JP4665858B2 - 内燃機関の触媒劣化検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。

一般に、内燃機関では排気ガスを浄化するために排気通路に触媒が配置されている。このような触媒、例えば三元触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出するＯ_２ストレージ機能を有する。従って、内燃機関の通常運転時、理論空燃比を中心として混合気をリッチ側又はリーン側に交互に振らせると、三元触媒のもつＯ_２ストレージ機能により、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるためにＮＯｘが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるためにＨＣおよびＣＯが酸化され、これによりＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化できることになる。

そこで従来より触媒上流側の排気通路に排気空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、排気空燃比がリーンになったときには燃料供給量を増量し、排気空燃比がリッチになったときには燃料供給量を減量させることにより、空燃比を理論空燃比を中心としてリッチ側又はリーン側に交互に振らせ、それによってＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを同時に低減するようにしている。

ところで、三元触媒が劣化すると排気ガス浄化率が低下する。三元触媒の劣化度とＯ_２ストレージ機能の低下度との間には相関関係がある。よって、Ｏ_２ストレージ機能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。

かかる原理に基づいて触媒劣化検出を行う装置としては例えば特許文献１に開示されたものがある。この装置においては、三元触媒上流の機関排気通路内に第１空燃比センサが配置され、三元触媒下流の機関排気通路内に第２空燃比センサが配置される。また、触媒上流における空燃比を理論空燃比に対してリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比に、又はその逆に切換える空燃比切換手段が設けられる。機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに変化されると、第２空燃比センサにより検出される空燃比が一定時間ΔＴｒ、理論空燃比に維持された後にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに変化する。理論空燃比に対するリッチ空燃比Ａ／Ｆｒの偏差ΔＡ／Ｆｒと、時間ΔＴｒと、吸入空気量との積から三元触媒に吸着保持される酸素の絶対量が求められ、この絶対量から三元触媒の劣化度が検出される。

特開平５−１３３２６４号公報

ところで、本発明者による試験研究の結果によれば、内燃機関に吸入される空気量が比較的多い場合、触媒の酸素吸蔵容量として真の値より小さい値が計算されてしまい、その結果、触媒劣化検出に誤検出が生じる場合があるという事実が判明した。

そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関に吸入される空気量が比較的多い場合の誤検出を防止することができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比を、所定の中心空燃比から所定のリッチ振幅だけリッチ側であるリッチ空燃比と、前記中心空燃比から所定のリーン振幅だけリーン側であるリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御手段と、
内燃機関に吸入される空気量を検出するための吸入空気量検出手段と
を備え、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大のとき、その吸入空気量が小のときよりも前記リッチ振幅を大きくする
ことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大のとき、その吸入空気量が小のときよりも前記リーン振幅を大きくし、且つ、同一の吸入空気量に対する前記リッチ振幅と前記リーン振幅とを、互いに等しくするか又は前者を後者より大きくすることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒上流側の排気空燃比が前記リッチ空燃比に切り替わった時点で前記リッチ振幅を最大とし、その後前記リッチ振幅を徐々に減少させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３いずれかの発明において、
前記触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段をさらに備え、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前空燃比検出手段によって検出された排気空燃比が所定の目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するものであり、且つ、前記リッチ空燃比の目標値を、所定の基準値から所定のオフセット値を減算して算出し、
前記オフセット値は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大であるほど大きな値となるように予め設定された値である
ことを特徴とする。

また、第５の明は、第１乃至第３いずれかの発明において、
前記触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段をさらに備え、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前空燃比検出手段によって検出された排気空燃比が所定の目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するものであり、且つ、前記リッチ空燃比の目標値を、所定の基準値に所定の係数を乗算して算出し、
前記係数は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大であるほど１に対し小さな値となるように予め設定された値である
ことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第３いずれかの発明において、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が所定のしきい値を超えていないときには前記リッチ振幅を所定の基準値とし、その吸入空気量が所定のしきい値を超えているときには前記リッチ振幅を前記基準値より大きな値とすることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第３いずれかの発明において、
前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大きくなるほど前記リッチ振幅が大きくなるように予め設定されたマップ又は関数を用いて、前記吸入空気量に対応した前記リッチ振幅を決定することを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７いずれかの発明において、
前記アクティブ空燃比制御手段が前記排気空燃比を前記リッチ空燃比に切り替えた時に前記リッチ振幅が所定のしきい値より大きいとき、所定のトルク変動抑制制御を実行するトルク変動抑制制御手段をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関に吸入される空気量が比較的多い場合の誤検出を防止することができる内燃機関の触媒劣化検出装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。

