JP4365671B2 - Engine control device - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係り、特に、排気通路に三元触媒等の排気浄化用触媒が配設されているエンジンにおいて、前記触媒の劣化判定（診断）を、排気エミッションの悪化を抑制しつつ、迅速かつ高精度に行うことができるようにされたエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device, and in particular, in an engine in which an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst is disposed in an exhaust passage, the deterioration determination (diagnosis) of the catalyst is suppressed and deterioration of exhaust emission is suppressed. However, the present invention relates to an engine control apparatus that can be performed quickly and with high accuracy.

従来、例えば、下記特許文献１等にも見られるように、触媒の上流側に、空燃比をリニアに検出する空燃比センサを配置するとともに、触媒の下流側に、空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを検出する酸素センサを配置し、前記空燃比センサの出力に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比が目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を行うとともに、該空燃比フィードバック制御の目標空燃比をステップ的に変更する（切り換える）ようになし、目標空燃比を切り換えた時点（又は、前記空燃比センサの出力が切り換え後の目標空燃比に向けて所定量変化した時点）から、前記酸素センサの出力が切り換え後の目標空燃比に向けて所定量変化するまでの所要時間（応答時間）に基づいて、前記触媒が劣化したか否かを判定することが提案されている。   Conventionally, for example, as seen in the following Patent Document 1 and the like, an air-fuel ratio sensor that linearly detects an air-fuel ratio is arranged upstream of the catalyst, and the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio downstream of the catalyst. On the other hand, an oxygen sensor for detecting whether it is rich or lean is arranged, and based on the output of the air-fuel ratio sensor, air-fuel ratio feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture provided for combustion becomes the target air-fuel ratio The target air-fuel ratio of the air-fuel ratio feedback control is changed (switched) in a stepwise manner, and the time when the target air-fuel ratio is switched (or the output of the air-fuel ratio sensor is directed toward the target air-fuel ratio after switching. Whether or not the catalyst has deteriorated based on the required time (response time) from when the quantitative change occurs until the output of the oxygen sensor changes by a predetermined amount toward the target air-fuel ratio after switching. It has been proposed to be constant.

特開平１０−１６９４９４号公報（第１〜１６頁、図１〜図１１）JP-A-10-169494 (pages 1-16, FIGS. 1-11)

ところで、近年の排気規制の強化に伴い、触媒の劣化診断時の排気エミッションの悪化が問題となっている。さらに、北米でのＲＡＴＥ法導入に伴い診断の頻度向上も重要な課題であり、低負荷低回転領域での高精度な診断も必要となる。そのためには、診断精度の向上とともに、診断時間の短縮化も重要となる。   By the way, with the recent tightening of exhaust regulations, deterioration of exhaust emission at the time of catalyst deterioration diagnosis has become a problem. Furthermore, with the introduction of the RATE method in North America, improvement in the frequency of diagnosis is also an important issue, and high-precision diagnosis in a low-load low-rotation region is also required. For this purpose, it is important to improve diagnosis accuracy and shorten diagnosis time.

しかしながら、前記従来提案の診断装置では、目標空燃比変更後の触媒下流側の酸素センサの出力に基づいて応答時間を計測し、該応答時間に基づいて触媒の劣化判定を行うようにされているが、触媒診断にあたっての目標空燃比の変更幅（ステップ量）に関しては格別の配慮がなされておらず、そのため、例えば、触媒の診断を、低負荷低回転域で行った場合は、高負荷高回転域で行った場合に比して、診断に要する時間が長くなり、前記ＲＡＴＥ法に対応できない虞れがある。   However, in the previously proposed diagnostic device, the response time is measured based on the output of the oxygen sensor on the downstream side of the catalyst after the change of the target air-fuel ratio, and the deterioration of the catalyst is determined based on the response time. However, no special consideration is given to the change range (step amount) of the target air-fuel ratio in the catalyst diagnosis. For this reason, for example, when the diagnosis of the catalyst is performed in the low load and low rotation range, the high load high Compared with the case where the rotation is performed, the time required for diagnosis becomes longer, and the RATE method may not be supported.

また、酸素センサの出力に基づいて応答時間を計測しているが、運転状態により変化する空燃比の変化速度を考慮していないため、触媒出口の雰囲気（排ガス）の空燃比がストイキに対し、リッチ側もしくはリーン側に大きく変化してしまい、排気エミッションが一層悪化する虞がある。   In addition, the response time is measured based on the output of the oxygen sensor, but since the change rate of the air-fuel ratio that changes depending on the operating state is not considered, the air-fuel ratio of the atmosphere (exhaust gas) at the catalyst outlet is There is a risk that exhaust emission will be further deteriorated due to a large change to the rich side or lean side.

さらに、排ガス規制強化に伴い、新品と劣化品の判別が難しくなるため、より高精度な触媒診断技術が要望されている。   Furthermore, since it becomes difficult to discriminate between new and deteriorated products as the exhaust gas regulations are tightened, more accurate catalyst diagnosis technology is demanded.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、触媒の劣化判定を、排気エミッションの悪化を抑制しつつ、高精度にかつ短時間で行うことができるようにされたエンジンの制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to perform catalyst deterioration determination with high accuracy and in a short time while suppressing deterioration of exhaust emission. Another object is to provide an engine control device.

上記課題を解決すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、排気通路に配設された排気浄化用の触媒と、該触媒の下流側における排ガスの空燃比を検出する酸素センサと、を備えたエンジンに適用されるもので、基本的には、該制御装置は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、目標とする空燃比をステップ的に変化させるべく目標空燃比ステップ量を設定する目標空燃比ステップ量設定手段と、該目標空燃比ステップ量設定手段により設定されたステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する目標空燃比設定手段と、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とするための制御を行う空燃比制御手段と、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された後において前記触媒の下流側における排ガスの空燃比が前記目標空燃比に向けて所定量以上変化するまでの応答時間を計測する応答時間計測手段と、該応答時間計測手段により計測された応答時間に基づいて、前記触媒の劣化度を判定する触媒劣化度判定手段と、を備える。   In order to solve the above problems, an engine control apparatus according to the present invention includes an exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage, and an oxygen sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas downstream of the catalyst. Basically, the control device detects an operating state of the engine and detects a target air-fuel ratio step amount to change the target air-fuel ratio stepwise. Target air / fuel ratio step amount setting means to be set, target air / fuel ratio setting means for stepwise changing the target air / fuel ratio based on the step amount set by the target air / fuel ratio step amount setting means, and combustion Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means, and the target air-fuel ratio change stepwise by the target air-fuel ratio setting means. Response time measuring means for measuring the response time until the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst changes by a predetermined amount or more toward the target air-fuel ratio, and the response measured by the response time measuring means Catalyst deterioration degree determination means for determining the deterioration degree of the catalyst based on time.

そして、前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記目標空燃比ステップ量を、前記運転状態検出手段により検出されたエンジンの運転状態に基づいて設定することを特徴としている。   The target air-fuel ratio step amount setting means sets the target air-fuel ratio step amount based on the operating state of the engine detected by the operating state detecting means.

好ましい態様では、前記触媒の上流側における排ガスの空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサを備え、前記空燃比制御手段は、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とすべく、前記リニア空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御を行うようにされる。   In a preferred embodiment, a linear air-fuel ratio sensor that linearly detects an air-fuel ratio of exhaust gas upstream of the catalyst is provided, and the air-fuel ratio control means sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion to the target air-fuel ratio setting means The feedback control based on the output of the linear air-fuel ratio sensor is performed so as to obtain the target air-fuel ratio set by the above.

より具体的な好ましい態様では、前記応答時間計測手段は、前記応答時間として、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された時点、又は、前記リニア空燃比センサの出力あるいはその変化率が所定値以上もしくは所定値以下となった時点から、前記酸素センサの出力が所定値以下もしくは所定値以上となるまでの所要時間を計測するようにされる。   In a more specific and preferred aspect, the response time measuring means, as the response time, when the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting means, or the output of the linear air-fuel ratio sensor or its The time required until the output of the oxygen sensor reaches a predetermined value or less or a predetermined value or more after the change rate becomes a predetermined value or more or a predetermined value or less is measured.

また、より具体的な他の好ましい態様では、前記応答時間計測手段は、前記応答時間として、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された時点、又は、前記リニア空燃比センサの出力あるいはその変化率が所定値以上もしくは所定値以下となった時点から、前記酸素センサの出力の変化率が所定値以下もしくは所定値以上となるまでの所要時間を計測するようにされる。   Further, in another more preferable aspect, the response time measuring means is a point in time when the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting means as the response time, or the linear air-fuel ratio sensor. The time required until the change rate of the output of the oxygen sensor becomes a predetermined value or less or a predetermined value or more after the output or the change rate thereof becomes a predetermined value or more or a predetermined value or less is measured.

一般に、例えば、三元触媒においては、Ｏ２貯蔵能力を有しているため、目標空燃比をステップ的に変更する（切り換える）ことによって、前記触媒下流に配置された酸素センサ出力の変化に応答遅れを生じる。触媒が新品であるときに比べ、劣化するにつれて、前記応答遅れ時間が短くなるため、この応答時間により触媒の劣化度を判定することができる。 In general, for example, a three-way catalyst has an O 2 storage capability, and therefore responds to changes in the output of an oxygen sensor arranged downstream of the catalyst by changing (switching) the target air-fuel ratio stepwise. Cause delay. Since the response delay time becomes shorter as the catalyst is deteriorated than when the catalyst is new, the degree of deterioration of the catalyst can be determined from the response time.

ここで、前記応答時間は目標空燃比のステップ量や、エンジンの運転状態に伴い変化してしまう。これは、触媒内のＯ２の吸着・脱離速度が変化してしまうためで、この吸着・脱離速度が遅ければ、劣化判定（診断）に時間がかかってしまい、速ければ診断終了時に目標空燃比をストイキに戻した際、触媒出口の空燃比雰囲気がストイキから大きくずれてしまい、排気エミッションの悪化につながる。そのため、本発明では、エンジンの運転状態に基づいて、前記目標空燃比のステップ量を設定することで、応答時間を一定にし、さらには、応答時間計測終了後の触媒出口空燃比雰囲気のストイキからのずれ量を極力少なくすることで、診断精度の向上と排気エミッションの悪化を抑制するようにされる。 Here, the response time changes according to the step amount of the target air-fuel ratio and the operating state of the engine. This is because the adsorption and desorption rate of O 2 in the catalyst is changed, if the adsorption and desorption rate is slow, it takes time to deterioration determination (diagnosis), the target at the time of diagnosis termination if Hayakere When the air-fuel ratio is returned to stoichiometry, the air-fuel ratio atmosphere at the catalyst outlet is greatly deviated from stoichiometry, leading to deterioration of exhaust emission. Therefore, in the present invention, the response time is made constant by setting the step amount of the target air-fuel ratio based on the operating state of the engine, and further, from the stoichiometry of the catalyst outlet air-fuel ratio atmosphere after the response time measurement is completed. By reducing the amount of deviation as much as possible, improvement of diagnostic accuracy and deterioration of exhaust emission are suppressed.

