JP3181113B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気系に装
着される触媒コンバータの上流側及び下流側に空燃比セ
ンサを設け、これらの空燃比センサの出力に基づいて機
関に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃
比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関の排気系に装着される三元触媒コン
バータの上流側及び下流側に空燃比センサを設け、これ
らのセンサの出力に基づいて機関に供給する混合気の空
燃比（以下「供給空燃比」という）をフィードバック制
御する手法は、従来より知られている。
【０００３】また、触媒コンバータの下流側の空燃比セ
ンサの出力に基づいて供給空燃比をフィードバック制御
する空燃比制御装置において、触媒コンバータの触媒の
劣化度合を検出し、該検出した劣化度合に応じてフィー
ドバック制御のスキップ量（比例項）及び積分項を変更
するようにしたものが従来より知られている（特開昭６
３−１４７９４１号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御装置
は、触媒が劣化するとＯ2ストレージ能力が低下し、フ
ィードバック制御の周期が短くなる点のみに着目し、ス
キップ量及び積分項の値を変更するものであるため、以
下のような問題が発生する。
【０００５】即ち、劣化した触媒は、排気ガス中の未燃
ガスを完全に浄化することができないため、未燃ガスが
触媒コンバータの下流側に漏れ出ることになる。そのた
め、触媒コンバータの下流側の空燃比センサに達したＣ
Ｏ，ＨＣが、センサのジルコニアの白金電極付近で大気
側の酸素イオンと触媒反応を起こし、排気ガス中に酸素
分子が残留しているにも拘らず、空燃比センサは供給空
燃比がリッチであることを示す検出信号を出力する。そ
の結果、その出力に基づいて制御される供給空燃比は所
望値よりリーン方向にずれてしまうことになる。
【０００６】本発明は上述した問題を解決するためにな
されたものであり、触媒劣化時においても空燃比フィー
ドバック制御を適切に行い、供給空燃比がリーン方向に
ずれることを防止することができる空燃比制御装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバー
タの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及び第
２の空燃比センサと、該第２の空燃比センサの出力に基
づいて空燃比制御定数を演算する空燃比制御定数演算手
段と、前記第１の空燃比センサの出力及び前記空燃比制
御定数に基づいて空燃比補正量を演算する空燃比補正量
演算手段と、該空燃比補正量に基づいて前記機関に供給
する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え
た内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒コンバ
ータの劣化を検出する触媒劣化検出手段と、前記触媒コ
ンバータの劣化が検出されたときは前記空燃比補正量を
リッチ側に補正する補正手段とを設けるようにしたもの
である。
【０００８】また本発明は、内燃機関の排気系に設けら
れた触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ設け
られた第１及び第２の空燃比センサと、該第２の空燃比
センサの出力が前記機関に供給する混合気の空燃比が所
定空燃比よりリッチ側にあることを示すとき第１の更新
量によりスキップ量を更新する一方、前記第２の空燃比
センサの出力が前記混合気の空燃比が前記所定空燃比よ
りリーン側にあることを示すとき第２の更新量により前
記スキップ量を更新するスキップ量更新手段と、前記第
１の空燃比センサの出力及び前記スキップ量に基づいて
空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、該空
燃比補正量に基づいて前記混合気の空燃比を制御する空
燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置にお
いて、前記触媒コンバータの劣化を検出する触媒劣化検
出手段と、前記触媒コンバータの劣化が検出されたとき
は前記第２の更新量に対する第１の更新量の比率が小さ
くなるように前記第１及び第２の更新量の少なくとも一
方を変更する更新量変更手段とを設けるようにしたもの
である。
【０００９】さらに本発明は、内燃機関の排気系に設け
られた触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ設
けられた第１及び第２の空燃比センサと、該第２の空燃
比センサの出力に基づいて空燃比補正定数を演算する空
燃比補正定数演算手段と、前記第１の空燃比センサの出
力が前記機関に供給する混合気の空燃比が所定空燃比よ
りリーン側にあることを示す状態からリッチ側にあるこ
とを示す状態に反転したときには、該反転時から第１の
所定時間だけ前記第１の空燃比センサ出力の反転判断を
遅延させる一方、前記第１の空燃比センサ出力が前記混
合気の空燃比が前記所定空燃比よりリッチ側にあること