内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設され、燃焼室３内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン４はいわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部４ａが形成されている。そして内燃機関１では、燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ１２からピストン４の凹部４ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ７の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）され、安定した成層燃焼が実行される。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、Ｏ_２ストレージ機能を有する三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出するための触媒前センサ及び触媒後センサ１７，１８が設置されている。触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した電流信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ_２センサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。

上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、吸気圧を検出する吸気圧センサ１６、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。

触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ）Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、触媒上流側の排気空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓになるように空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比Ａ／Ｆｓに等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量を制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。

ここで、触媒１１についてより詳細に説明する。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で保持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ_２からなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元浄化される。

このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓに対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆを敢えて理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。

ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。

このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出ないし判定することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、触媒１１が吸蔵し得る酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O_２ Strage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。

以下、本実施形態における触媒の劣化検出について説明する。

本実施形態では、触媒１１の劣化検出の際にＥＣＵ２０によるアクティブ空燃比制御が実行される。ここでアクティブ空燃比制御とは、触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを、所定のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの一方から他方に所定のタイミングで強制的に切り替える制御である。

ここで触媒１１の劣化検出は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が所定の活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度は、直接検出してもよいが、本実施形態の場合それをエンジン運転状態に基づき所定のマップ又は関数を用いて推定するようにしている。触媒１１の劣化検出はエンジンの１運転毎に１回実行され、少なくとも続けて２回、触媒１１が劣化状態にあると判定されたときに警告装置が作動させられる。

図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８の出力はそれぞれ触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒ及び触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒを表す。

図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比としての理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えないし振動に追従するようにして、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。よって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも目標空燃比Ａ／Ｆｔと同様にリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとに強制的に且つ交互に切り替えられる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。

図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えば理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。

ところで、目標空燃比Ａ／Ｆｔが切り替えられるタイミングは、触媒後センサ１８の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後センサ１８の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓを境に急変し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより小さいリッチ側の空燃比であるときその出力電圧がリッチ判定値ＶＲ以上となり、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓより大きいリーン側の空燃比であるときその出力電圧がリーン判定値ＶＬ以下となる。ここでＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）である。

図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。その後、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値ＶＲに等しくなった時（時刻ｔ２）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

このような空燃比変化を行うアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが算出され、触媒１１の劣化が検出ないし診断される。

図３を参照して、時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（ｔ１）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、或いは反転される。このように目標空燃比Ａ／Ｆｔは触媒後センサ１８の出力をトリガにして反転される。

そして今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒１１の下流側にはほぼ理論空燃比Ａ／Ｆｓの排気ガスが流出し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチにならないことから、触媒後センサ１８の出力は反転しない。触媒１１から酸素が放出され続けるとやがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲに達した時点（ｔ２）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほど目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして算出される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積分される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ１即ち放出酸素量が算出される。

ここで、Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰分の空気量を算出できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。

基本的には、この１回で算出された酸素吸蔵容量ＯＳＣ１を用い、これを所定のしきい値（触媒劣化判定しきい値）と比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値を超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣ１がしきい値以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、リーン側でも同様に酸素吸蔵容量（この場合酸素吸収量）を算出し、必要に応じてリッチ側とリーン側とで複数回算出を繰り返し、その平均値をしきい値と比較して最終的な劣化判定を行っている。

具体的には、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＣが、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで積分される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ２即ち吸収酸素量が算出される。前回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と今回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるはずである。こうして複数の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２，・・・ＯＳＣｎ（例えばｎは５以上）が繰り返し算出され、その平均値ＯＣＳａｖが所定のしきい値ＯＳＣｓと比較される。そして、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓを超えていれば触媒１１は正常、平均値ＯＣＳａｖがしきい値ＯＳＣｓ以下ならば触媒１１は劣化と判定される。