また、別の好ましい態様では、前記運転状態検出手段により検出される運転状態に基づいて、単位時間あたりの吸入空気量を算出する単位吸気量算出手段を備え、前記触媒劣化判定手段は、前記単位吸気量算出手段により算出された単位吸気量に基づいて前記触媒の劣化度を判定するようにされる。   In another preferred aspect, the apparatus further comprises unit intake air amount calculation means for calculating an intake air amount per unit time based on the operation state detected by the operation state detection means, wherein the catalyst deterioration determination means is the unit. The degree of deterioration of the catalyst is determined based on the unit intake air amount calculated by the intake air amount calculating means.

さらに好ましい他の態様では、前記応答時間計測手段により計測された応答時間、前記単位吸気量算出手段により算出される単位吸気量、及び、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比もしくは前記リニア空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒のＯ２貯蔵能力を推定するＯ２貯蔵能力推定手段を備える。 In a further preferred aspect, the response time measured by the response time measuring means, the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount calculating means, and the target air fuel ratio set by the target air fuel ratio setting means or the based on the output of the linear air-fuel ratio sensor comprises an O 2 storage capacity estimation means for estimating the O 2 storage capacity of the catalyst.

さらに別の好ましい態様では、前記劣化判定手段は、前記Ｏ２貯蔵能力推定手段により推定された前記触媒のＯ２貯蔵能力に基づいて、前記触媒の劣化度を判定するようにされる。 In still another preferred aspect, the deterioration determining means determines the degree of deterioration of the catalyst based on the O 2 storage capacity of the catalyst estimated by the O 2 storage capacity estimating means.

すなわち、例えば、単位時間あたりの（例えば１サンプリングあたりの）吸入空気量とリニア空燃比センサ出力（触媒上流の空燃比）の積を積算することで、触媒のＯ２貯蔵能力を推定し、この推定されたＯ２貯蔵能力に基づいて、触媒の劣化度を判定するようにされる。 That is, for example, by integrating the product of the intake air amount per unit time (for example, per sampling) and the linear air-fuel ratio sensor output (the air-fuel ratio upstream of the catalyst), the O 2 storage capacity of the catalyst is estimated. The degree of deterioration of the catalyst is determined based on the estimated O 2 storage capacity.

他のより好ましい態様では、前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記ステップ量を、前記応答時間計測手段により計測される応答時間が略一定となるように設定するようにされる。   In another more preferred aspect, the target air-fuel ratio step amount setting means sets the step amount so that the response time measured by the response time measuring means is substantially constant.

すなわち、吸入空気量の大小よって、単位時間あたりの触媒入口のＯ２量は変化するので、前記応答時間も、吸入空気量の大小によって変化する。一方、触媒の劣化度判定のためのしきい値を一本化することで、診断・制御ロジックの簡易化、合理化を図ることができ、診断精度の向上、診断時間（劣化度判定に要する時間）の短縮化等が可能となる。そこで、前記応答時間が略一定となるように（所定範囲内に収まるように）、例えば、吸入空気量に基づいて、前記目標空燃比ステップ量を設定し、触媒の劣化度判定のためのしきい値を一本化するようにされる。 That is, since the amount of O 2 at the catalyst inlet per unit time varies depending on the amount of intake air, the response time also varies depending on the amount of intake air. On the other hand, by unifying the threshold value for determining the degree of deterioration of the catalyst, the diagnosis / control logic can be simplified and rationalized, improving the diagnosis accuracy and the diagnosis time (the time required for determining the degree of deterioration) ) Can be shortened. Therefore, for example, the target air-fuel ratio step amount is set based on the intake air amount so that the response time becomes substantially constant (contains within a predetermined range), and is used for determining the degree of deterioration of the catalyst. The threshold is unified.

この場合、より好ましい態様では、前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記ステップ量を、前記Ｏ２貯蔵能力推定手段により推定されたＯ２貯蔵能力、及び、前記単位吸気量算出手段により算出された単位吸気量に基づいて設定するようにされる。 In this case, a more preferred embodiment, the target air-fuel ratio step amount setting means, the step amount, the O 2 estimated by the storage capacity estimation means the O 2 storage capability, and is calculated by the unit intake air quantity calculating means It is set based on the unit intake air amount.

すなわち、推定されたＯ２貯蔵能力と前記単位吸気量から、Ｏ２の吸着・脱離速度を算出することができ、前記Ｏ２吸着・脱離速度を一定とすることで前記応答時間を略一定にすることが可能となる。 That is, the O 2 adsorption / desorption rate can be calculated from the estimated O 2 storage capacity and the unit intake air amount, and the response time can be reduced by keeping the O 2 adsorption / desorption rate constant. It becomes possible to make it constant.

他の好ましい態様では、前記空燃比制御手段は、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とすべく、前記酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を行うようにされ、かつ、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された後、前記応答時間計測手段により前記応答時間の計測が終了するまでは、前記空燃比フィードバック制御を停止するようにされる。   In another preferred aspect, the air-fuel ratio control means is configured to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means, based on the output of the oxygen sensor After the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting unit and the measurement of the response time by the response time measuring unit is completed, the air-fuel ratio feedback is performed. Control is stopped.

すなわち、前記応答時間計測中に、酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行すると、前記応答時間が適正に計測されなくなるため、前記空燃比フィードバック制御を停止する。   That is, if the air-fuel ratio feedback control based on the output of the oxygen sensor is executed during the response time measurement, the response time is not properly measured, so the air-fuel ratio feedback control is stopped.

本発明に係る制御装置によれば、目標空燃比のステップ量をエンジンの運転状態に基づいて設定するようにされるので、前記ステップ量に格別の配慮がなされていない場合に比して、診断・制御ロジックの簡易化、合理化を図れ、触媒の診断を、排気エミッションの悪化を極力抑えつつ、高精度にかつ短時間で行うことが可能となる。   According to the control device of the present invention, since the step amount of the target air-fuel ratio is set based on the operating state of the engine, the diagnosis is performed as compared with the case where no special consideration is given to the step amount. -Simplification and rationalization of control logic, and catalyst diagnosis can be performed with high accuracy and in a short time while suppressing deterioration of exhaust emissions as much as possible.

以下、本発明のエンジンの制御装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiments of an engine control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明のエンジンの制御装置の一実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示すシステム構成図である。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of an engine control device of the present invention together with an engine to which the controller is applied.

エンジン１は、シリンダヘッド１Ａ及びシリンダブロック１Ｂからなる本体部に例えば４つの気筒９が形成されており、各気筒９には、ピストン８が摺動自在に嵌挿され、このピストン８上方に燃焼室１Ｃが画成されている。各気筒９の燃焼室１Ｃには、点火コイルに接続された点火プラグ１２が臨設されるとともに、吸気通路１８（の下流部分を形成する吸気管及び吸気ポートからなる分岐通路部）及び排気通路１９（の上流部分を形成する排気ボート及び排気管からなる個別通路部）が吸気弁６及び排気弁７を介してそれぞれ連通せしめられている。   In the engine 1, for example, four cylinders 9 are formed in a main body portion including a cylinder head 1 </ b> A and a cylinder block 1 </ b> B. A piston 8 is slidably inserted into each cylinder 9, and combustion is performed above the piston 8. Chamber 1C is defined. A spark plug 12 connected to an ignition coil is provided in the combustion chamber 1C of each cylinder 9, and an intake passage 18 (a branch passage portion including an intake pipe and an intake port forming a downstream portion thereof) and an exhaust passage 19 are provided. (Individual passage portions including an exhaust boat and an exhaust pipe forming the upstream portion thereof) are communicated with each other via an intake valve 6 and an exhaust valve 7.

前記吸気通路１８には、その上流側から順次、エアークリーナ２０、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）弁５、スロットル弁３、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２、吸気通路１８におけるスロットル弁３より下流側（コレクタボックス３０）の圧力を検出する圧力センサ３１、スワール流を生成するためのスワールコントロール弁２７、及び、燃料噴射弁（インジェクタ）１１が配在されている。なお、スワールコントロール弁２７及び燃料噴射弁１１は、吸気通路１８の下流部分を形成する分岐通路部に配在されている。   In the intake passage 18, an air cleaner 20, an idle speed control (ISC) valve 5, a throttle valve 3, an air flow sensor 2 for detecting the intake air amount, and a downstream side of the throttle valve 3 in the intake passage 18 in that order from the upstream side. A pressure sensor 31 for detecting the pressure in the (collector box 30), a swirl control valve 27 for generating a swirl flow, and a fuel injection valve (injector) 11 are arranged. The swirl control valve 27 and the fuel injection valve 11 are arranged in a branch passage portion that forms a downstream portion of the intake passage 18.

一方、燃料タンク２１内の燃料は、燃料ポンプ２２によって、吸引・加圧された後、プレッシャーレギュレータ１５を備えた燃料通路２３を通って前記燃料噴射弁１１に導かれ、余分な燃料は、燃料タンク２１に戻される。   On the other hand, the fuel in the fuel tank 21 is sucked and pressurized by the fuel pump 22 and then led to the fuel injection valve 11 through the fuel passage 23 having the pressure regulator 15. Returned to the tank 21.

前記排気通路１９には、排気浄化用の三元触媒２４が介装され、この触媒２４の上流側に、排ガス中の空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサ１６が配置され、前記触媒２４の下流側に、触媒診断用の酸素センサ１７が配置されている。   A three-way catalyst 24 for exhaust purification is interposed in the exhaust passage 19, and a linear air-fuel ratio sensor 16 that linearly detects an air-fuel ratio in the exhaust gas is disposed on the upstream side of the catalyst 24. An oxygen sensor 17 for catalyst diagnosis is disposed on the downstream side.

また、排気通路１９に排出された排ガスの一部は、ＥＧＲ制御弁２８が介装されたＥＧＲ通路２９を通じて吸気通路１８（のコレクタボックス３０）に導入され、各気筒９の燃焼室１Ｃに還流せしめられる。   A part of the exhaust gas discharged to the exhaust passage 19 is introduced into the intake passage 18 (collector box 30 thereof) through the EGR passage 29 in which the EGR control valve 28 is interposed, and is returned to the combustion chamber 1C of each cylinder 9. I'm damned.