を示す状態からリーン側にあることを示す状態に反転し
たときには、該反転時から第２の所定時間だけ前記第１
の空燃比センサ出力の反転判断を遅延させる遅延手段
と、該遅延手段の出力信号及び前記空燃比補正定数に基
づいて比例、積分演算を行って空燃比補正量を演算する
空燃比補正量演算手段と、該空燃比補正量に基づいて前
記混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた
内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒コンバー
タの劣化を検出する触媒劣化検出手段と、前記触媒コン
バータの劣化が検出されたときは前記第２の所定時間に
対する第１の所定時間の比率が増加するように前記第１
及び第２の所定時間の少なくとも一方を変更する遅延時
間変更手段とを設けるようにしたものである。
【００１０】
【作用】請求項１の空燃比制御装置によれば、第２の
（下流側）空燃比センサ出力に基づいて空燃比制御定数
が算出され、この空燃比制御定数と第１の（上流側）空
燃比センサ出力とに基づいて空燃比補正量が算出され、
この空燃比補正量により機関に供給する混合気の空燃比
が制御される。触媒コンバータの劣化検出時は前記空燃
比補正量がリッチ側に補正される。
【００１１】請求項２の空燃比制御装置によれば、第２
の（下流側）空燃比センサがリッチ側を示すとき第１の
更新量によりスキップ量が更新され、リーン側を示すと
き第２の更新量によりスキップ量が更新される。このス
キップ量と第１の（上流側）空燃比センサ出力とに基づ
いて、機関に供給する混合気の空燃比が制御される。触
媒コンバータの劣化検出時は第２の更新量に対する第１
の更新量の比率が小さくなるように第１及び／又は第２
の更新量が変更される。
【００１２】請求項３の空燃比制御装置によれば、第１
の（上流側）空燃比センサの出力がリーン側からリッチ
側に反転したときには、第１の所定時間だけ反転判断が
遅延され、リッチ側からリーン側に反転したときには第
２の所定時間だけ反転判断が遅延される。このようにし
て遅延された反転判断及び第２の（下流側）空燃比セン
サの出力に基づいて演算される空燃比補正定数に基づい
て機関に供給する混合気の空燃比が制御される。触媒コ
ンバータの劣化検出時は第２の所定時間に対する第１の
所定時間の比率が増加するように第１及び／又は第２の
所定時間が変更される。
【００１３】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳
述する。
【００１４】図１は本発明の一実施例に係る内燃機関
（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の
全体の構成図であり、エンジン１の吸気管２の途中には
スロットル弁３が配されている。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。
【００１５】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の開弁
時間が制御される。
【００１６】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７
を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられ
ており、この絶対圧センサ８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９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ＥＣ
Ｕ５に供給する。
【００１７】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ１０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１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２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１１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１２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。
【００１８】三元触媒（触媒コンバータ）１４はエンジ
ン１の排気管１３に配置されており、排気ガス中のＨ
Ｃ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。排気管１３の
三元触媒１４の上流側及び下流側には、それぞれ空燃比
センサとしての酸素濃度センサ１６，１７（以下それぞ
れ「上流側Ｏ2センサ１６」，「下流側Ｏ2センサ１７」
という）が装着されており、これらのＯ2センサ１６，
１７は排気ガス中の酸素濃度にを検出し、その検出値に
応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１９】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。