なお、車両の走行距離等、触媒劣化の進行に相関するパラメータに応じて酸素吸蔵容量ＯＳＣの算出回数ｎを変化させてもよい。例えば走行距離が比較的少なく明らかに劣化が相当程度進んでいないと想定できる場合はｎを少ない値とし、走行距離が比較的多く劣化が相当程度進んでいる可能性のある場合はｎを多い値とする。

ここで、酸素吸蔵容量ＯＳＣと触媒温度との関係を図５に示す。見られるように、酸素吸蔵容量ＯＳＣは触媒温度が高くなるにつれ大きくなる傾向にある。酸素吸蔵容量ＯＳＣは新品の触媒で最大であり、触媒の劣化が進むにつれ減少してくる。そして、酸素吸蔵容量ＯＳＣがしきい値ＯＳＣｓ以下になった場合、触媒１１は劣化と判定される。

さて、本発明者による試験研究の結果によると、内燃機関に吸入される空気量が比較的多い場合、触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣとして真の値より小さい値が算出されてしまい、その結果、触媒劣化検出に誤検出が生じる場合があるという事実が判明した。その理由は、吸入空気量が多いと触媒を通過する排気ガスの流速が高く、触媒での酸素吸放出反応が十分に行われる前に排気ガスが素通りしてしまうからと考えられる。また、排気ガス中の各成分が酸化又は還元反応を行うには一定の時間を要するが、排気ガスが触媒内に高速で流入してくると、未反応で触媒を通り抜けるガス量が増え、見かけ上の反応速度が低下するからと考えられる。図６には酸素吸蔵容量ＯＳＣと吸入空気量ＧＡとの関係を調べた試験結果を示す。実線で見られるように、吸入空気量ＧＡが多くなるほど酸素吸蔵容量ＯＳＣは小さな値として算出される傾向にある。

そこで、このような触媒劣化検出の誤検出を防止すべく、本実施形態では前述のアクティブ空燃比制御において以下のような振幅増大制御を実行することとしている。

本実施形態のアクティブ空燃比制御においては、エアフローメータ５により検出される吸入空気量ＧＡに応じて少なくともリッチ振幅Ａｒが変更される。そして特に、検出された吸入空気量が大のときには、その吸入空気量が小のときよりも少なくともリッチ振幅Ａｒが大きくされる。即ち、所謂リッチ深さをより深くする制御を行う。

図７〜図１０はこのようなリッチ振幅増大制御の第１乃至第４の態様を示す。図中、破線は吸入空気量が小さい（少ない）場合の目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化を示し、実線は吸入空気量が大きい（多い）場合の目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化を示す。ここで吸入空気量が小さい場合、図３に示した場合と同様に、目標空燃比Ａ／Ｆｔが理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として等しい振幅Ａｒ，Ａｌだけリッチ側又はリーン側に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒとリーン空燃比Ａ／Ｆｌとの間で切り替えられるものとし、これを基準状態とする。なお理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５とする。図示省略するが、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えに追従して実際値或いは触媒前センサ検出値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも同じように切り替わることが容易に理解されよう。

図７に示す第１の態様は、リッチ振幅及びリーン振幅の両方を基準値Ａｒ、Ａｌに対し等しく増大する態様である。ここで基準値Ａｒ、Ａｌに対する増大量をΔＡｒ、ΔＡｌとするとΔＡｒ＝ΔＡｌとなり、増大後のリッチ振幅及びリーン振幅をＡｒｘ、ＡｌｘとするとＡｒｘ＝Ａｌｘとなる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態よりもΔＡｒ、ΔＡｌだけリッチ側及びリーン側に大きく振られるようになる。例えばΔＡｒ＝ΔＡｌ＝０．３などとすることができ、この場合、振幅増大後のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１３．８、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．４となる。

図８に示す第２の態様は、リッチ振幅及びリーン振幅の両方を基準値Ａｒ、Ａｌよりも増大するが、増大後リッチ振幅Ａｒｘを増大後リーン振幅Ａｌｘよりも大きくする態様である（Ａｒｘ＞Ａｌｘ）。増大量ΔＡｒ、ΔＡｌについてはΔＡｒ＞ΔＡｌとなる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態よりも大きく振られるが、リーン側よりもリッチ側の方が大きく振られるようになる。