かかる構成を有するエンジン１においては、エアクリーナ２０で清浄化されて吸気通路１８上流部に吸入された空気は、スロットル弁３で流量を調整された後、燃料噴射弁１１から吸気通路１８内に噴射供給された燃料（ガソリン）と混合されて各気筒９の燃焼室１Ｃに吸入され、燃焼室１Ｃに吸入された混合気は、点火プラグ１２により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、排気通路１９に介装された触媒２４により浄化された後、マフラー２５を経由して外部（大気）に排出される。   In the engine 1 having such a configuration, the air that has been cleaned by the air cleaner 20 and sucked into the upstream portion of the intake passage 18 is injected into the intake passage 18 from the fuel injection valve 11 after the flow rate is adjusted by the throttle valve 3. The air-fuel mixture mixed with the supplied fuel (gasoline) and sucked into the combustion chamber 1C of each cylinder 9 is ignited by the spark plug 12 and explosively burned, and the combustion waste gas ( The exhaust gas) is purified by the catalyst 24 interposed in the exhaust passage 19 and then discharged to the outside (atmosphere) via the muffler 25.

そして、本実施形態においては、燃料噴射量の制御（燃焼に供される混合気の空燃比の制御）、点火時期の制御、前記触媒２４の診断等を行うべく、コントロールユニット１０が備えられている。コントロールユニット１０は、それ自体はよく知られているもので、ＭＰＵ、ＩＯ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換、タイマ／カウンタ等からなっている。   In the present embodiment, the control unit 10 is provided to control the fuel injection amount (control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion), control of the ignition timing, diagnosis of the catalyst 24, and the like. Yes. The control unit 10 is well known per se and comprises an MPU, IO, ROM, RAM, A / D conversion, timer / counter, and the like.

コントロールユニット１０には、エアーフローセンサ２、スロットルセンサ４、圧力センサ３１、クランク角センサ１３、水温センサ１４、空燃比センサ１６、酸素センサ１７等から、それぞれ吸入空気量、スロットル開度、吸気通路内圧力、エンジン回転数、冷却水温、排ガスの空燃比、触媒２４下流の酸素濃度等に応じた検出信号が供給され、コントロールユニット１０は、それらの信号に基づいて、所定の演算処理を行い、空燃比制御、触媒２４の診断等を行う。   The control unit 10 includes an air flow sensor 2, a throttle sensor 4, a pressure sensor 31, a crank angle sensor 13, a water temperature sensor 14, an air / fuel ratio sensor 16, an oxygen sensor 17, etc. Detection signals corresponding to the internal pressure, engine speed, cooling water temperature, exhaust gas air-fuel ratio, oxygen concentration downstream of the catalyst 24, and the like are supplied, and the control unit 10 performs predetermined arithmetic processing based on these signals, Air-fuel ratio control, diagnosis of the catalyst 24, and the like are performed.

次に、コントロールユニット１０が触媒２４の診断に際して実行する制御の一例を詳細に説明する。   Next, an example of control executed by the control unit 10 when diagnosing the catalyst 24 will be described in detail.

コントロールユニット１０は、図２に機能ブロック図の一例が示されているように、運転状態検出手段４０により検出される吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等に基づいて、目標とする空燃比をステップ的に変化させるべく目標空燃比ステップ量を設定する目標空燃比ステップ量設定手段４１と、該目標空燃比ステップ量設定手段４１により設定されたステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する目標空燃比設定手段４２と、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段４２により設定された目標空燃比とすべく、例えば燃料噴射量に対する、リニア空燃比センサ１６の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御手段５０と、前記目標空燃比設定手段４２により目標空燃比がステップ的に変更された後において前記触媒２４の下流側における排ガスの空燃比が前記目標空燃比に向けて所定量以上変化するまでの応答時間ΔＴを計測する応答時間計測手段４３と、該応答時間計測手段４３により計測された応答時間ΔＴに基づいて、前記触媒２４の劣化度を判定する触媒劣化度判定手段４４と、を備える。   As shown in an example of a functional block diagram in FIG. 2, the control unit 10 determines the target air flow based on the intake air amount, the throttle opening, the engine speed, and the like detected by the operating state detection means 40. The target air-fuel ratio step amount setting means 41 for setting the target air-fuel ratio step amount to change the fuel ratio stepwise, and the target air-fuel ratio step by step based on the step amount set by the target air-fuel ratio step amount setting means 41 The target air-fuel ratio setting means 42 to be changed and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be used for combustion to be the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means 42, for example, a linear air-fuel ratio with respect to the fuel injection amount The target air-fuel ratio is stepped by the air-fuel ratio control means 50 for performing air-fuel ratio feedback control based on the output of the sensor 16 and the target air-fuel ratio setting means 42. The response time measuring means 43 for measuring the response time ΔT until the air-fuel ratio of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst 24 changes by a predetermined amount or more toward the target air-fuel ratio after being changed to, and the response time measuring means And a catalyst deterioration degree determination means 44 for determining the deterioration degree of the catalyst 24 based on the response time ΔT measured by 43.

次に、上記した如くの機能ブロック図で表されるコントロールユニット１０による触媒の診断に際しての制御例を図３、図４を参照しながら説明する。   Next, an example of control for diagnosis of the catalyst by the control unit 10 represented by the functional block diagram as described above will be described with reference to FIGS.

目標空燃比をストイキからリーンに（図３）あるいはストイキからリッチに（図４）ステップ的に変更することにより、図３、図４の（２）のように、空燃比センサ１６の出力もストイキからリーンあるいはリッチに変化する。なお、ここで言う空燃比センサ１６出力とは、空燃比センサ電圧を空燃比に変換し空燃比として出力するものと定義する。一方、図３、図４の（３）で示されているように、酸素センサ１７の出力は空燃比センサ１６の出力に対して遅れを持ってストイキからリーンあるいはリッチに変化する。この酸素センサ１７の出力の変化の遅れ、つまり、空燃比の応答遅れは、三元触媒においては、Ｏ２貯蔵能力（Ｏ２ Storage Capacity以下ＯＳＣと略記することがある）によるもので、三元触媒２４の診断はＯＳＣの低下を診断することで実現できる。なお、本実施形態では三元触媒について説明しているが、例えば、ＮＯｘ触媒等のＯＳＣと代用可能なものであれば同様に診断可能である。 By changing the target air-fuel ratio step by step from stoichiometric to lean (FIG. 3) or from stoichiometric to rich (FIG. 4), the output of the air-fuel ratio sensor 16 is also stoichiometric as shown in FIGS. 3 and 4 (2). Changes from lean to rich. Here, the output of the air-fuel ratio sensor 16 is defined as one that converts the air-fuel ratio sensor voltage into an air-fuel ratio and outputs it as the air-fuel ratio. On the other hand, as shown in FIG. 3 and FIG. 4 (3), the output of the oxygen sensor 17 changes from stoichiometric to lean or rich with a delay from the output of the air-fuel ratio sensor 16. Delay of change in the output of the oxygen sensor 17, i.e., the response delay of the air-fuel ratio, in the three-way catalyst, due O 2 storage capability (O 2 Storage Capacity sometimes hereinafter OSC hereinafter), three-way Diagnosis of the catalyst 24 can be realized by diagnosing a decrease in OSC. In the present embodiment, the three-way catalyst is described. However, for example, any diagnosis that can be substituted for an OSC such as a NOx catalyst is possible.

ここで、三元触媒のＯＳＣについて説明する。三元触媒のＯＳＣとは、Ｏ２を溜め込む能力のことで、図５ （１）のように、触媒入口の空燃比がストイキ（空気過剰率λ＝１）のときは、触媒内でＯ２の吸着と脱離が平衡状態となり、触媒出口の空燃比はストイキを保持する。図５（２）のように、触媒入口の空燃比がストイキ（λ＝１）よりもリーン側（λ＞１）では、Ｏ２を吸着し、触媒出口空燃比をストイキに保持するが、ＯＳＣのＯ２吸着能力にも限界があり、その限界に達するとＯ２を吸着することができなくなり、空燃比もストイキから外れリーン雰囲気になってしまう。同様に、図５（３）のように、触媒入口の空燃比がストイキよりもリッチ側（λ＜１）では、Ｏ２を脱離することで触媒出口の空燃比をストイキに保持するが、ＯＳＣで吸着したＯ２を使い果たし枯渇状態となると、空燃比はストイキから外れリッチ雰囲気となってしまう。前記酸素センサ出力の変化の遅れはこのＯＳＣによるもので、この酸素センサ出力に基づいて空燃比の応答時間を評価することでＯＳＣの劣化を判定し触媒の診断を行うことが可能となる。 Here, the OSC of the three-way catalyst will be described. And OSC of the three-way catalyst, that the ability to save up to O 2, FIG. 5 (1) as in, when the air-fuel ratio of the catalyst inlet is stoichiometric (excess air ratio lambda = 1), O 2 in the catalytic Adsorption and desorption are in an equilibrium state, and the air-fuel ratio at the catalyst outlet keeps the stoichiometry. As shown in FIG. 5 (2), when the air-fuel ratio at the catalyst inlet is leaner than the stoichiometric (λ = 1) (λ> 1), O 2 is adsorbed and the catalyst outlet air-fuel ratio is maintained at stoichiometric. There is also a limit to the O 2 adsorption capacity, and when that limit is reached, O 2 cannot be adsorbed, and the air-fuel ratio also deviates from the stoichiometric atmosphere, resulting in a lean atmosphere. Similarly, as shown in FIG. 5 (3), when the air-fuel ratio at the catalyst inlet is richer than the stoichiometric side (λ <1), the air-fuel ratio at the catalyst outlet is held at stoichiometric by desorbing O 2 . If the O 2 adsorbed by the OSC is exhausted and the exhaust gas is exhausted, the air-fuel ratio is deviated from the stoichiometric condition and a rich atmosphere is obtained. The delay of the change in the oxygen sensor output is due to this OSC, and by evaluating the response time of the air-fuel ratio based on this oxygen sensor output, it becomes possible to determine the deterioration of the OSC and diagnose the catalyst.

そして、本実施形態の一つの例では、図３に示される如くに、目標空燃比［図３ （１）］がリーン側にステップ的に変更された後、空燃比センサ１６の出力［図３（２）］が所定値Ｓａ以上［図３（４）］となった時点Ａで前記応答時間ΔＴの計測を開始し、酸素センサ１７の出力［図３（３）］が所定値Ｓｂ以下［図３（５）］となった時点Ｂで前記応答時間ΔＴの計測を終了する。   In one example of the present embodiment, as shown in FIG. 3, after the target air-fuel ratio [FIG. 3 (1)] is changed stepwise to the lean side, the output of the air-fuel ratio sensor 16 [FIG. The measurement of the response time ΔT is started at time A when (2)] is equal to or greater than a predetermined value Sa [FIG. 3 (4)], and the output [FIG. 3 (3)] of the oxygen sensor 17 is equal to or less than a predetermined value Sb [ The measurement of the response time ΔT is finished at the time point B at which time becomes (FIG. 3 (5)].