【００２０】ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィ
ードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域
等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エン
ジン運転状態に応じ、次式（１）に基づき、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Ｔｏ
ｕｔを演算する。
【００２１】Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＯ２×ＫＬＳ×Ｋ１＋
Ｋ２ …（１) ここに、Ｔｉは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数
ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決定される基本
燃料噴射時間であり、このＴｉ値を決定するためのＴｉ
マップが記憶手段５ｃに記憶されている。
【００２２】ＫＯ２は、Ｏ2センサ１６，１７の出力に
基づいて算出される空燃比補正係数であり、空燃比フィ
ードバック制御中は上流側Ｏ2センサ１６によって検出
された空燃比（酸素濃度）が目標空燃比に一致するよう
に設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態
に応じた所定値に設定される。
【００２３】ＫＬＳは、エンジンが所定減速運転状態に
あるとき値１．０未満の所定値に設定され、所定減速運
転以外の状態にあるとき値１．０に設定されるリーン化
係数である。
【００２４】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及び補正変数であ
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られるような値に設定され
る。
【００２５】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結
果に基づいて、燃料噴射弁６を駆動する信号を、出力回
路５ｄを介して出力する。
【００２６】なお、ＥＣＵ５は、補正手段、スキップ量
更新手段、空燃比補正量演算手段、空燃比制御手段、触
媒劣化検出手段、更新量変更手段、空燃比補正定数演算
手段、遅延手段及び遅延時間変更手段を構成する。
【００２７】図２は、前記空燃比補正係数ＫＯ２を算出
するプログラムのフローチャートであり、本プログラム
は一定時間（例えば５msec）毎に実行される。
【００２８】ステップＳ１〜Ｓ７では、上流側Ｏ2セン
サ１６の出力に基づくフィードバック制御が実行可能で
あるとき成立する第１のフィードバック制御条件が満た
されるか否かの判定を行う。即ち、エンジン水温ＴＷが
第１の所定水温ＴＷＯ２（例えば２５℃）より高いか否
か（ステップＳ１）、エンジンが所定の高負荷運転状態
にあるとき値１に設定されるフラグＦＷＯＴが値０であ
るか否か（ステップＳ２）、上流側Ｏ2センサ１６が活
性状態にあるか否か（ステップＳ３）、エンジン回転数
ＮＥが高回転側の所定回転数ＮＨＯＰより高いか否か
（ステップＳ４）、エンジン回転数ＮＥが低回転側の所
定回転数ＮＬＯＰ以下か否か（ステップＳ５）、フュエ
ルカット中か否か（ステップＳ６）及びリーン化係数Ｋ
ＬＳが値１．０であるか否かを判別する（ステップＳ
７）。その結果、エンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＯ２
より高く、ＦＷＯＴ＝０であって所定高負荷運転状態で
なく、上流側Ｏ2センサ１６が活性状態にあり、エンジ
ン回転数ＮＥがＮＬＯＰ＜ＮＥ≦ＮＨＯＰの範囲内にあ
り、フュエルカット中でなく且つＫＬＳ＝１．０であっ
て所定減速運転状態でないときには、第１のフィードバ
ック制御条件成立と判定してステップＳ８に進み、上流
側Ｏ2センサ１６の出力に基づいて補正係数ＫＯ２の算
出を行う。
【００２９】また、ＴＷ＞ＴＷＯ２且つＦＷＯＴ＝０で
あって上流側Ｏ2センサ１６が不活性状態のときには、
ステップＳ１０に進み、ステップＳ８のフィードバック
制御実行中に算出されるＫＯ２の学習値ＫＲＥＦを補正
係数ＫＯ２とする。
【００３０】上記以外のときには、ステップＳ９に進
み、補正係数ＫＯ２を値１．０とする。
【００３１】図３，４は、図２のステップＳ８で実行さ
れるプログラムのフローチャートであり、上流側Ｏ2セ
ンサ１６の出力電圧ＦＶＯ２に応じて補正係数ＫＯ２の
算出を行うものである。
【００３２】ステップＳ２１では、第１及び第２のリー
ンリッチフラグＦＡＦ１及びＦＡＦ２の初期化を行う。
第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１は、図７（ａ），
（ｂ）に示すように上流側Ｏ2センサ出力電圧ＦＶＯ２
が基準電圧ＦＶＲＥＦ（例えば０．４５Ｖ）より高いリ
ッチ状態のとき値１に設定されるフラグであり、第２の
リーンリッチフラグＦＡＦ２は、図７（ｄ）に示すよう
に第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１が反転した（０→
１又は１→０に変化した）時点から一定時間遅延してフ
ラグＦＡＦ１と同一値に設定されるフラグである。