図９に示す第３の態様は、リーン振幅を基準値Ａｌと等しくする一方、リッチ振幅を基準値Ａｒより増大する態様である。増大量ΔＡｒ、ΔＡｌについてはΔＡｒ＞０，ΔＡｌ＝０となる。結果的に目標空燃比Ａ／Ｆｔは基準状態に対し、リッチ側のみより大きく振られるようになる。

図１０に示す第４の態様は、少なくともリッチ振幅Ａｒを１サイクル中で経時的に変化させる態様である。即ち、基準状態ではリッチ振幅Ａｒが時間に対し一定であるのに対し、振幅増状態では、増大後リッチ振幅Ａｒｘが切替時（ｔ１）に最大とされ、その後徐々に減少されている。図示例では時間に対し一定割合でリッチ振幅Ａｒｘが減少されている。この結果、目標空燃比Ａ／Ｆｔの波形は基準状態では矩形であるのに対し、振幅増状態では略鋸歯状となる。本発明者による試験研究の結果によれば、切替時の最初の振幅を増大させることが誤検出防止に有効であることが判明している。よってこのような振幅変化の態様も有効である。

図示例では、図７の第１の態様の如く、リーン振幅Ａｌもリッチ振幅Ａｒと同様に増大され且つ経時的に変化させられている。切替時（ｔ２）におけるリーン振幅Ａｌｘはリッチ振幅Ａｒｘと等しく、また、切替時から所定時間経過した時のリーン振幅Ａｌもその時のリッチ振幅Ａｒと等しい。図示省略するが、リッチ側とリーン側との振幅増大量ΔＡｒ、ΔＡｌを、図８の第２の態様又は図９の第３の態様の如く異ならせてもよいことが理解されよう。

本発明者による試験研究の結果によれば、このようなリッチ振幅の増大が吸入空気量増大に基づく酸素吸蔵量算出値低下を抑制できることが判明している。その理由は、より濃いリッチガスが触媒に流入すると反応が促進され、酸素放出が行われ易くなるからと考えられる。一方、リーン振幅を増大するよりリッチ振幅を増大する方が効果が大きいことも判明している。よってこのように少なくともリッチ振幅を増大することにより、吸入空気量が多い場合でも真の値により近い触媒の酸素吸蔵容量を算出することができるようになり、触媒劣化検出における誤検出或いは誤判定を防止することができるようになる。

次に、吸入空気量ＧＡに対するリッチ振幅の増大の態様を説明する。第１の態様は、吸入空気量ＧＡの所定のしきい値ＧＡｓを境にリッチ振幅をステップ的に増大する態様である。

この第１の態様を実施する制御のフローチャートを図１１に示す。まずステップＳ１０１ではアクティブ空燃比制御実行中か否かが判断され、実行中でなければ本フローが終了される。実行中であれば、ステップＳ１０２において、エアフローメータ５により検出された吸入空気量ＧＡが所定のしきい値ＧＡｓを超えているか否かが判断される。吸入空気量ＧＡがしきい値ＧＡｓを超えていない場合、ステップＳ１０４においてリッチ振幅及びリーン振幅は基準値Ａｒ、Ａｌに設定される。他方、吸入空気量ＧＡがしきい値ＧＡｓを超えている場合、ステップＳ１０３において、リッチ振幅のみを増大する（例えば図９に示した第３の態様の場合）か、又はリッチ振幅及びリーン振幅の両方を増大する（例えば図７、図８に示した第１、第２の態様の場合）。

この第１の態様によれば、図６に一点鎖線I又はIIで示すように、吸入空気量ＧＡがしきい値ＧＡｓより大きい場合の酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣの低下傾向を抑制或いは改善することができ、触媒劣化の誤検出を未然に防止することができる。なお、しきい値ＧＡｓの数は２以上としてもよく、吸入空気量ＧＡがしきい値を超える度にリッチ振幅増大量（及びリーン振幅増大量）を増やしていってもよい。しきい値の設定方法としては、実機試験により図６に示した如き酸素吸蔵容量算出値と吸入空気量との関係を予め調べておき、酸素吸蔵容量算出値の低下傾向が大きくなる境目の吸入空気量を把握し、その吸入空気量をしきい値として設定する方法がある。