他の例では、図４に示される如くに、目標空燃比［図４ （１）］がリッチ側にステップ的に変更された後、空燃比センサ１６の出力［図４（２）］が所定値Ｓａ’以下［図４（４）］となった時点Ａで前記応答時間ΔＴの計測を開始し、酸素センサ１７の出力［図３（３）］が所定値Ｓｂ’以下［図５（５）］となった時点Ｂで前記応答時間ΔＴの計測を終了する。   In another example, as shown in FIG. 4, after the target air-fuel ratio [FIG. 4 (1)] is changed stepwise to the rich side, the output [FIG. 4 (2)] of the air-fuel ratio sensor 16 is predetermined. The measurement of the response time ΔT is started at time A when the value Sa ′ is equal to or lower than [FIG. 4 (4)], and the output [FIG. 3 (3)] of the oxygen sensor 17 is equal to or lower than a predetermined value Sb ′ [FIG. )], The measurement of the response time ΔT ends.

しかしながら、前記応答時間ΔＴは、エンジンの運転状態に応じて変化してしまう。つまり、低負荷低回転域では、Ｏ２の吸着・脱離速度が遅いため、診断に時間がかかってしまう。また、高負荷・高回転域ではＯ２の吸着・脱離速度が速いため、前記応答時間ΔＴ計測終了時に触媒２４の出口の空燃比雰囲気がリッチ側もしくはリーン側に大きくずれるため排気エミッションの悪化に繋がってしまう。 However, the response time ΔT changes depending on the operating state of the engine. That is, in the low-load low-rotation range, the O 2 adsorption / desorption rate is slow, so that diagnosis takes time. Further, since the adsorption / desorption rate of O 2 is fast in the high load / high rotation range, the exhaust gas emission deteriorates because the air-fuel ratio atmosphere at the outlet of the catalyst 24 is greatly shifted to the rich side or the lean side at the end of the response time ΔT measurement. It will lead to.

従って、本例では、図６に示される如くに、吸着・脱離速度が速いとき（高負荷・高回転域）は目標空燃比ステップ量を小さくし、吸着・脱離速度が遅いとき（低負荷低回転域）には目標空燃比ステップ量を大きく設定するようにされる。これにより、診断時間の短縮化と排気エミッションの悪化の抑制に有効な触媒診断が可能となる。なお、前記目標空燃比ステップ量は、図６ （１）に示されるように、吸着・脱離速度に応じてリニアに変化する設定としても良いし、吸着・脱離速度領域毎に段階的に設定しても良い。   Accordingly, in this example, as shown in FIG. 6, when the adsorption / desorption rate is high (high load / high rotation range), the target air-fuel ratio step amount is decreased, and when the adsorption / desorption rate is low (low) The target air-fuel ratio step amount is set to be large in the low load rotation range). This makes it possible to perform catalyst diagnosis effective for shortening the diagnosis time and suppressing deterioration of exhaust emission. The target air-fuel ratio step amount may be set to change linearly according to the adsorption / desorption speed as shown in FIG. 6 (1), or stepwise for each adsorption / desorption speed region. May be set.

前記応答時間ΔＴは、新品時に比べ、触媒の劣化が進むにつれ短くなる、つまり、劣化が進むにつれＯＳＣが低下することから、前記のようにして計測された応答時間ΔＴが、例えば、所定値Ｔａ以下となった場合には、触媒２４が許容できない程度まで劣化した（異常が生じた）と判定し、その旨を警報手段を構成する例えば表示器２６（図１参照）に表示する。   The response time ΔT is shorter as the deterioration of the catalyst progresses than when it is new, that is, the OSC decreases as the deterioration progresses. Therefore, the response time ΔT measured as described above is, for example, a predetermined value Ta In the case of the following, it is determined that the catalyst 24 has deteriorated to an unacceptable level (abnormality has occurred), and that effect is displayed on, for example, the display 26 (see FIG. 1) constituting the alarm means.

前記した如くの、触媒２４の劣化判定（診断）は、コントロールユニット１０により行われるが、かかる劣化判定に際してコントロールユニット１０が実行するプログラムの一例（ルーチン）を図７にフローチャートで示す。   As described above, the deterioration determination (diagnosis) of the catalyst 24 is performed by the control unit 10, and an example (routine) of a program executed by the control unit 10 at the time of such deterioration determination is shown in a flowchart in FIG.

このルーチンでは、まず、ステップ１００（以下Ｓ１００と記す）では、運転状態（吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等）を読み込み、続くＳ１０１では、前記運転状態に基づいて目標空燃比ステップ量を設定する。つまり、高負荷・高回転域にあるときは目標空燃比ステップ量を小さくし、低負荷低回転域にあるときは目標空燃比ステップ量を大きく設定する。   In this routine, first, in step 100 (hereinafter referred to as S100), the operation state (intake air amount, throttle opening, engine speed, etc.) is read, and in the subsequent S101, the target air-fuel ratio step amount based on the operation state is read. Set. That is, the target air-fuel ratio step amount is reduced when in the high load / high rotation range, and the target air-fuel ratio step amount is set large when in the low load / low rotation range.

次に進むＳ１０２では、Ｓ１０１で設定された目標ステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する。これにより、本ルーチンとは別の空燃比制御ルーチンにおいて、燃焼に供される混合気の空燃比を、前記ステップ的に変更された目標空燃比とすべく、空燃比センサ１７の出力に基づいて、例えば燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。   In the next step S102, the target air-fuel ratio is changed stepwise based on the target step amount set in S101. Thus, in an air-fuel ratio control routine different from this routine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion is set based on the output of the air-fuel ratio sensor 17 so as to be the target air-fuel ratio changed stepwise. For example, feedback control of the fuel injection amount is performed.

続くＳ１０３では、空燃比センサ１６の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったか否かを、該出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）となるまで繰り返して判断し、空燃比センサ１６の出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったと判断された場合には、Ｓ１０４に進み，内蔵タイマーをスタートさせて応答時間ΔＴの計測を開始する。   In the subsequent S103, the output of the air-fuel ratio sensor 16 is taken in with a predetermined control cycle, and whether or not the output has reached a predetermined value Sa or more (or a predetermined value Sa ′ or less) is determined. Until it reaches a predetermined value Sa ′ or less, and when it is determined that the output of the air-fuel ratio sensor 16 is equal to or higher than the predetermined value Sa (or lower than the predetermined value Sa ′), the process proceeds to S104 and the built-in timer is set. Start measurement of response time ΔT.

次に進むＳ１０５では、酸素センサ１７の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）になったか否かを、該出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）となるまで繰り返して判断し、酸素センサ１７の出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）になったと判断された場合には、Ｓ１０６に進み，そのときの応答時間ΔＴを記憶するとともに、内蔵タイマーをリセットして応答時間ΔＴの計測を終了する。   In the next step S105, the output of the oxygen sensor 17 is taken in with a predetermined control cycle, and whether or not the output has become a predetermined value Sb or less (or a predetermined value Sb ′ or more) is determined. Or when it is determined that the output of the oxygen sensor 17 is equal to or lower than the predetermined value Sb (or equal to or higher than the predetermined value Sb ′), the process proceeds to S106. The response time ΔT is stored, and the built-in timer is reset to finish the measurement of the response time ΔT.

続くＳ１０７では、Ｓ１０６で求められた応答時間ΔＴが劣化判定用として予め設定されている所定値Ｔａ以下か否かを判断し、応答時間ΔＴが所定値Ｔａ以下ではないと判断された場合には、触媒２４はさほど劣化していないと判定して、このルーチンを終了し、ΔＴが所定値Ｔａ以下であると判断された場合には、Ｓ１０８において、触媒２４が許容できない程度まで劣化した（異常が生じた）と判定し、その旨を警報手段を構成する例えば表示器２６（図１参照）に表示する処理を行って、このルーチンを終了する。   In subsequent S107, it is determined whether or not the response time ΔT obtained in S106 is equal to or less than a predetermined value Ta set in advance for deterioration determination, and if it is determined that the response time ΔT is not equal to or less than the predetermined value Ta. When it is determined that the catalyst 24 has not deteriorated so much and this routine is terminated and ΔT is determined to be equal to or less than the predetermined value Ta, the catalyst 24 has deteriorated to an unacceptable level in S108 (abnormal). For example, display 26 (see FIG. 1) constituting the alarm means, and this routine is terminated.

以上は、応答時間ΔＴの計測終了時点Ｂを酸素センサ１７の出力に基づいて検出するようにされているが、それに代えて、応答時間ΔＴの計測終了時点Ｂを酸素センサ１７の出力の変化率に基づいて検出するようにしてもよい。   As described above, the measurement end point B of the response time ΔT is detected based on the output of the oxygen sensor 17. Instead, the measurement end point B of the response time ΔT is detected as the rate of change of the output of the oxygen sensor 17. It may be detected based on the above.

すなわち、図８［図９］に、目標空燃比をステップ的に変更した際の、空燃比センサ１６の出力、酸素センサ１７の出力、及び酸素センサ１７の出力の変化率が示されている如くに、図８ （１）［図９ （１）］のように、目標空燃比をストイキからリーンに［リッチに］ステップ的に変更することにより、図８（２）［図９（２）］のように、空燃比センサ１６の出力もストイキからリーン［リッチ］に変化する。一方、図８（３）［図９（３）］のように、酸素センサ１７の出力は触媒２４のＯＳＣの影響で空燃比センサ１６の出力に対し遅れを持ってリーン［リッチ］に変化する。そのときの酸素センサ１７の所定期間における変化率は、図８（４）［図９（４）］に示される如くに変化する。このとき、空燃比センサ１７の出力が図８（５）［図９（５）］に示される所定値Ｓａ以上［Ｓａ’以下］になってから、酸素センサ１７の出力の変化率の絶対値が所定値以上となるまでの所要時間を、前記応答時間ΔＴとして計測し、その応答時間ΔＴに基づいて触媒２４の劣化度を判定する。   That is, FIG. 8 [FIG. 9] shows the rate of change of the output of the air-fuel ratio sensor 16, the output of the oxygen sensor 17, and the output of the oxygen sensor 17 when the target air-fuel ratio is changed stepwise. In addition, as shown in FIG. 8 (1) [FIG. 9 (1)], the target air-fuel ratio is changed from stoichiometric to lean [rich] step by step, so that FIG. 8 (2) [FIG. 9 (2)]. As described above, the output of the air-fuel ratio sensor 16 also changes from stoichiometric to lean (rich). On the other hand, as shown in FIGS. 8 (3) and 9 (3), the output of the oxygen sensor 17 changes to lean [rich] with a delay from the output of the air-fuel ratio sensor 16 due to the influence of the OSC of the catalyst 24. . The change rate of the oxygen sensor 17 in the predetermined period at that time changes as shown in FIG. 8 (4) and FIG. 9 (4). At this time, the absolute value of the rate of change of the output of the oxygen sensor 17 after the output of the air-fuel ratio sensor 17 becomes equal to or greater than the predetermined value Sa shown in FIG. 8 (5) [FIG. 9 (5)]. Is measured as the response time ΔT, and the degree of deterioration of the catalyst 24 is determined based on the response time ΔT.