【００３３】これらのフラグＦＡＦ１，ＦＡＦ２の初期
化は具体的には図５に示すプログラムにより実行され
る。先ず、フィードバック制御開始直後か否か、即ち、
前回までオープンループ制御を実行し、今回からフィー
ドバック制御を開始するのか否かを判別し（ステップＳ
５１）、開始時でなければ、初期化する必要がないの
で、直ちに本プログラムを終了する。
【００３４】開始時のときには、上流側Ｏ2センサ出力
電圧ＦＶＯ２が基準電圧ＦＶＲＥＦより低いか否かを判
別する（ステップＳ５２）。ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥＦが成
立するときには第１及び第２のリーンリッチフラグＦＡ
Ｆ１，ＦＡＦ２を値０に設定する一方（ステップＳ５
３）、ＦＶＯ２≧ＦＶＲＥＦが成立するときにはいずれ
も値１に設定する（ステップＳ５４）。
【００３５】図３に戻り、ステップＳ２２ではＫＯ２値
の初期化を行う。即ち、オープンループ制御からフィー
ドバック制御へ移行した直後、あるいはフィードバック
制御中にスロットル弁が急激に開弁されたときには、後
述するステップＳ４７で算出される学習値ＫＲＥＦをＫ
Ｏ２値の初期値として設定する。上記以外のときには、
何も行わない。
【００３６】続くステップＳ２３では、今回ＫＯ２値が
初期化されたか否かを判別し、初期化されたときには直
ちにステップＳ３９に進む一方、初期化されなかったと
きには、ステップＳ２４に進む。
【００３７】フィードバック制御開始時は、ステップＳ
２３の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ３９
〜Ｓ４５においてリーンリッチフラグＦＡＦ１，ＦＡＦ
２の値に応じてＰ項発生ディレーカウンタＣＤＬＹ１の
初期値設定及びＫＯ２値の積分制御（Ｉ項制御）を行
う。カウンタＣＤＬＹ１は、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に
示すように、第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１の反転
時点から第２のリーンリッチフラグＦＡＦ２を反転させ
るまでの遅延時間、即ちＯ2センサ出力ＦＶＯ２の反転
時点から比例制御（Ｐ項制御）を実行するまでの時間を
計測するものである。
【００３８】ステップＳ３９では第２のリーンリッチフ
ラグＦＡＦ２が値０か否かを判別し、ＦＡＦ２＝０のと
きにはステップ４０（図４）に進み、第１のリーンリッ
チフラグＦＡＦ１が値０か否かを判別する一方、ＦＡＦ
２＝１のときにはステップＳ４３（図４）に進み、第１
のリーンリッチフラグＦＡＦ１が値１か否かを判別す
る。フィードバック制御開始時は、ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥ
ＦであればＦＡＦ１＝ＦＡＦ２＝０であるので（図５参
照）、ステップＳ３９，Ｓ４０を経てステップＳ４１に
至り、カウンタＣＤＬＹ１に負の所定値ＴＤＲ（例えば
１２０ミリ秒相当の値）が設定される。またＦＶＯ２≧
ＦＶＲＥＦであれば、ＦＡＦ１＝ＦＡＦ２＝１であるの
で、ステップＳ３９，Ｓ４３を経てステップＳ４４に至
り、カウンタＣＤＬＹ１に正の所定値ＴＤＬ（例えば４
０ミリ秒相当の値）が設定される。フラグＦＡＦ１及び
ＦＡＦ２がともに値０又はともに値１以外のときは、カ
ウンタＣＤＬＹ１の初期値設定は行わず、ＦＡＦ２＝０
であればＫＯ２値に所定値Ｉを加算する一方（ステップ
Ｓ４２）、ＦＡＦ２＝１であればＫＯ２値から所定値Ｉ
を減算し（ステップＳ４５）、ステップＳ４６に進む。
【００３９】図３のステップＳ２３の答が否定（Ｎ
Ｏ）、即ちＫＯ２値が今回初期化されなかったときは、
ステップＳ２４に進み、上流側Ｏ2センサ出力電圧ＦＶ
Ｏ２が基準電圧ＦＶＲＥＦより低いか否かを判別する。
その結果、ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥＦが成立するときには、
ステップＳ２５に進み、第１のリーンリッチフラグＦＡ
Ｆ１を値０に設定するとともに、Ｐ項発生ディレーカウ
ンタＣＤＬＹ１を値１だけデクリメントする（図７
（ｃ），Ｔ４，Ｔ１０参照）。次いで、カウンタＣＤＬ
Ｙ１のカウント値が負の所定値ＴＤＲより小さいか否か
を判別し（ステップＳ２６）、ＣＤＬＹ１＜ＴＤＲが成
立するときにはＣＤＬＹ１＝ＴＤＲとする一方（ステッ
プＳ２７）、ＣＤＬＹ≧ＴＤＲが成立するときには直ち
にステップＳ３１に進む。
【００４０】ステップＳ２４の答が否定（ＮＯ）、即ち
ＦＶＯ２≧ＦＶＲＥＦが成立するときには、第１のリー
ンリッチフラグＦＡＦ１を値１に設定するとともに、カ
ウンタＣＤＬＹ１を値１だけインクリメントする（図７
（ｃ），Ｔ２，Ｔ６，Ｔ８参照）。次いでカウンタＣＤ
ＬＹ１のカウント値が正の所定値ＴＤＬより大きいか否
かを判別し（ステップＳ２９）、ＣＤＬＹ１＞ＴＤＬが
成立するときにはＣＤＬＹ１＝ＴＤＬとする一方（ステ
ップＳ３０）、ＣＤＬＹ１≦ＴＤＬが成立するときには
直ちにステップＳ３１に進む。
【００４１】ここでステップＳ２６，Ｓ２７，Ｓ２９，
Ｓ３０は、カウンタＣＤＬＹ１のカウント値が負の所定
値ＴＤＲより小、あるいは正の所定値ＴＤＬより大とな
らないようにするために設けられている。
【００４２】ステップＳ３１では、カウンタＣＤＬＹ１