吸入空気量に対するリッチ振幅増大の第２の態様は、図１２に示すような吸入空気量ＧＡとリッチ振幅Ａｒとの関係を予め定めたマップ（関数でもよい）を用いて、検出された吸入空気量ＧＡに対応するリッチ振幅Ａｒを求める態様である。このマップにおいては、吸入空気量ＧＡが大きくなるほどリッチ振幅Ａｒが大きくなるように両者の関係が設定されている。よってこのマップから、検出された吸入空気量ＧＡに対応するリッチ振幅Ａｒを求めることで、吸入空気量ＧＡが大きくなるほど大きなリッチ振幅Ａｒが得られ、吸入空気量ＧＡの大小によらず常に適切な、誤検出を防止し得るリッチ振幅Ａｒを得ることができる。そして図６に一点鎖線III又はIVで示すように、吸入空気量ＧＡの全域において、酸素吸蔵容量算出値ＯＳＣの低下傾向を抑制或いは改善することができ、触媒劣化の誤検出を未然に防止することができる。

ここで、リッチ振幅に加えてリーン振幅をも増大するような場合（例えば図７、図８に示した第１、第２の態様の場合）には、同様に、図１２に示す如き吸入空気量ＧＡとリーン振幅Ａｌとの関係を予め定めたマップ（関数でもよい）を用いて、検出された吸入空気量ＧＡに対応するリーン振幅Ａｌを求めるようにしてもよい。

次に、目標空燃比の算出方法を説明する。目標空燃比算出の第１の態様は、目標空燃比の所定の基準値に対し所定のオフセット値を加減算することにより目標空燃比を算出する態様である。リッチ側の目標空燃比は基準値からオフセット値を減算して算出され、リーン側の目標空燃比は基準値にオフセット値を加算して算出される。

前記オフセット値は、検出された吸入空気量が大であるほど大きな値となるように予め設定された値である。図１３には、このように両者の関係を予め設定したマップ（関数でもよい）が示されている。よってこのマップから、検出された吸入空気量ＧＡに対応するオフセット値ＯＦを求めることで、吸入空気量ＧＡが増大するほどオフセット値ＯＦを増大し、リッチ振幅又はリーン振幅を増大することができる。

例えば、図７及び図１３に示されるように、吸入空気量ＧＡ１のときのオフセット値ＯＦ１を用いたときのリッチ側目標空燃比がＡ／Ｆｒであったとする。そして吸入空気量がＧＡ１からＧＡ２に増大され、そのＧＡ２に対応するオフセット値ＯＦ２が用いられたとき、より大きなオフセット値ＯＦ２が減算されるので、リッチ側目標空燃比はより小さな値Ａ／Ｆｒｘとなり、結果的にリッチ振幅が増大される。リーン側では逆により大きなオフセット値ＯＦ２が加算されるので、リーン側目標空燃比はより大きなＡ／Ｆｌｘとなり、結果的にリーン振幅が増大される。

次に、目標空燃比算出の第２の態様は、目標空燃比の所定の基準値に対し所定の係数を乗算することにより目標空燃比を算出する態様である。図１４には吸入空気量ＧＡと係数Ｂとの関係を予め定めたマップ（関数でもよい）が示されている。このマップにおいては、リッチ係数Ｂｒ及びリーン係数Ｂｌといった二つの係数Ｂと、吸入空気量ＧＡとの関係が予め設定され、吸入空気量ＧＡが大きくなるにつれ、リッチ係数Ｂｒは１に対しより小さな値となり、リーン係数Ｂｌは１に対しより大きな値となる。よってこのマップから、検出された吸入空気量ＧＡに対応する係数Ｂｒ，Ｂｌを求めることで、リッチ側では吸入空気量ＧＡが増大するほどより小さな目標空燃比を得られ、これによってリッチ振幅を増大し、他方、リーン側では吸入空気量ＧＡが増大するほどより大きな目標空燃比を得られ、これによってリーン振幅を増大することができる。