このように、応答時間ΔＴの計測終了時点Ｂを酸素センサ１７の出力に基づいて検出する場合の、コントロールユニット１０が実行するプログラムの一例（ルーチン）を図１０にフローチャートで示す。   Thus, an example (routine) of the program executed by the control unit 10 when the measurement end point B of the response time ΔT is detected based on the output of the oxygen sensor 17 is shown in the flowchart of FIG.

このルーチンでは、まず、Ｓ２００では、運転状態（吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等）を読み込み、続くＳ２０１では、前記運転状態に基づいて目標空燃比ステップ量を設定する。つまり、高負荷・高回転域にあるときは目標空燃比ステップ量を小さくし、低負荷低回転域にあるときは目標空燃比ステップ量を大きく設定する。   In this routine, first, in S200, an operation state (intake air amount, throttle opening, engine speed, etc.) is read, and in S201, a target air-fuel ratio step amount is set based on the operation state. That is, the target air-fuel ratio step amount is reduced when in the high load / high rotation range, and the target air-fuel ratio step amount is set large when in the low load / low rotation range.

次に進むＳ２０２では、Ｓ２０１で設定された目標ステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する。これにより、本ルーチンとは別の空燃比制御ルーチンにおいて、燃焼に供される混合気の空燃比を、前記ステップ的に変更された目標空燃比とすべく、空燃比センサ１７の出力に基づいて、例えば燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。   In the next step S202, the target air-fuel ratio is changed stepwise based on the target step amount set in S201. Thus, in an air-fuel ratio control routine different from this routine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion is set based on the output of the air-fuel ratio sensor 17 so as to be the target air-fuel ratio changed stepwise. For example, feedback control of the fuel injection amount is performed.

続くＳ２０３では、空燃比センサ１６の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったか否かを、該出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）となるまで繰り返して判断し、空燃比センサ１６の出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったと判断された場合には、Ｓ２０４に進み，内蔵タイマーをスタートさせて応答時間ΔＴの計測を開始する。   In the subsequent S203, the output of the air-fuel ratio sensor 16 is taken with a predetermined control cycle, and whether or not the output has reached a predetermined value Sa or more (or a predetermined value Sa ′ or less) is determined. Until it reaches a predetermined value Sa ′ or less. If it is determined that the output of the air-fuel ratio sensor 16 is equal to or higher than the predetermined value Sa (or less than the predetermined value Sa ′), the process proceeds to S204 and the built-in timer is set. Start measurement of response time ΔT.

次に進むＳ２０５では、酸素センサ１７の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力の変化率（の絶対値）が所定値以上になったか否かを、該変化率（の絶対値）が所定値以上となるまで繰り返して判断し、該変化率（の絶対値）が所定値以上になったと判断された場合には、Ｓ２０６に進み，そのときの応答時間ΔＴを記憶するとともに、内蔵タイマーをリセットして応答時間ΔＴの計測を終了する。   In the next step S205, the output of the oxygen sensor 17 is taken in with a predetermined control period, and the change rate (absolute value) of the output is equal to or greater than a predetermined value. The determination is repeated until the value becomes equal to or greater than a predetermined value. If it is determined that the rate of change (the absolute value thereof) is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to S206, and the response time ΔT at that time is stored and the built-in timer And the measurement of the response time ΔT ends.

続くＳ２０７では、Ｓ２０６で求められた応答時間ΔＴが劣化判定用として予め設定されている所定値Ｔａ以下か否かを判断し、応答時間ΔＴが所定値Ｔａ以下ではないと判断された場合には、触媒２４はさほど劣化していないと判定して、このルーチンを終了し、ΔＴが所定値Ｔａ以下であると判断された場合には、Ｓ２０８において、触媒２４が許容できない程度まで劣化した（異常が生じた）と判定し、その旨を警報手段を構成する例えば表示器２６（図１参照）に表示する処理を行って、このルーチンを終了する。   In the subsequent S207, it is determined whether or not the response time ΔT obtained in S206 is equal to or less than a predetermined value Ta that is set in advance for deterioration determination, and if it is determined that the response time ΔT is not equal to or less than the predetermined value Ta. When it is determined that the catalyst 24 has not deteriorated so much and this routine is terminated and ΔT is determined to be equal to or smaller than the predetermined value Ta, the catalyst 24 has deteriorated to an unacceptable level in S208 (abnormal). For example, display 26 (see FIG. 1) constituting the alarm means, and this routine is terminated.

次に、コントロールユニット１０が触媒２４の診断に際して実行する制御の他の例を詳細に説明する。   Next, another example of control executed by the control unit 10 when diagnosing the catalyst 24 will be described in detail.

コントロールユニット１０は、図１１に機能ブロック図の他の例が示されているように、運転状態検出手段４０により検出される吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等に基づいて、単位時間あたりの吸入空気量を算出する単位吸気量算出手段４５と、該単位吸気量設定手段４５により算出された単位吸気量に基づいて、目標とする空燃比をステップ的に変化させるべく目標空燃比ステップ量を設定する目標空燃比ステップ量設定手段４１と、該目標空燃比ステップ量設定手段４１により設定されたステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する目標空燃比設定手段４２と、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段４２により設定された目標空燃比とすべく、例えば燃料噴射量に対する、リニア空燃比センサ１６の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御手段５０と、前記目標空燃比設定手段４２により目標空燃比がステップ的に変更された後において前記触媒２４の下流側における排ガスの空燃比が前記目標空燃比に向けて所定量以上変化するまでの応答時間ΔＴを計測する応答時間計測手段４３と、該応答時間計測手段４３により計測された応答時間ΔＴ、前記単位吸気量算出手段４５により算出される単位吸気量、及び、前記リニア空燃比センサ１６の出力に基づいて、前記触媒のＯ２貯蔵能力（ＯＳＣ）を推定するＯＳＣ推定手段４６と、該ＯＳＣ推定手段により推定されたＯ２貯蔵能力（ＯＳＣ）に基づいて、前記触媒２４の劣化度を判定する触媒劣化度判定手段４４と、を備える。 As shown in another example of the functional block diagram in FIG. 11, the control unit 10 has a unit time based on the intake air amount detected by the operating state detection means 40, the throttle opening, the engine speed, and the like. Unit intake air amount calculating means 45 for calculating the amount of intake air per unit, and a target air fuel ratio step for changing the target air fuel ratio stepwise based on the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount setting means 45 Target air-fuel ratio step amount setting means 41 for setting the amount, target air-fuel ratio setting means 42 for stepwise changing the target air-fuel ratio based on the step amount set by the target air-fuel ratio step amount setting means 41, In order to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion to the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means 42, for example, a linear air-fuel ratio with respect to the fuel injection amount The air-fuel ratio control means 50 for performing air-fuel ratio feedback control based on the output of the sensor 16 and the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst 24 after the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting means 42 Response time measuring means 43 for measuring the response time ΔT until the value changes by a predetermined amount or more toward the target air-fuel ratio, the response time ΔT measured by the response time measuring means 43, and the unit intake air amount calculating means 45 unit intake air amount calculated, and the linear air-fuel ratio based on the output of the sensor 16, the OSC estimating means 46 for estimating the O 2 storage capacity of the catalyst (OSC), the OSC O 2 estimated by the estimating means And a catalyst deterioration degree determination means 44 for determining the deterioration degree of the catalyst 24 based on the storage capacity (OSC).

この例は、前記単位吸気量算出手段４５により算出される吸入空気量と、空燃比センサ出１６の出力と酸素センサ１７の出力に基づいて、ＯＳＣを推定することで触媒２４の劣化度を判定するようにされる。   In this example, the degree of deterioration of the catalyst 24 is determined by estimating the OSC based on the intake air amount calculated by the unit intake air amount calculation means 45, the output of the air-fuel ratio sensor output 16 and the output of the oxygen sensor 17. To be done.

具体的には、図１２ （１）のように、目標空燃比をステップ的に変更した（切り換えた）時点Ａから、図１２（２）に示される酸素センサ１７の出力が所定値Ｓd以下となる時点Ｂまでの所要時間（応答時間ΔT）を計測する。その際の空燃比センサ１６の出力を図１２（３）に示し、単位吸気量を図１２（４）に示す。図１２ （１）のようにストイキ付近（λ＝１）を目標としていた目標空燃比をリーン側にステップ的に変更すると、図１２（３）に示される如くに、空燃比センサ１６の出力も目標空燃比に追従するように変化する。しかし、酸素センサ１７の出力は、前記ＯＳＣの影響である程度の応答遅れを持ってリーン側へ変化していく。前述しているようにＯＳＣはＯ２を溜め込む能力であるため、前記応答時間ΔＴは前記単位吸気量算出手段４５で算出される単位吸気量に影響を受ける。つまり、単位吸気量が大きければその分触媒入口での単位時間あたりのＯ２量が多くなるため、応答時間ΔＴは短くなり、単位吸気量が小さければ単位時間あたりのＯ２量が少なくなるため、前記応答時間ΔＴは長くなる。また、排ガス中のＯ２量は空燃比センサ１６の出力により変化するため、空燃比センサ出力、吸入空気量、応答時間ΔＴに基づいてＯＳＣを推定することが可能である。 Specifically, as shown in FIG. 12 (1), the output of the oxygen sensor 17 shown in FIG. 12 (2) is less than or equal to a predetermined value Sd from the point A when the target air-fuel ratio is changed (switched) stepwise. The required time (response time ΔT) until a certain point B is measured. The output of the air-fuel ratio sensor 16 at that time is shown in FIG. 12 (3), and the unit intake air amount is shown in FIG. 12 (4). When the target air-fuel ratio that has been targeted near the stoichiometric range (λ = 1) as shown in FIG. 12 (1) is stepwise changed to the lean side, the output of the air-fuel ratio sensor 16 is also changed, as shown in FIG. 12 (3). It changes so as to follow the target air-fuel ratio. However, the output of the oxygen sensor 17 changes to the lean side with a certain response delay due to the influence of the OSC. As described above, since the OSC has the ability to accumulate O 2 , the response time ΔT is affected by the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount calculating means 45. That is, if the unit intake air amount is large, the O 2 amount per unit time at the catalyst inlet increases accordingly, so the response time ΔT is shortened, and if the unit intake air amount is small, the O 2 amount per unit time decreases. The response time ΔT becomes longer. Further, since the amount of O 2 in the exhaust gas changes depending on the output of the air-fuel ratio sensor 16, it is possible to estimate the OSC based on the air-fuel ratio sensor output, the intake air amount, and the response time ΔT.