のカウント値の符号（正負）が反転したか否かを判別
し、反転しないときには前記ステップＳ３９〜Ｓ４５の
Ｉ項制御を実行する一方、反転しているときにはステッ
プＳ３２〜Ｓ３８のＰ項制御を実行する。
【００４３】ステップＳ３２では、第１のリーンリッチ
フラグＦＡＦ１が値０であるか否かを判別し、ＦＡＦ１
＝０のときには、図４のステップＳ３３に進み、第２の
リーンリッチフラグＦＡＦ２を値０とするとともに、カ
ウンタＣＤＬＹ１のカウント値を負の所定値ＴＤＲとし
（ステップＳ３４）、さらに補正係数ＫＯ２を次式
（２）により算出する（ステップＳ３５）（図７、時刻
ｔ４，ｔ１０参照）。
【００４４】ＫＯ２＝ＫＯ２＋ＰＲ×ＫＰ …（２） ここでＰＲはリッチ補正用比例項（Ｐ項）、ＫＰはＰ項
増減係数である。ＰＲ値は後述する図６のプログラムに
よって算出され、ＫＰ値はエンジン回転数ＮＥ及び吸気
管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたマップから読み出
される。
【００４５】ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）、即ち
ＦＡＦ１＝１であるときには、第２のリーンリッチフラ
グＦＡＦ２を値１とするとともにカウンタＣＤＬＹ１の
カウント値を正の所定値ＴＤＬとし（ステップＳ３６，
Ｓ３７）、さらに補正係数ＫＯ２を次式（３）により算
出する（ステップＳ３８）（図７、時刻ｔ２，ｔ８参
照）。
【００４６】ＫＯ２＝ＫＯ２−ＰＬ×ＫＰ …（３） ここでＰＬはリーン補正用比例項（Ｐ項）であり、ＰＬ
値はＰＲ値と同様に図６のプログラムによって算出され
る。
【００４７】続くステップＳ４６ではＫＯ２値のリミッ
トチェックを行い、次いでＫＯ２値の学習値ＫＲＥＦの
算出（ステップＳ４７）及びＫＲＥＦ値のリミットチェ
ック（ステップＳ４８）を行って本プログラムを終了す
る。
【００４８】図３，４のプログラムによれば、図７に示
すように、上流側Ｏ2センサ出力電圧ＦＶＯ２の反転時
点（時刻ｔ１，ｔ３，ｔ７，ｔ９）から所定時間（Ｔ
２，Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１０）遅延して、Ｐ項制御が実行さ
れ（時刻ｔ２，ｔ４，ｔ８，ｔ１０）、第２のリーンリ
ッチフラグＦＡＦ２＝０の期間中はＫＯ２値の増加方向
のＩ項制御が実行され（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５〜Ｔ８）、Ｆ
ＡＦ２＝１の期間中はＫＯ２値の減少方向のＩ項制御が
実行される（Ｔ３，Ｔ４，Ｔ９，Ｔ１０）。なお、時刻
ｔ５〜ｔ７間でセンサ出力ＦＶＯ２が短い周期で変動し
ているが、負の所定値ＴＤＲ１に対応するＰ項制御の遅
延時間より変動周期が短いため、第２のリーンリッチフ
ラグＦＡＦ２が反転せず、Ｐ項制御は実行されない。
【００４９】図６は、図３，４のプログラムで使用され
るリッチ補正用Ｐ項ＰＲ及びリーン補正用Ｐ項ＰＬを算
出するプログラムのフローチャートである。本プログラ
ムは一定時間（例えば１００msec）毎に実行される。
【００５０】ＰＲ値及びＰＬ値は、基本的には下流側Ｏ
2センサ１７の出力電圧ＲＶＯ２に基づいて算出する
（第２のフィードバック制御）が、この第２のフィード
バック制御が実行可能でないとき（例えば、エンジンの
アイドル時、下流側Ｏ2センサ１７の不活性時等）に
は、所定値又はフィードバック制御中に算出される学習
値が使用される。
【００５１】ステップＳ６１では下流側Ｏ2センサ出力
電圧ＲＶＯ２が基準値ＲＶＲＥＦ（例えば０．４５Ｖ）
より低いか否かを判別し、ＲＶＯ２＜ＲＶＲＥＦが成立
するときには、ステップＳ６２に進み、ＰＲ値にリーン
判定時用加減算項ＤＰＬを加算する（図８（ｂ），Ｔ
２，Ｔ４参照）。次いでＰＲ値が上限値ＰＲＭＡＸより
大きくなったときには、ＰＲ値を上限値ＰＲＭＡＸとす
る（ステップＳ６３，Ｓ６４）。
【００５２】続くステップＳ６５ではＰＬ値からリーン
判定時用加減算項ＤＰＬを減算し（図８（ｃ），Ｔ２，
Ｔ４参照）、ＰＬ値が下限値より小さくなったときに
は、ＰＬ値を下限値ＰＬＭＩＮとする（ステップＳ６
６，Ｓ６７）。
【００５３】一方、前記ステップＳ６１の答が否定（Ｎ
Ｏ）、即ちＲＶＯ２≧ＲＶＲＥＦが成立するときには、
ステップＳ６８に進み、ＰＲ値からリッチ判定時用加減
算項ＤＰＲを減算し（図８（ｂ），Ｔ１，Ｔ３参照）、
ＰＲ値が下限値ＰＲＭＩＮより小さくなったときには、
ＰＲ値を下限値ＰＲＭＩＮとする（ステップＳ６９，Ｓ
７０）。
【００５４】続くステップＳ７１では、ＰＬ値にリッチ
判定用加減算項ＤＰＲを加算し（図８（ｃ），Ｔ１，Ｔ
３参照）、ＰＬ値が上限値ＰＬＭＡＸより大きくなった
ときには、ＰＬ値を上限値ＰＬＭＡＸとする（ステップ
Ｓ７２，Ｓ７３）。
【００５５】図６のプログラムによれば、図８に示すよ
うに、ＲＶＯ２＜ＲＶＲＥＦが成立する期間中（Ｔ２，
Ｔ４）は、上下限値の範囲内でＰＲ値は増加し、ＰＬ値
は減少する一方、ＲＶＯ２≧ＲＶＲＥＦが成立する期間
中（Ｔ１，Ｔ３）は、ＰＲ値は減少し、ＰＲ値は増加す
る。
【００５６】次に三元触媒１４の性能が劣化した場合を
考慮した、加減算項ＤＰＲ，ＤＰＬ（第１及び第２の更
新量）の設定手法を、図９（ａ）を参照して説明する。