例えば、図７及び図１４に示されるように、吸入空気量ＧＡ１のときのリッチ係数Ｂｒ１を用いたときのリッチ側目標空燃比がＡ／Ｆｒであったとする。そして吸入空気量がＧＡ１からＧＡ２に増大され、そのＧＡ２に対応するリッチ係数Ｂｒ２が用いられたとき、より小さなリッチ係数Ｂｒ２が乗算されるので、リッチ側目標空燃比はより小さなＡ／Ｆｒｘとなり、結果的にリッチ振幅が増大される。リーン側では逆により大きなリーン係数Ｂｒ２が乗算されるので、リーン側目標空燃比はより大きなＡ／Ｆｌｘとなり、結果的にリーン振幅が増大される。

なお、第１の態様において図１３に示されたようなマップをリッチ側とリーン側とで別々に用意し、同一の吸入空気量ＧＡに対して、オフセット値ＯＦを異ならせ、図８に示したようにリッチ側とリーン側とで振幅を変えるようにしてもよい。また、図１４に示したマップではリッチ係数Ｂｒ及びリーン係数Ｂｌを１に対し対称となるように設定したが、これに限らず、例えば図８に示したようにリッチ側振幅をリーン側振幅より大きくする場合には、同一の吸入空気量ＧＡに対して、１に対するリッチ係数Ｂｒの差の絶対値を、１に対するリーン係数Ｂｌの差の絶対値より大きくすることができる。

これら目標空燃比算出の第１及び第２の態様は、図１０に示した如く振幅を徐々に減少させるように目標空燃比を設定する場合にも適用可能である。この場合、図１０に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替える時（例えばｔ１）、又はその逆に切り替える時（例えばｔ２）の、切り替え直後の最初の目標空燃比Ａ／Ｆｔの算出に、前記第１及び第２の態様を適用することができる。

ところで、アクティブ空燃比制御は上述のように目標空燃比Ａ／Ｆｔを大きく切り替える制御であることから、これに伴って燃料噴射量も大きく変化し、大きなトルク変動が生じてトルクショックが起こることが懸念される。このようなトルクショックはドライバビリティ上好ましいものではない。

そこで、本実施形態では、このようなトルク変動ひいてはトルクショックを抑制するため、以下のようなトルク変動抑制制御を実行することとしている。

トルク変動抑制制御の第１の態様は、図１５に示すように、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えと同時に点火時期を遅角するものである。即ち、例えば目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーン側からリッチ側に切り替えた時点（ｔ１）で、吸入空気量に基づいて定まるリッチ振幅が所定のしきい値Ａｒｓをより大きければ（Ａｒｘ＞Ａｒｓの場合）、点火時期を、運転状態（例えば回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬ）に基づいて定まる基本点火時期より遅角量ΔＩＧだけ遅角する。切り替え時点ｔ１でリッチ振幅がしきい値Ａｒｓ以下であれば遅角は実行しない。遅角量ΔＩＧは、切替時期ｔ１で最大とし、その後急速に減少させて最終的にゼロにする。即ち、トルク変動は目標空燃比Ａ／Ｆｔの切替時に瞬間的に起こるものなので、点火遅角も切り替え時にのみ瞬間的に行うようにする。

図示例では、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側からリーン側に切り替えた時（ｔ２）も同様に、リーン振幅が所定のしきい値Ａｌｓより大きければ（Ａｌｘ＞Ａｌｓの場合）、点火時期遅角を実行するようにしている。この点火時期遅角は図７〜図１０に示したいずれの態様においても可能である。

しきい値Ａｒｓ、Ａｌｓや遅角量ΔＩＧの値は実機試験等に基づいて最適値に設定される。しきい値Ａｒｓ、Ａｌｓは一定値であってもよいし、吸入空気量等の値に応じて変化する値であってもよい。遅角量ΔＩＧについても同様である。

トルク変動抑制制御の第２の態様は、図１６に示すように、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えと同時にスロットル開度ＴＨを所定量変更、すなわち増大（開動）又は減少（閉動）するものである。なお（Ａ）に示されるスロットル開度ＴＨの値は、ＥＣＵ２０からスロットルバルブ１０に与えられるスロットル開度指示値の値である。

