。

【図３】触媒劣化判定パラメータ算出処理のフローチャ
ートである。

【図４】入力データの正規化を行う処理のフローチャー
トである。

【図５】ニューラルネットの中間層及び出力層における
演算に相当する処理のフローチャートである。

【図６】シグモイド関数を説明するための図である。

【図７】触媒劣化判定処理のフローチャートである。

【図８】触媒劣化判定パラメータの算出を実行するため
の条件を判定する処理のフローチャートである。

【図９】触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサの出
力に応じたフィードバック制御処理のフローチャートで
ある。

【図１０】図９の処理で使用するテーブルを示す図であ
る。

【図１１】触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサの
出力に応じて燃料噴射量の補正係数（ＫＯ２）を算出す
る処理のフローチャートである。

【図１２】触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサの
出力と、燃料噴射量の補正係数（ＫＯ２）との関係を説
明するための図である。

【符号の説明】

１内燃エンジン２吸気管５電子コントロールユニット（触媒劣化検出手段、空
燃比制御手段、修正手段、パラメータ変更手段）６燃料噴射弁１２吸気管内絶対圧センサ１５エンジン回転数センサ２１排気管２２空燃比センサ（上流側酸素濃度検出手段）２３触媒コンバータ２４Ｏ２センサ（下流側酸素濃度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/22 ＺＡＢＦ０２Ｄ 41/22 ＺＡＢ３０５３０５Ｋ３０５ＺＧ０１Ｍ 15/00 ＺＡＢＧ０１Ｍ 15/00 ＺＡＢＺ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス
の浄化を行う排気ガス浄化手段の触媒の劣化度合を検出
する内燃機関の触媒劣化検出装置において、前記排気ガス浄化手段を通過した排気ガス中の酸素濃度
を検出する酸素濃度検出手段と、少なくとも前記酸素濃度検出手段の検出値または該検出
値に基づいて算出される制御パラメータを含む前記機関
の運転パラメータを入力とするニューラルネットを用い
て、前記触媒の劣化度合を検出する触媒劣化検出手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装
置。
【請求項２】内燃機関の排気系に設けられ、触媒によ
り排気ガスの浄化を行う排気ガス浄化手段と、該排気ガ
ス浄化手段の上流側で排気ガス中の酸素濃度を検出する
上流側酸素濃度検出手段と、該排気ガス浄化手段の下流
側で排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検
出手段と、前記上流側酸素濃度検出手段の検出値に応じ
て前記機関に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御手段と、前記下流側酸
素濃度検出手段の検出値に応じたフィードバック制御に
より前記目標空燃比を修正する修正手段とを備える内燃
機関の空燃比制御装置において、少なくとも前記下流側酸素濃度検出手段の検出値または
該検出値に基づいて算出される制御パラメータを含む前
記機関の運転パラメータを入力とするニューラルネット
を用いて、前記触媒の劣化度合を検出する触媒劣化検出
手段と、該触媒劣化判定手段により検出された前記触媒の劣化度
合に応じて、前記修正手段によるフィードバック制御の
フィードバックパラメータを変更するパラメータ変更手
段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。