【００５７】同図に示すように、後述する手法により触
媒（ＣＡＴ）の性能劣化が検出される前は、ＤＰＲ値及
びＤＰＬ値をそれぞれ正常時用の所定値ＤＰＲ１，ＤＰ
Ｌ１（例えばそれぞれ１，３）に設定し（ステップＳ８
２）、触媒の性能劣化が検出された後は、劣化時用の所
定値ＤＰＲ２，ＤＰＬ２（例えばそれぞれ１，４）に設
定する（ステップＳ８３）。
【００５８】これにより、ＰＲ項及びＰＬ項（スキップ
量）のリーン判定時（ＲＶＯ２＜ＲＶＲＥＦ成立時）に
おける更新速度が増加し（図８（ｂ）（ｃ）のＴ２，Ｔ
４における傾きが増加し）、ＰＲ項は、触媒の正常時に
比べて値が増加する一方、ＰＬ項は逆に減少する。その
結果、上流側Ｏ2センサ出力ＦＶＯ２の基づく空燃比フ
ィードバック制御によって得られる供給空燃比がリッチ
方向へバイアスされることになる。従って、触媒劣化時
に下流側Ｏ2センサ出力が、リッチ方向にずれること
（触媒から漏れ出る未燃ガスがセンサの白金電極付近で
センサから供給される酸素イオンと反応することによ
る）に起因する供給空燃比のリーン方向へのずれを防止
することができる。
【００５９】なお、上述した実施例ではリーン判定時用
の加減算項ＤＰＬのみを増加させているが、これに限る
ものではなく、リッチ判定時の加減算項ＤＰＲのみを減
少させてもよく、またＤＰＬ値を増加させるとともにＤ
ＰＲ値を減少させるようにしてもよい。即ち、触媒の性
能劣化時には、正常時に比べて、ＤＰＲ／ＤＰＬ（ＤＰ
Ｌに対するＤＰＲの比率）が小さくなるようにＤＰＲ値
及び／又はＤＰＬ値を変更するようにすればよい。
【００６０】図９（ｂ）は、加減算項ＤＰＲ，ＤＰＬを
変更することに代わる他の実施例を示すものであり、本
実施例では、第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１の反転
から第２のリーンリッチフラグＦＡＦ２の反転までの遅
延時間を決定する所定値ＴＤＲ及びＴＤＬ（第１及び第
２の所定時間）を変更する。
【００６１】同図に示すように、触媒の性能劣化が検出
される前は、ＴＤＲ値及びＴＤＬ値を正常時用のＴＤＲ
１，ＴＤＬ１（例えばそれぞれ１２０msec，４０msecに
相当する値）に設定し（ステップＳ８５）、触媒の性能
劣化が検出された後は、劣化時用の所定値ＴＤＲ２，Ｔ
ＤＬ２（例えばそれぞれ６０msec，１０msecに相当する
値）に設定する（ステップＳ８６）。
【００６２】このように設定することにより、触媒の劣
化時は、正常時に比べて、上流側Ｏ2センサ出力ＦＶＯ
２がリーン側からリッチ側へ反転したときの遅延時間
（図７（ｂ）のＴ２，Ｔ８）が逆に反転したときの遅延
時間（図７（ｂ）のＴ４，Ｔ１０）より相対的に長くな
る（正常時は｜ＴＤＲ１｜／ＴＤＬ１＝３であるのに対
し、劣化時は｜ＴＤＲ２｜／ＴＤＬ２＝６となる）の
で、Ｉ項を加算する方向の積分制御を行う期間（図７
（ｂ），Ｔ１＋Ｔ２，Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８）が相対
的に長くなり、供給空燃比がリッチ方向にバイアスされ
る。従って、本実施例によっても、触媒劣化時における
供給空燃比のリーン方向へのずれを防止することができ
る。
【００６３】なお、図９（ｂ）の実施例では、ＴＤＲ値
及びＴＤＬ値の両方を変更するようにしたが、これに限
るものではなく、｜ＴＤＲ｜値のみを増加させるように
してもよく、またＴＤＬ値のみを減少させるようにして
もよい。即ち、触媒の性能劣化時には、正常時に比べ
て、｜ＴＤＲ｜／ＴＤＬ（ＴＤＬに対する｜ＴＤＲ｜の
比率）が大きくなるように、ＴＤＲ値及び／又はＴＤＬ
値を変更するようにすればよい。
【００６４】次に三元触媒１４の性能劣化判定手法を図
１０〜図１２を参照して説明する。この触媒劣化判定
は、図１１に示すように下流側Ｏ2センサ１７の出力Ｒ
ＶＯ２のみに基づいて補正係数ＫＯ２を算出するフィー
ドバック制御実行中に、ＫＯ２値を減少方向にスキップ
させるためのスペシャルＰ項ＰＬＳＰが発生してからＯ
2センサ出力ＲＶＯ２が反転するまでの時間ＴＬ及びＫ
Ｏ２値を増加方向にスキップさせるためのスペシャルＰ
項ＰＲＳＰが発生してからＯ2センサ出力ＲＶＯ２が反
転するまでの時間ＴＲを計測し、これらの時間ＴＬ，Ｔ
Ｒに基づいて行われる。
【００６５】図１０は、この判定を行うプログラムのフ
ローチャートであり、同図のステップＳ９１では劣化判
定を行うべき前条件が成立しているか否かを判別する。
この前条件は例えばエンジン運転状態が定常的な状態に
あるとき成立する。
【００６６】前条件が成立しないときには、時間ＴＬ，
ＴＲの積算値ＴＬＳＵＭ，ＴＲＳＵＭ及びＴＬ値、ＴＲ
値の計測回数ｎＴＬ，ｎＴＲを値０にリセットし（ステ
ップＳ９２）、前述した図３〜図６のプログラムによる
通常の燃料制御を行う（ステップＳ９３）。
【００６７】前条件が成立するときには、ＴＬ値、ＴＲ
値の計測を所定回数行ったか否かを判別し（ステップＳ
９４）、最初はこの答が否定（ＮＯ）となるので、ステ
ップＳ９５に進み、下流側Ｏ2センサ出力ＲＶＯ２のみ
に基づくＰＩ（比例積分）制御を行うとともに、ＴＬ値
及びＴＲ値の計測を行って、それらの値の積算値ＴＬＳ
ＵＭ，ＴＲＳＵＭを算出する（ステップＳ９５，Ｓ９
６）。
【００６８】具体的には、図１１に示すように、Ｏ2セ
ンサ出力ＲＶＯ２のリーンリッチ反転時点ｔ１から所定
