JP3156582B2 - 内燃機関の触媒劣化判別装置 - Google Patents

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
の劣化の有無を判別する装置（触媒劣化判別装置）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、その軌跡長、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。

【０００５】例えば、特公平 7-26578号公報に開示され
た装置は、上記Ｏ₂ ストレージ効果の低下を検出して触
媒の劣化を判別する装置である。すなわち、同装置は、
ダブルＯ₂ センサシステムにおいて、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
転周期が所定値よりも短くなった場合に触媒が劣化した
と判別するものであり、その際、機関吸入空気量が所定
の劣化判別実行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。

【０００６】一般に、触媒におけるＯ₂ ストレージ能力
のレベルが同一であっても、触媒におけるＯ₂ 吸着・放
出量は、排気流量に応じて変化する。すなわち、排気流
量が大きければ、単位時間当たりにおける触媒のＯ₂ 吸
着・放出量も大きくなる。そのため、排気流量が過大な
状態では、Ｏ₂ ストレージ能力が低下していない正常触
媒であっても、流入排気空燃比がリッチ側に振れている
間に短時間でＯ₂ を放出し尽くしてしまい、その後はＯ
₂ を放出することができなくなる。また、同様に、排気
流量が過大な状態では、Ｏ₂ ストレージ能力が低下して
いない正常触媒であっても、流入排気空燃比がリーン側
に振れている間に短時間でＯ₂ 吸着量が飽和してしま
い、その後はＯ₂ を吸着することができなくなる。従っ
て、排気流量が過大な状態では、触媒が正常な場合であ
っても、下流側Ｏ₂ センサ出力は上流側Ｏ₂ センサ出力
と同様に変動するようになり、触媒劣化ありと誤判定さ
れる可能性がある。

【０００７】また、逆に、排気流量が小さければ、単位
時間当たりにおける触媒のＯ₂ 吸着・放出量も小さくな
る。そのため、排気流量が過少な状態では、Ｏ₂ ストレ
ージ能力が低下した劣化触媒であっても、流入排気空燃
比がリッチ側に振れている間に酸素を放出し尽くしてし
まうという状態には至りにくくなり、一方、流入排気空
燃比がリーン側に振れている間にＯ₂ 吸着量が飽和して
しまうという状態にも至りにくくなる。従って、排気流
量が過少な状態では、触媒が劣化している場合であって
も、下流側Ｏ₂ センサ出力の変動は小さくなり、触媒劣
化なしと誤判定される可能性がある。上記特公平 7-265
78号公報に開示された装置は、排気流量にほぼ比例する
吸入空気量が所定の劣化判別実行領域内にある場合にの
み触媒劣化判別を行うことにより、かかる誤判定を防止
している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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）に維持することが肝要であり、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。

【０００９】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センサ（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） 但し、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） 実際に筒内で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。

【００１０】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。

【００１１】かかる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。そして、その場合にも、前記した特公
平 7-26578号公報に開示されたように、排気流量にほぼ
比例する吸入空気量が所定の劣化判別実行領域内にある
場合にのみ触媒劣化判別を行うことにより、誤判定の防
止を図ることが好ましい。しかしながら、そのときに
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。

【００１２】一般に、触媒におけるＯ₂ 吸着・放出量
は、前述したように排気流量に依存するとともに、空燃
比の変動幅（又は機関空燃比の理論空燃比からの変位の
絶対値）にも依存する。すなわち、同一の排気流量であ
っても、空燃比の変動幅が大きい場合には、変動幅が小
さい場合に比較してＯ₂ 吸着・放出量は大きくなる。従
って、同一の排気流量であっても、空燃比の変動幅が大
きいほど、Ｏ₂ ストレージ能力が限界に至る吸入空気量
は小さくなる、ということができる。