本例では、ストイキからの空燃比センサ出力の偏差と単位吸気量の積を所定サンプリング毎に積算していくことでＯＳＣを推定する。積算の期間は、前記応答時間ΔＴを計測している期間中とし、図１２（５）にそのＯＳＣを示す。このようにＯＳＣを推定することで、実空燃比の変動を考慮した触媒の劣化度の判定が可能となり、診断精度の向上に繋がる。また、目標空燃比をストイキに戻すタイミングも推定したＯＳＣに基づいて決定することにより、応答時間計測終了後の触媒出口空燃比雰囲気のストイキからのずれ量を抑制することが可能となり、排気エミッションの悪化を抑制することもできる。   In this example, the OSC is estimated by accumulating the product of the deviation of the air-fuel ratio sensor output from the stoichiometry and the unit intake air amount every predetermined sampling. The integration period is the period during which the response time ΔT is measured, and FIG. 12 (5) shows the OSC. By estimating the OSC in this manner, it is possible to determine the degree of deterioration of the catalyst in consideration of fluctuations in the actual air-fuel ratio, leading to an improvement in diagnostic accuracy. Further, by determining the timing for returning the target air-fuel ratio to stoichiometric based on the estimated OSC, it becomes possible to suppress the deviation amount of the catalyst outlet air-fuel ratio atmosphere from the stoichiometric after completion of the response time measurement. Deterioration can also be suppressed.

このように、ＯＳＣに基づいて触媒の劣化判定を行う場合の、コントロールユニット１０が実行するプログラムの一例（ルーチン）を図１３にフローチャートで示す。   FIG. 13 is a flowchart showing an example (routine) of the program executed by the control unit 10 when the catalyst deterioration is determined based on the OSC.

このルーチンでは、まず、Ｓ３００では、運転状態（吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等）に基づいて単位時間あたりの吸入空気量を算出し、続くＳ３０１では、前記単位吸気量に基づいて目標空燃比ステップ量を設定する。つまり、単位吸気量が多いときは目標空燃比ステップ量を小さくし、単位吸気量が少ないときは目標空燃比ステップ量を大きく設定する。   In this routine, first, in S300, the intake air amount per unit time is calculated based on the operating state (intake air amount, throttle opening, engine speed, etc.), and in subsequent S301, based on the unit intake air amount. Set the target air-fuel ratio step amount. That is, when the unit intake air amount is large, the target air-fuel ratio step amount is decreased, and when the unit intake air amount is small, the target air-fuel ratio step amount is set large.

次に進むＳ３０２では、目標空燃比がステップ的に変更されたか否かを判断し、変更されたと判断された場合は元に戻り、変更されていないと判断された場合は、続くステップ３０３において、Ｓ３０１で設定された目標ステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する。これにより、本ルーチンとは別の空燃比制御ルーチンにおいて、燃焼に供される混合気の空燃比を、前記ステップ的に変更された目標空燃比とすべく、空燃比センサ１７の出力に基づいて、例えば燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。   In the next step S302, it is determined whether the target air-fuel ratio has been changed stepwise. If it is determined that the target air-fuel ratio has been changed, the process returns to the original state. If it is determined that the target air-fuel ratio has not been changed, Based on the target step amount set in S301, the target air-fuel ratio is changed stepwise. Thus, in an air-fuel ratio control routine different from this routine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion is set based on the output of the air-fuel ratio sensor 17 so as to be the target air-fuel ratio changed stepwise. For example, feedback control of the fuel injection amount is performed.

続くＳ３０４では、内蔵タイマーをスタートさせて応答時間ΔＴの計測を開始し、次のＳ３０５で、前述の如くにしてＯＳＣを算出（推定）し、次に進むＳ３０６では、酸素センサ１７の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓｄ以下（又は所定値Ｓｄ’以上）になったか否かを、該出力が所定値Ｓｄ以下（又は所定値Ｓｄ’以上）となるまで繰り返して判断し、酸素センサ１７の出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）になったと判断された場合には、Ｓ３０７に進み，そのときの応答時間ΔＴを記憶するとともに、内蔵タイマーをリセットして応答時間ΔＴの計測を終了する。   In the subsequent S304, the built-in timer is started to start the measurement of the response time ΔT. In the next S305, the OSC is calculated (estimated) as described above. In the next S306, the output of the oxygen sensor 17 is set to a predetermined value. And repeatedly determining whether or not the output has become a predetermined value Sd or less (or a predetermined value Sd ′ or more) until the output becomes a predetermined value Sd or less (or a predetermined value Sd ′ or more). If it is determined that the output of the oxygen sensor 17 is equal to or lower than the predetermined value Sb (or higher than the predetermined value Sb ′), the process proceeds to S307, the response time ΔT at that time is stored, and the built-in timer is reset. Then, the measurement of the response time ΔT is finished.

そして、次のＳ３０８において、ＯＳＣが劣化判定用として予め設定されている所定値以下か否かを判断し、ＯＳＣが所定値以下ではないと判断された場合には、触媒２４はさほど劣化していないと判定して、このルーチンを終了し、ＯＳＣが所定値以下であると判断された場合には、Ｓ３０９において、触媒２４が許容できない程度まで劣化した（異常が生じた）と判定し、その旨を警報手段を構成する例えば表示器２６（図１参照）に表示する処理を行って、このルーチンを終了する。   Then, in the next S308, it is determined whether or not the OSC is equal to or less than a predetermined value that is set in advance for deterioration determination. If it is determined that the OSC is not equal to or less than the predetermined value, the catalyst 24 has deteriorated so much. If it is determined that the OSC is less than or equal to the predetermined value, it is determined in S309 that the catalyst 24 has deteriorated to an unacceptable level (abnormality has occurred). For example, the display unit 26 (see FIG. 1) constituting the warning means displays a message to the effect, and this routine is terminated.

次に、コントロールユニット１０が触媒２４の診断に際して実行する制御の別の例を詳細に説明する。
コントロールユニット１０は、図１４に機能ブロック図の他の例が示されているように、運転状態検出手段４０により検出される吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等に基づいて、単位時間あたりの吸入空気量を算出する単位吸気量算出手段４５と、該単位吸気量設定手段４５により算出された単位吸気量に基づいて、目標とする空燃比をステップ的に変化させるべく目標空燃比ステップ量を設定する目標空燃比ステップ量設定手段４１と、該目標空燃比ステップ量設定手段４１により設定されたステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する目標空燃比設定手段４２と、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段４２により設定された目標空燃比とすべく、例えば燃料噴射量に対する、リニア空燃比センサ１６の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御手段５０と、前記目標空燃比設定手段４２により目標空燃比がステップ的に変更された後において前記触媒２４の下流側における排ガスの空燃比が前記目標空燃比に向けて所定量以上変化するまでの応答時間ΔＴを計測する応答時間計測手段４３と、該応答時間計測手段４３により計測された応答時間ΔＴに基づいて、前記触媒２４の劣化度を判定する触媒劣化度判定手段４４と、を備える。 Next, another example of control executed by the control unit 10 when diagnosing the catalyst 24 will be described in detail.
As shown in another example of the functional block diagram in FIG. 14 , the control unit 10 is based on the intake air amount detected by the operating state detection means 40, the throttle opening, the engine speed, and the like. Unit intake air amount calculating means 45 for calculating a per intake air amount, and a target air fuel ratio step for changing the target air fuel ratio stepwise based on the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount setting means 45 Target air-fuel ratio step amount setting means 41 for setting the amount, target air-fuel ratio setting means 42 for stepwise changing the target air-fuel ratio based on the step amount set by the target air-fuel ratio step amount setting means 41, In order to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion to the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means 42, for example, a linear air-fuel ratio with respect to the fuel injection amount Air-fuel ratio control means 50 for performing air-fuel ratio feedback control based on the output of the sensor 16, and the air-fuel ratio of exhaust gas downstream of the catalyst 24 after the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting means 42 Response time measuring means 43 for measuring the response time ΔT until the value changes by a predetermined amount or more toward the target air-fuel ratio, and the deterioration of the catalyst 24 based on the response time ΔT measured by the response time measuring means 43 Catalyst deterioration degree determination means 44 for determining the degree.

本例では、図１５ （１）に示される如くに、前記目標空燃比ステップ量を、前記単位吸気量算出手段４５により算出された吸入空気量（単位吸気量）が大きくなるに従い、つまり、Ｏ２の吸着・脱離速度が速くなるにつれて小さくなるように設定する。なお、目標空燃比ステップ量は、図１５（２）のように、単位吸気量の一定の領域毎に切り換えても良い。これにより、触媒内のＯ２吸着・脱離速度を抑制する（一定に保つ）ことが可能となる。つまり、単位吸気量が小さい場合は、例えば、応答時間ΔＴの計測終了時点を検出するための酸素センサ１７の出力は、図１６ （１）の実線で示される如くの変化を示すが、単位吸気量が大きくなった場合に目標空燃比ステップ量が一定であると、図１６（２）の破線で示される如くに、酸素センサ１７の出力が応答時間計測終了時点を検出するための所定値に達した後のオーバーシュート分が大きく現れ、排気エミッションが大きく悪化してしまう。このオーバーシュート分を抑制するためには、単位吸気量の多少に応じて、目標空燃比ステップ量を変更して、空燃比変化速度を一定に保つことが有効となる。これにより、前述したＯＳＣの単位時間あたりのＯ２吸着量と脱離量を一定にすることが可能となる。Ｏ２の吸着量と脱離量を一定に保つことで、触媒の劣化度を示す応答時間ΔＴは、同劣化度の触媒であれば単位吸気量の変化に影響を受けること無く一定の値を示すこととなる。つまり、触媒劣化度の判定値を一本化することができ、診断・制御ロジックの簡易化、合理化にも繋がる。 In this example, as shown in FIG. 15 (1), the target air-fuel ratio step amount is increased as the intake air amount (unit intake air amount) calculated by the unit intake air amount calculating means 45 increases, that is, O 2 is set so as to decrease as the adsorption / desorption rate of 2 increases. Note that the target air-fuel ratio step amount may be switched for each constant region of the unit intake air amount as shown in FIG. Thereby, it is possible to suppress (keep constant) the O 2 adsorption / desorption rate in the catalyst. That is, when the unit intake air amount is small, for example, the output of the oxygen sensor 17 for detecting the measurement end point of the response time ΔT shows a change as shown by the solid line in FIG. If the target air-fuel ratio step amount is constant when the amount increases, the output of the oxygen sensor 17 becomes a predetermined value for detecting the end time of the response time measurement, as shown by the broken line in FIG. Excessive amount of overshoot will appear, and exhaust emissions will be greatly deteriorated. In order to suppress this overshoot, it is effective to change the target air-fuel ratio step amount in accordance with the unit intake air amount to keep the air-fuel ratio change rate constant. Thus, it is possible to constant O 2 adsorption amount and desorption amount per unit time of the OSC described above. By keeping the adsorption amount and desorption amount of O 2 constant, the response time ΔT indicating the deterioration degree of the catalyst has a constant value without being affected by the change in the unit intake air amount if the catalyst has the same deterioration degree. Will be shown. That is, the determination value of the catalyst deterioration degree can be unified, which leads to simplification and rationalization of the diagnosis / control logic.