時間ｔＬＤ経過した時刻ｔ２において、リーン方向のス
ペシャルＰ項ＰＬＳＰにより、ＫＯ２値を減少方向にス
キップさせ、その後、センサ出力ＲＶＯ２のリッチリー
ン反転時点ｔ３から所定時間ｔＲＤ経過する時刻ｔ４ま
でＫＯ２値を漸減させるＩ項制御を行う。そしてこのと
き時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間をＴＬ値（ＴＬ1）
として計測する。次に時刻ｔ４においてリッチ方向のス
ペシャルＰ項ＰＲＳＰにより、ＫＯ２値を増加方向にス
キップさせ、その後センサ出力ＲＶＯ２のリーンリッチ
反転時点ｔ５から所定時間ｔＬＤ経過する時刻ｔ６まで
ＫＯ２値を漸増させるＩ項制御を行う。そして、このと
き時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間をＴＲ値（ＴＲ1）
として計測する。以後、同様にして順次ＴＬ2，ＴＲ2，
…を計測し、それらの計測値の積算値としてＴＬＳＵ
Ｍ，ＴＲＳＵＭを算出する。
【００６９】ステップＳ９４の答が肯定（ＹＥＳ）、即
ち、所定回数計測が完了すると、次式（４）により判定
時間ＴＣＨＫを算出する（ステップＳ９７）。
【００７０】ＴＣＨＫ＝（ＴＬＳＵＭ／ｎＴＬ＋ＴＲＳ
ＵＭ／ｎＴＲ）／２ …（４） 次に判定時間ＴＣＨＫが所定値ｔＳＴＲＧ以上か否かを
判別し（ステップＳ９８）、所定値ｔＳＴＲＧ以上のと
きには正常と判定する一方（ステップＳ９９）、所定値
ｔＳＴＲＧより小さいときには触媒が劣化していると判
定する（ステップＳ１００）。
【００７１】この判定手法は、時間ＴＬとＴＲの平均値
Ｔが触媒の浄化率（ＣＡＴ浄化率）と図１２に示すよう
な関係があり、触媒の性能（Ｏ2ストレージ能力）が低
下してくると、平均値Ｔが減少することを利用するもの
である。この手法により、触媒の劣化を正確に判定する
ことができる。
【００７２】なお、図１２から明らかなように判定時間
ＴＣＨＫは触媒の劣化度合を表わすので、加減算項ＤＰ
Ｒ，ＤＰＬ又は遅延時間を決定する所定値ＴＤＲ，ＴＤ
Ｌを触媒の劣化度合（ＴＣＨＫ）に応じて徐々に変更す
るように設定してもよい。
【００７３】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１の空燃比制
御装置によれば、触媒コンバータの劣化検出時は、空燃
比補正量がリッチ側に補正されるので、触媒コンバータ
の劣化時に第２の（下流側）空燃比センサ出力がリッチ
方向にずれることに起因する供給空燃比のリーン方向へ
のずれを防止することができる。
【００７４】また、請求項２の空燃比制御装置によれ
ば、触媒コンバータの劣化検出時は、スキップ量（比例
項）を更新する第２の更新量（ＤＰＬ）に対する第１の
更新量（ＤＰＲ）の比率が小さくなるように第１及び／
又は第２の更新量が変更されるので、供給空燃比がリッ
チ方向にバイアスされる。その結果、請求項１の空燃比
制御装置と同様に触媒コンバータの劣化時に第２の（下
流側）空燃比センサ出力がリッチ方向にずれることに起
因する供給空燃比のリーン方向へのずれを防止すること
ができる。
【００７５】また請求項３の空燃比制御装置によれば、
触媒コンバータの劣化検出時は、第１の（上流側）空燃
比センサ出力の反転判断を遅延させるための第２の所定
時間（ＴＤＬ，リッチ→リーン反転時に適用される）に
対する第１の所定時間（ＴＤＲ，リーン→リッチ反転時
に適用される）の比率が増加するように第１及び／又は
第２の所定時間が変更されるので、供給空燃比がリッチ
方向にバイアスされ、請求項１又は２の空燃比制御装置
と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関及びその空燃
比制御装置の全体構成図である。
【図２】空燃比補正係数（ＫＯ２）を算出するプログラ
ムのフローチャートである。
【図３】触媒コンバータの上流側のＯ2センサ出力に基
づいて空燃比補正係数を算出するプログラムのフローチ
ャートである。
【図４】触媒コンバータの上流側のＯ2センサ出力に基
づいて空燃比補正係数を算出するプログラムのフローチ
ャートである。
【図５】図３，４のプログラムで使用するフラグの初期
化を行うプログラムのフローチャートである。
【図６】触媒コンバータの下流側のＯ2センサ出力に基
づいてパラメータ（ＰＲ，ＰＬ）値を算出するプログラ
ムのフローチャートである。
【図７】図３，４のプログラムの動作を説明するための
図である。
【図８】図６のプログラムの動作を説明するための図で
ある。
【図９】図３，４のプログラムで使用するパラメータ
（ＤＰＬ，ＤＰＲ，ＴＤＬ，ＴＤＲ）の値を算出するプ
ログラムのフローチャートである。
【図１０】触媒コンバータの劣化判定を行うプログラム
のフローチャートである。
【図１１】図１０のプログラムの動作を説明するための
図である。
【図１２】触媒コンバータの劣化判定手法の原理を説明