【００１３】図３は、空燃比変動幅と触媒のＯ₂ ストレ
ージ能力が限界に至る吸入空気量との関係を、正常触媒
の場合（曲線Ｃ１）及び劣化触媒の場合（曲線Ｃ２）に
ついて示す特性図である。曲線Ｃ１を越えるような吸入
空気量の領域では、たとえ正常触媒であっても、触媒劣
化ありと誤判定される。また、曲線Ｃ２は、換言すれ
ば、劣化触媒においてＯ₂ ストレージ効果が現れる吸入
空気量を表し、曲線Ｃ２より低い吸入空気量の領域で
は、実際には劣化触媒であっても、触媒劣化なしと誤判
定される。

【００１４】ダブルＯ₂ センサシステムの場合には、吸
入空気量によらず、Ｏ₂ センサがリッチを示すか又はリ
ーンを示すかに応じて、一定の燃料噴射量補正を行うこ
とにより、一定に空燃比を振る制御が行われるため、そ
の制御範囲は、図３に示されるように、空燃比変動幅ａ
₀ からａ₁ までに示される狭い範囲となる。従って、触
媒劣化判定を実施すべき吸入空気量の領域は、同図に示
されるｂ₀ を下限とし、ｂ₁ を上限とする一定の範囲と
することができる。

【００１５】しかし、Ａ／Ｆセンサの出力電圧に基づく
空燃比フィードバック制御においては、その出力電圧と
目標電圧（ストイキ相当電圧）との偏差が大きいほど燃
料補正量が大きくなるように制御されるため、走行状態
により空燃比の変動幅が大きく変化する。従って、誤検
出を防止すべく触媒劣化判定を実施すべき吸入空気量の
領域を一定の領域に限定することは、極めて困難であ
り、たとえ一定の領域を設定することができたとして
も、極めて狭い範囲であり、触媒の劣化を検出する機会
を著しく減少せしめることとなる。

【００１６】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、排気
浄化触媒の上流側に排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例す
る出力特性を有するＡ／Ｆセンサを設け、Ａ／Ｆセンサ
の出力によって表される空燃比と理論空燃比との偏差に
基づいて空燃比が理論空燃比となるようにフィードバッ
ク制御する内燃機関において、触媒下流側Ｏ₂ センサの
出力に基づき触媒劣化診断を行う場合に、その診断精度
の向上と診断機会の増大との両立を図ることにある。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。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、触媒劣化判定
を実施すべき吸入空気量の領域を空燃比変動幅（すなわ
ち、機関空燃比の理論空燃比からの変位）に応じて可変
にする、という基本的着想に基づき、以下に記載される
ような技術構成を採用することにより、上記目的を達成
するものである。

【００１８】すなわち、本発明に係る、内燃機関の触媒
劣化判別装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気
浄化触媒の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に
ほぼ比例する出力特性を有する上流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流側に設けられた下流側空燃比セ
ンサと、少なくとも前記上流側空燃比センサの出力に基
づいて機関空燃比が理論空燃比となるようにフィードバ
ック制御する空燃比フィードバック制御手段と、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の実行中において、前記機関吸入空
気量が所定の判別実行領域内にあるときに、少なくとも
前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化
触媒の劣化の有無を判別する触媒劣化判別手段と、前記
上流側空燃比センサの出力と理論空燃比に相当する目標
出力との偏差に応じて、前記機関吸入空気量に関する判
別実行領域を設定する領域設定手段と、を具備する。

【００１９】

【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。

【００２０】図４は、本発明の一実施形態に係る触媒劣
化判別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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】また、このエンジンは、Ａ／Ｆセンサ４５
による空燃比フィードバック制御の制御中心を変動させ
ることによりＡ／Ｆセンサ４５の出力特性のばらつきを
補償する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。

【００２７】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（空燃比制御）、点火時期制
御、アイドル回転速度制御などに加え、触媒劣化判別処
理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（ＣＰ
Ｕ）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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】以下では、空燃比制御（燃料噴射制御）及
び本発明に係る触媒劣化判別処理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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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、所定のクランク角ごとに実行される。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２１６）、本ルーチンを終了する。