また、図１７に示される如くに、予め、空燃比センサ１６の出力から導かれるこの吸着・脱離量を設定しておき、吸着量（もしくは脱離量）と単位吸気量の積を所定期間毎に積算することでＯ２の吸着・脱離速度を算出し、その吸着・脱離速度からＯＳＣを推定し、推定したＯＳＣに基づいて前記目標空燃比ステップ量設定手段４１において目標空燃比ステップ量を算出すれば、精度良くＯＳＣを推定することが可能となり、目標空燃比ステップ量を変化させることでＯＳＣを自在に制御することが可能となり、排気の悪化を抑制することが可能となる。 Further, as shown in FIG. 17, the adsorption / desorption amount derived from the output of the air-fuel ratio sensor 16 is set in advance, and the product of the adsorption amount (or desorption amount) and the unit intake air amount is set for a predetermined period. target air-fuel ratio steps in the target air-fuel ratio step amount setting means 41 based on the OSC calculates the adsorption and desorption rate of O 2 by accumulating estimates OSC from the adsorption and desorption rate, estimated for each If the amount is calculated, the OSC can be accurately estimated, and the OSC can be freely controlled by changing the target air-fuel ratio step amount, thereby suppressing the deterioration of the exhaust gas.

前記した如くの、触媒２４の劣化判定（診断）は、コントロールユニット１０により行われるが、かかる劣化判定に際してコントロールユニット１０が実行するプログラムの一例（ルーチン）を図１８にフローチャートで示す。   As described above, the deterioration determination (diagnosis) of the catalyst 24 is performed by the control unit 10, and an example (routine) of a program executed by the control unit 10 at the time of the deterioration determination is shown in a flowchart in FIG.

このルーチンでは、まず、ステップ４００で、運転状態（吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数等）に基づいて単位吸気量を算出し、続くＳ４０１では、前記単位吸気量に基づいて目標空燃比ステップ量を設定する。つまり、前記目標空燃比ステップ量を、吸入空気量（単位吸気量）が大きくなるに従い、言い換えれば、Ｏ２の吸着・脱離速度が速くなるにつれて小さくなるように設定する。 In this routine, first, in step 400, a unit intake air amount is calculated based on the operating state (intake air amount, throttle opening, engine speed, etc.), and in subsequent S401, the target air-fuel ratio is calculated based on the unit intake air amount. Set the step amount. That is, the target air-fuel ratio step amount is set to decrease as the intake air amount (unit intake amount) increases, in other words, as the O 2 adsorption / desorption rate increases.

次に進むＳ４０２では、Ｓ４０１で設定された目標ステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する。これにより、本ルーチンとは別の空燃比制御ルーチンにおいて、燃焼に供される混合気の空燃比を、前記ステップ的に変更された目標空燃比とすべく、空燃比センサ１７の出力に基づいて、例えば燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。   In the next step S402, the target air-fuel ratio is changed stepwise based on the target step amount set in S401. Thus, in an air-fuel ratio control routine different from this routine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion is set based on the output of the air-fuel ratio sensor 17 so as to be the target air-fuel ratio changed stepwise. For example, feedback control of the fuel injection amount is performed.

続くＳ４０３では、空燃比センサ１６の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったか否かを、該出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）となるまで繰り返して判断し、空燃比センサ１６の出力が所定値Ｓａ以上（又は所定値Ｓａ’以下）になったと判断された場合には、Ｓ４０４に進み，内蔵タイマーをスタートさせて応答時間ΔＴの計測を開始する。   In subsequent S403, the output of the air-fuel ratio sensor 16 is taken in with a predetermined control cycle, and whether or not the output is equal to or higher than a predetermined value Sa (or lower than a predetermined value Sa ′). Until it reaches a predetermined value Sa ′ or less. If it is determined that the output of the air-fuel ratio sensor 16 is equal to or higher than the predetermined value Sa (or less than the predetermined value Sa ′), the process proceeds to S404 and the built-in timer is set. Start measurement of response time ΔT.

次に進むＳ４０５では、酸素センサ１７の出力を所定の制御周期をもって取り込むとともに、その出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）になったか否かを、該出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）となるまで繰り返して判断し、酸素センサ１７の出力が所定値Ｓｂ以下（又は所定値Ｓｂ’以上）になったと判断された場合には、Ｓ４０６に進み，そのときの応答時間ΔＴを記憶するとともに、内蔵タイマーをリセットして応答時間ΔＴの計測を終了する。   In the next step S405, the output of the oxygen sensor 17 is taken with a predetermined control cycle, and whether or not the output has become a predetermined value Sb or less (or a predetermined value Sb ′ or more) is determined. Or when it is determined that the output of the oxygen sensor 17 is equal to or lower than the predetermined value Sb (or equal to or higher than the predetermined value Sb ′), the process proceeds to S406. The response time ΔT is stored, and the built-in timer is reset to finish the measurement of the response time ΔT.

続くＳ４０７では、Ｓ４０６で求められた応答時間ΔＴが劣化判定用として予め設定されている所定値Ｔａ以下か否かを判断し、応答時間ΔＴが所定値Ｔａ以下ではないと判断された場合には、触媒２４はさほど劣化していないと判定して、このルーチンを終了し、ΔＴが所定値Ｔａ以下であると判断された場合には、Ｓ４０８において、触媒２４が許容できない程度まで劣化した（異常が生じた）と判定し、その旨を警報手段を構成する例えば表示器２６（図１参照）に表示する処理を行って、このルーチンを終了する。   In subsequent S407, it is determined whether or not the response time ΔT obtained in S406 is equal to or less than a predetermined value Ta set in advance for deterioration determination, and if it is determined that the response time ΔT is not equal to or less than the predetermined value Ta. When it is determined that the catalyst 24 has not deteriorated so much and this routine is terminated and ΔT is determined to be equal to or smaller than the predetermined value Ta, the catalyst 24 has deteriorated to an unacceptable level in S408 (abnormal). For example, display 26 (see FIG. 1) constituting the alarm means, and this routine is terminated.

なお、本実施形態では、空燃比センサ１７の出力に基づいて触媒上流空燃比フィードバック制御を行うようにしているが、前記Ｏ２センサの出力に基づく、触媒下流空燃比フィードバック制御を行うようにしてもよく、この場合は、前記応答時間ΔＴ計測中は、前記空燃比フィードバック制御を停止し、前記応答時間ΔＴの計測が終了したならば、又は、終了する直前から、速やかに前記空燃比フィードバック制御に復帰することが好ましい。これにより、より高精度な触媒劣化度の判定が可能となる。また、応答時間計測終了後の酸素センサ出力のオーバーシュート分を抑制することができ、排気エミッションの悪化の抑制に繋がる。 In this embodiment, the catalyst upstream air-fuel ratio feedback control is performed based on the output of the air-fuel ratio sensor 17, but the catalyst downstream air-fuel ratio feedback control is performed based on the output of the O 2 sensor. In this case, during the measurement of the response time ΔT, the air-fuel ratio feedback control is stopped, and when the measurement of the response time ΔT is completed or immediately before the completion, the air-fuel ratio feedback control is promptly performed. It is preferable to return to. This makes it possible to determine the degree of catalyst deterioration with higher accuracy. In addition, it is possible to suppress the overshoot of the oxygen sensor output after the response time measurement is completed, leading to suppression of deterioration of exhaust emission.

また、前記実施形態では、目標空燃比をストイキからリッチ側、もしくは、ストイキからリーン側へステップ的に変更する場合について説明したが、排気エミッションの悪化を最小に抑えるためには、触媒出口においてストイキよりリッチ雰囲気で排出されるＨＣよりも、リーン雰囲気で排出されるＮＯｘのインパクトの方が大きいため、なるべくＮＯｘの排出量を少なくするために、例えば、図１９に示される如くに、一度目標空燃比をリッチ側へステップ的に変更した後、リーン側へステップ的に変更するようにして、そのリーン側へステップ的に変更した時点（時点Ａ）を前記応答時間ΔＴの計測開始時点とし、酸素センサの出力が所定値以下となった時点（時点Ｂ）を計測終了時点とすれば、排気エミッションの悪化を極力抑えることが可能となる。   In the above-described embodiment, the case where the target air-fuel ratio is changed stepwise from the stoichiometric side to the rich side, or from the stoichiometric side to the lean side has been described. Since the impact of NOx discharged in a lean atmosphere is greater than that of HC discharged in a richer atmosphere, in order to reduce NOx emission as much as possible, for example, as shown in FIG. After changing the fuel ratio stepwise to the rich side, stepwise changing to the lean side, the time (step A) when changing stepwise to the lean side is set as the measurement start time of the response time ΔT, and oxygen If the time when the sensor output falls below the specified value (time B) is taken as the measurement end time, the deterioration of exhaust emissions can be suppressed as much as possible. It is possible.