するための図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ５ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ） ６ 燃料噴射弁 １０ エンジン冷却水温センサ １４ 三元触媒 １６ 上流側Ｏ2センサ １７ 下流側Ｏ2センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 敏彦 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 中山 隆義 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 飯田 直樹 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−1440（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17746（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−141840（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−342849（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及
    び第２の空燃比センサと、該第２の空燃比センサの出力
    に基づいて空燃比制御定数を演算する空燃比制御定数演
    算手段と、前記第１の空燃比センサの出力及び前記空燃
    比制御定数に基づいて空燃比補正量を演算する空燃比補
    正量演算手段と、該空燃比補正量に基づいて前記機関に
    供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを
    備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒コ
    ンバータの劣化を検出する触媒劣化検出手段と、前記触
    媒コンバータの劣化が検出されたときは前記空燃比補正
    量をリッチ側に補正する補正手段とを設けたことを特徴
    とする内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及
    び第２の空燃比センサと、該第２の空燃比センサの出力
    が前記機関に供給する混合気の空燃比が所定空燃比より
    リッチ側にあることを示すとき第１の更新量によりスキ
    ップ量を更新する一方、前記第２の空燃比センサの出力
    が前記混合気の空燃比が前記所定空燃比よりリーン側に
    あることを示すとき第２の更新量により前記スキップ量
    を更新するスキップ量更新手段と、前記第１の空燃比セ
    ンサの出力及び前記スキップ量に基づいて空燃比補正量
    を演算する空燃比補正量演算手段と、該空燃比補正量に
    基づいて前記混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段
    とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記触
    媒コンバータの劣化を検出する触媒劣化検出手段と、前
    記触媒コンバータの劣化が検出されたときは前記第２の
    更新量に対する第１の更新量の比率が小さくなるように
    前記第１及び第２の更新量の少なくとも一方を変更する
    更新量変更手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の
    空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
    バータの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた第１及
    び第２の空燃比センサと、該第２の空燃比センサの出力
    に基づいて空燃比補正定数を演算する空燃比補正定数演
    算手段と、前記第１の空燃比センサの出力が前記機関に
    供給する混合気の空燃比が所定空燃比よりリーン側にあ
    ることを示す状態からリッチ側にあることを示す状態に
    反転したときには、該反転時から第１の所定時間だけ前
    記第１の空燃比センサ出力の反転判断を遅延させる一
    方、前記第１の空燃比センサ出力が前記混合気の空燃比
    が前記所定空燃比よりリッチ側にあることを示す状態か
    らリーン側にあることを示す状態に反転したときには、
    該反転時から第２の所定時間だけ前記第１の空燃比セン
    サ出力の反転判断を遅延させる遅延手段と、該遅延手段
    の出力信号及び前記空燃比補正定数に基づいて比例、積
    分演算を行って空燃比補正量を演算する空燃比補正量演
    算手段と、該空燃比補正量に基づいて前記混合気の空燃
    比を制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃
    比制御装置において、前記触媒コンバータの劣化を検出
    する触媒劣化検出手段と、前記触媒コンバータの劣化が
    検出されたときは前記第２の所定時間に対する第１の所
    定時間の比率が増加するように前記第１及び第２の所定
    時間の少なくとも一方を変更する遅延時間変更手段とを
    設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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