【００３６】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
に筒内で燃焼せしめられた燃料量と目標筒内燃料量との
差）ＦＤ_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ＦＤ_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。

【００３７】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。そして、このような補正後の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。

【００３８】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、実際に筒内で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ＭＣ_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。

【００３９】次いで、 ＤＦ←Ｋ_fp＊ＦＤ₀ ＋Ｋ_fs＊ΣＦＤ_i なる演算により、比例・積分制御（ＰＩ制御）による燃
料補正量ＤＦが決定される（ステップ２１４）。なお、
右辺第１項はＰＩ制御の比例項であり、Ｋ_fpは比例項ゲ
インである。また、右辺第２項はＰＩ制御の積分項であ
り、Ｋ_fsは積分項ゲインである。

【００４０】図９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３０２）。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３１２）、本ルーチンを終了する。

【００４１】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電圧差（実際に
検出されたＯ₂ センサ出力電圧と目標Ｏ₂ センサ出力電
圧との差）ＶＤ_i を更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝
０，１，…，ｐ−１）回前のＶＤ_i を第“ｉ＋１”回前
のＶＤ_i+1 とする（ステップ３０４）。これは、過去ｐ
回分の電圧差ＶＤ_i のデータをＲＡＭ７４内に記憶し、
今回新たに電圧差ＶＤ₀を算出するためである。

【００４２】次いで、Ｏ₂ センサ４６の出力電圧ＶＯＳ
を検出する（ステップ３０６）。次いで、そのＶＯＳ及
び目標Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯＳＴ（例えば０．５Ｖ）
に基づいて、 ＶＤ₀ ←ＶＯＳ−ＶＯＳＴ なる演算を実行することにより、最新の電圧差ＶＤ₀ を
求める（ステップ３０８）。

【００４３】最後に、 ＤＶ←Ｋ_vp＊ＶＤ₀ ＋Ｋ_vs＊ΣＶＤ_i なる演算により、ＰＩ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３１０）。なお、Ｋ_vp
及びＫ_vsは、それぞれ比例項及び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センサによるフィードバック制御の制御中心
電圧を変化させるために使用される。

【００４４】図１０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ＦＣＲ₀ 、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４０２）。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４０４）。

【００４５】図１１及び図１２は、触媒劣化判別ルーチ
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、劣化判定のための一般的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５０４
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５０４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
検出するとともに、エアフローメータ４０の出力に基づ
き吸入空気量ＱＡ（体積流量）を検出する。次いで、ス
テップ５０６では、検出されたＶＡＦとＡ／Ｆセンサ目
標電圧（すなわち理論空燃比相当電圧）ＶＡＦＴ（例え
ば３．３Ｖ）とに基づき、 ΔＶＡＦ←｜ＶＡＦ−ＶＡＦＴ｜ なる演算を実行して、出力電圧ＶＡＦと目標電圧ＶＡＦ
Ｔとの偏差（絶対値）ΔＶＡＦを求める。

【００４７】次いで、ステップ５０８では、ΔＶＡＦに
基づいて図１３に示される如きマップを参照することに
より、偏差ΔＶＡＦに応じた触媒劣化判別用吸入空気量
上限値ＱＡＨ及び下限値ＱＡＬを決定する。なお、この
マップは、あらかじめＲＯＭ７３に格納されている。図
３に関して先に説明したように、ＱＡＨの曲線は、正常
触媒においてＯ₂ ストレージが限界に至る吸入空気量を
表し、一方、ＱＡＬの曲線は、劣化触媒においてＯ₂ ス
トレージが出現する吸入空気量を表しており、ＱＡＨを
越えるようなときには、実際には正常触媒であっても触
媒劣化ありと誤判定され、また、ＱＡＬを下回るような
ときには、実際には劣化触媒であっても触媒劣化なしと
誤判定される。そこで、ステップ５１０では、吸入空気
量ＱＡが劣化判別実行領域内にあるか否か、すなわち、 ＱＡＬ≦ＱＡ≦ＱＡＨ が満足されるか否かを判定し、かかる吸入空気量条件が
不成立の場合には本ルーチンを終了し、成立の場合には
ステップ５１２に進む。