本発明に係るエンジンの制御装置の一実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示すシステム図。The system figure which shows one Embodiment of the control apparatus of the engine which concerns on this invention with the engine to which it is applied. 図１のエンジンの制御装置（コントロールユニット）による触媒診断制御の一例の説明に供される機能ブロック図。The functional block diagram with which it uses for description of an example of the catalyst diagnostic control by the control apparatus (control unit) of the engine of FIG. 図２のエンジンの制御装置の目標空燃比がストイキからリーン側へステップ的に変更された場合における応答時間計測の説明に供されるタイムチャート。3 is a time chart for explaining response time measurement when the target air-fuel ratio of the engine control device of FIG. 2 is changed stepwise from stoichiometric to lean. 図２のエンジンの制御装置の目標空燃比がストイキからリッチ側へステップ的に変更された場合における応答時間計測の説明に供されるタイムチャート。FIG. 3 is a time chart for explaining response time measurement when the target air-fuel ratio of the engine control device of FIG. 2 is changed stepwise from stoichiometric to a rich side. 触媒のＯ２貯蔵能力の説明に供される図Diagram used to explain the O 2 storage capacity of the catalyst 目標空燃比ステップ量とＯ２吸着・脱離速度との関係の説明に供される図。The figure used for description of the relationship between the target air-fuel ratio step amount and the O 2 adsorption / desorption rate. 図２のエンジンの制御装置（コントロールユニット）が実行する触媒劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the catalyst deterioration determination routine which the control apparatus (control unit) of the engine of FIG. 2 performs. 図２のエンジンの制御装置の目標空燃比がストイキからリーン側へステップ的に変更された際において応答時間計測終了時点を酸素センサ出力の変化率に基づいて検出する場合の説明に供されるタイムチャート。The time provided for explanation when the response time measurement end point is detected based on the rate of change of the oxygen sensor output when the target air-fuel ratio of the engine control device of FIG. 2 is changed stepwise from stoichiometric to the lean side. chart. 図２のエンジンの制御装置の目標空燃比がストイキからリッチ側へステップ的に変更された際において応答時間計測終了時点を酸素センサ出力の変化率に基づいて検出する場合の説明に供されるタイムチャート。The time provided for explanation when the response time measurement end point is detected based on the change rate of the oxygen sensor output when the target air-fuel ratio of the engine control device of FIG. 2 is changed stepwise from the stoichiometric to the rich side. chart. 図２のエンジンの制御装置（コントロールユニット）が実行する触媒劣化判定ルーチンの他の例を示すフローチャート。The flowchart which shows the other example of the catalyst deterioration determination routine which the control apparatus (control unit) of the engine of FIG. 2 performs. 本発明のエンジンの制御装置による触媒診断制御の他の例の説明に供される機能ブロック図。The functional block diagram with which it uses for description of the other example of the catalyst diagnostic control by the control apparatus of the engine of this invention. 図１１のエンジンの制御装置における触媒のＯ２貯蔵能力（ＯＳＣ）に基づいて触媒の劣化判定を行う場合の説明に供されるタイムチャート。FIG. 12 is a time chart used for explanation when performing catalyst deterioration determination based on the O 2 storage capacity (OSC) of the catalyst in the engine control apparatus of FIG. 11. FIG. 図１１のエンジンの制御装置（コントロールユニット）が実行する触媒劣化判定ルーチンの他の別の例を示すフローチャート。The flowchart which shows another example of the catalyst deterioration determination routine which the control apparatus (control unit) of the engine of FIG. 11 performs. 本発明のエンジンの制御装置による触媒診断制御の他の別の例の説明に供される機能ブロック図。The functional block diagram with which the description of another example of the catalyst diagnostic control by the control apparatus of the engine of this invention is provided. 図１４のエンジンの制御装置の目標空燃比ステップ量と単位吸気量との関係の説明に供される図。FIG. 15 is a diagram which is used for explaining a relationship between a target air-fuel ratio step amount and a unit intake air amount in the engine control device of FIG. 14. 図１４のエンジンの制御装置の酸素センサ出力のオーバーシュートの説明に供される図。FIG. 15 is a diagram which is used for explaining an overshoot of an oxygen sensor output of the engine control device of FIG. 14. 図１４のエンジンの制御装置のＯ２吸着・脱離量と空燃比センサ出力との関係の説明に供される図。FIG. 15 is a diagram for explaining the relationship between the O 2 adsorption / desorption amount and the air-fuel ratio sensor output of the engine control device of FIG. 14. 図１４のエンジンの制御装置（コントロールユニット）が実行する触媒劣化判定ルーチンのさらに別の例を示すフローチャート。The flowchart which shows another example of the catalyst deterioration determination routine which the engine control apparatus (control unit) of FIG. 14 performs. 図１４のエンジンの制御装置の触媒の劣化判定を行う場合の目標空燃比の他の設定例の説明に供されるタイムチャート。FIG. 15 is a time chart for explaining another example of setting of the target air-fuel ratio in the case where the deterioration determination of the catalyst of the engine control device of FIG. 14 is performed.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン
１０ コントロールユニット
１６ リニア空燃比センサ
１７ Ｏ２センサ
２４ 触媒
４１ 目標空燃比ステップ量設定手段
４２ 目標空燃比設定手段
４３ 応答時間計測手段
４４ 触媒劣化度判定手段 1 Engine 10 Control unit 16 Linear air-fuel ratio sensor 17 O 2 sensor 24 Catalyst 41 Target air-fuel ratio step amount setting means 42 Target air-fuel ratio setting means 43 Response time measurement means 44 Catalyst deterioration degree determination means

Claims (9)

排気通路に配設された排気浄化用の触媒を備えたエンジンの制御装置において、
目標とする空燃比をステップ的に変化させるべく目標空燃比ステップ量を設定する目標空燃比ステップ量設定手段と、
該目標空燃比ステップ量設定手段により設定されたステップ量に基づいて、目標空燃比をステップ的に変更する目標空燃比設定手段と、
該目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された後において前記触媒の下流側における排ガスの空燃比が所定値に至るまでの応答時間を計測する応答時間計測手段と、
該応答時間計測手段により計測された応答時間に基づいて、前記触媒の劣化度を判定する触媒劣化度判定手段と、を備え、
前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記目標空燃比ステップ量を、前記エンジンの運転状態に基づいて設定することを特徴とするエンジンの制御装置。 A control device for an engine having a disposed in the exhaust passage catalyst for exhaust gas purification,
Target air-fuel ratio step amount setting means for setting the target air-fuel ratio step amount so as to change the target air-fuel ratio stepwise;
Target air-fuel ratio setting means for stepwise changing the target air-fuel ratio based on the step amount set by the target air-fuel ratio step amount setting means;
Air-fuel ratio of the exhaust gas at the downstream side of the catalyst and the response time measuring means for measuring the response time until a predetermined value after the target air-fuel ratio is stepwise changed by the target air-fuel ratio setting means,
Catalyst deterioration degree determination means for determining the deterioration degree of the catalyst based on the response time measured by the response time measurement means,
The target air-fuel ratio step amount setting means, wherein the target air-fuel ratio step amount, the engine control system and sets based on the operating state of the engine. 燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とするための制御を行う空燃比制御手段と、
前記触媒の上流側における排ガスの空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサを備え、
前記空燃比制御手段は、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とすべく、前記リニア空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。 Air-fuel ratio control means for performing control for setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion to the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means;
A linear air-fuel ratio sensor for linearly detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst,
The air-fuel ratio control means performs feedback control based on the output of the linear air-fuel ratio sensor so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion becomes the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means. The engine control device according to claim 1, wherein 前記触媒の下流側における排ガスの空燃比を検出する酸素センサを備え、
前記応答時間計測手段は、前記応答時間として、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された時点、又は、前記リニア空燃比センサの出力あるいはその変化率が所定値以上もしくは所定値以下となった時点から、前記酸素センサの出力あるいはその変化率が所定値以下もしくは所定値以上となるまでの所要時間を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。 An oxygen sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst;
The response time measuring means is the time when the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting means, or the output of the linear air-fuel ratio sensor or the rate of change thereof is a predetermined value or more as the response time. 3. The engine control according to claim 1, wherein a time required for the output of the oxygen sensor or the rate of change thereof to be equal to or less than a predetermined value or greater than a predetermined value from a time when the value becomes equal to or less than a value is measured. apparatus. 前記運転状態検出手段により検出される運転状態に基づいて、単位時間あたりの吸入空気量を算出する単位吸気量算出手段を備え、
前記触媒劣化判定手段は、前記単位吸気量算出手段により算出された単位吸気量に基づいて前記触媒の劣化度を判定することを特徴とする前記請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。 Unit intake air amount calculating means for calculating the intake air amount per unit time based on the operating state detected by the operating state detecting means;
4. The engine according to claim 1, wherein the catalyst deterioration determining unit determines the degree of deterioration of the catalyst based on the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount calculating unit. 5. Control device. 前記応答時間計測手段により計測された応答時間、前記単位吸気量算出手段により算出される単位吸気量、及び、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比もしくは前記リニア空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒のＯ２貯蔵能力を推定するＯ２貯蔵能力推定手段を備えていることを特徴とする前記請求項４に記載のエンジンの制御装置。 The response time measured by the response time measuring means, the unit intake air amount calculated by the unit intake air amount calculating means, and the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means or the output of the linear air-fuel ratio sensor. 5. The engine control device according to claim 4, further comprising an O 2 storage capacity estimation means for estimating an O 2 storage capacity of the catalyst based on the O 2 storage capacity. 前記劣化判定手段は、前記Ｏ２貯蔵能力推定手段により推定された前記触媒のＯ２貯蔵能力に基づいて、前記触媒の劣化度を判定することを特徴とする前記請求項５に記載のエンジンの制御装置。 6. The engine according to claim 5, wherein the deterioration determining means determines the degree of deterioration of the catalyst based on the O 2 storage capacity of the catalyst estimated by the O 2 storage capacity estimating means. Control device. 前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記ステップ量を、前記応答時間計測手段により計測される応答時間が略一定となるように設定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエンジンの制御装置。   7. The target air-fuel ratio step amount setting means sets the step amount so that the response time measured by the response time measuring means is substantially constant. Engine control device. 前記目標空燃比ステップ量設定手段は、前記ステップ量を、前記Ｏ２貯蔵能力推定手段により推定されたＯ２貯蔵能力、及び、前記単位吸気量算出手段により算出された単位吸気量に基づいて設定することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のエンジンの制御装置。 Setting the target air-fuel ratio step amount setting means, the step amount, the estimated O 2 storage capacity by the O 2 storage capacity estimation means, and, based on the unit intake air amount calculated by the unit intake air quantity calculating means The engine control device according to any one of claims 5 to 7, wherein 前記空燃比制御手段は、燃焼に供される混合気の空燃比を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比とすべく、前記酸素センサの出力に基づくフィードバック制御を行うようにされ、かつ、前記目標空燃比設定手段により目標空燃比がステップ的に変更された後、前記応答時間計測手段により前記応答時間の計測が終了するまでは、前記フィードバック制御を停止することを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載のエンジンの制御装置。 The air-fuel ratio control means is configured to perform feedback control based on the output of the oxygen sensor so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied for combustion becomes the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means. In addition, after the target air-fuel ratio is changed stepwise by the target air-fuel ratio setting unit, the feedback control is stopped until the measurement of the response time by the response time measuring unit is completed. Item 9. The engine control device according to any one of Items 3 to 8.
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