【００４８】ステップ５１２では、ＶＡＦの軌跡長ＬＶ
ＡＦを、 ＬＶＡＦ←ＬＶＡＦ＋｜ＶＡＦ−ＶＡＦＯ｜ なる演算により更新する。次いで、ステップ５１４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５１６で
は、次回の実行に備え、 ＶＡＦＯ←ＶＡＦ ＶＯＳＯ←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。

【００４９】次いで、ステップ５１８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５２０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５２２に進み、ＣＴＩＭＥ≦Ｃ₀ のときに
は本ルーチンを終了する。ステップ５２２では、ＬＶＡ
Ｆの値に基づいて図１４に示される如きマップを参照す
ることにより、ＬＶＡＦの値に応じた劣化判定基準値Ｌ
_ref を決定する。なお、このマップは、あらかじめＲＯ
Ｍ７３に格納されている。同図に示されるように、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。

【００５０】次いで、ステップ５２４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ＡＬＭＣＣを１
にするとともに（ステップ５２６）、アラームランプ６
８（図４参照）を点灯する（ステップ５２８）。ＬＶＯ
Ｓ＜Ｌ_ref のときには、触媒劣化なしとみなし、アラー
ムフラグＡＬＭＣＣを０とする（ステップ５３０）。ア
ラームフラグＡＬＭＣＣ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５３２）。最後のステップ５３４では、次
回の触媒劣化判別に備え、ＣＴＩＭＥ，ＬＶＡＦ，ＬＶ
ＯＳがクリアされる。

【００５１】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。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、触媒のＯ₂ ストレ
ージ量は、排気流量と機関空燃比の理論空燃比からの変
位とによって影響を受けるが、本発明によれば、排気流
量とほぼ比例する吸入空気量についての触媒劣化判別実
行領域が現在の空燃比変位に基づいて変更されるため、
触媒劣化診断処理における診断精度の向上と診断機会の
増大との両立が図られる。すなわち、本発明は、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】空燃比変動幅と触媒のＯ₂ ストレージ能力が限
界に至る吸入空気量との関係を、正常触媒の場合（曲線
Ｃ１）及び劣化触媒の場合（曲線Ｃ２）について示す特
性図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る触媒劣化判別装置を
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】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１０】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１１】触媒劣化判別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１２】触媒劣化判別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１３】Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦと目標電圧ＶＡ
ＦＴとの偏差ΔＶＡＦに応じて触媒劣化判別用吸入空気
量上限値ＱＡＨ及び下限値ＱＡＬを決定するためのマッ
プを示す図である。

【図１４】Ａ／Ｆセンサ出力電圧軌跡長ＬＶＡＦに応じ
てＯ₂ センサ出力電圧軌跡長ＬＶＯＳに関する劣化判定
基準値Ｌ_ref を決定するためのマップを示す図である。

【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ＥＣＵ ７１…ＣＰＵ ７２…システムバス ７３…ＲＯＭ ７４…ＲＡＭ ７５…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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00 F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
   化触媒の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度にほ
   ぼ比例する出力特性を有する上流側空燃比センサと、 前記排気浄化触媒の下流側に設けられた下流側空燃比セ
   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
   関空燃比が理論空燃比となるよう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、 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の実行中において、前記
   機関吸入空気量が所定の判別実行領域内にあるときに、
   少なくとも前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前
   記排気浄化触媒の劣化の有無を判別する触媒劣化判別手
   段と、 前記上流側空燃比センサの出力と理論空燃比に相当する
   目標出力との偏差に応じて、前記機関吸入空気量に関す
   る判別実行領域を設定する領域設定手段と、 を具備する、内燃機関の触媒劣化判別装置。