例えば目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーン側からリッチ側に切り替えた時点（ｔ１）で、吸入空気量ＧＡに基づき定まるリッチ振幅が所定のしきい値Ａｒｓをより大きければ（Ａｒｘ＞Ａｒｓの場合）、スロットル開度ＴＨを、検出されるアクセル開度ＡＣに基づいて定まる基本スロットル開度から所定量ΔＴＨだけ減少する。即ちこの場合はリッチ空燃比への切り替えであり、燃料噴射量が増加されるので、加速側トルク変動を打ち消すべくスロットル開度は減少される。切り替え時点ｔ１でリッチ振幅がしきい値Ａｒｓ以下であればスロットル開度減少は実行しない。スロットル開度変更量ΔＴＨは、点火時期の場合と同様に、切替時期ｔ１で最大とし、その後急速に減少させて最終的にゼロにする。即ちスロットル開度変更も目標空燃比の切り替え時にのみ瞬時的に行うようにする。

図示例では、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側からリーン側に切り替えた時（ｔ２）にも同様に、リーン振幅が所定のしきい値Ａｌｓをより大きければ（Ａｌｘ＞Ａｌｓの場合）、スロットル開度変更を実行するようにしている。この場合、先とは逆に、リーン空燃比への切り替えであり、燃料噴射量が減少されるので、減速側トルク変動を打ち消すべくスロットル開度は増大される。

前記同様、しきい値Ａｒｓ、Ａｌｓやスロットル開度変更量ΔＴＨの値は実機試験等に基づいて最適値に設定される。しきい値Ａｒｓ、Ａｌｓは一定値であってもよいし、吸入空気量等の値に応じて変化する値であってもよい。スロットル開度変更量ΔＴＨについても同様である。特にスロットル開度変更量ΔＴＨは、エンジン運転状態や車両走行状態を表す一乃至複数のパラメータ（回転速度ＮＥ、負荷率ＫＬ、吸入空気量ＧＡ、車速、触媒温度等）に応じてその時々の値を決定してもよく、当該パラメータとスロットル開度変更量ΔＴＨとの関係を予め定めたマップ又は関数から決定してもよい。リーン空燃比への切り替え時における減速側トルク変動は、リッチ空燃比への切り替え時における加速側トルク変動より小さいことも想定される。よって、必要に応じて、前者の場合のスロットル開度増大量を後者の場合のスロットル開度減少量より少なくしたり、或いは前者の場合のスロットル開度増大自体を省略することも可能である。このスロットル開度変更は図７〜図１０に示したいずれの態様においても可能である。

このスロットル開度変更制御については次のような別の態様を採ることも可能である。図１７に示すように、ここでは触媒後空燃比或いは触媒後センサ出力Ａ／Ｆｒｒの切り替えに応答して、まずスロットル開度ＴＨを変更し、次いで所定の遅れ時間Δｔを経て目標空燃比Ａ／Ｆｔを切り替えるようにしている。

ＥＣＵ２０からインジェクタ１２に駆動信号を与えれば燃焼室３内の混合気の空燃比は即座に変えることができるが、スロットルバルブ１０は、開度指令信号を与えてから実際に開度が指令値に到達するまでに作動遅れを伴う場合がある。そこでこの作動遅れを打ち消すため、先にスロットルバルブ１０の作動を開始させ、これに遅れて目標空燃比Ａ／Ｆｔを切り替えるようにしている。こうすることで燃焼室３内の混合気の空燃比が切り替わるタイミングに合わせてスロットル開度を変更することができ、効果的にトルク変動及びトルクショックを防止することができると共に、円滑なドライバビリティを達成できる。

前記遅れ時間Δｔの値は実機試験等に基づいて最適に設定することができる。また、アクティブ空燃比制御の実行時に、各運転状態毎に学習するようにしてもよい。

図１７に示した例について説明すると、例えば、触媒後センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、検出された吸入空気量ＧＡに基づいて切り替え後のリッチ振幅即ちリッチ空燃比が算出される。そしてそのリッチ振幅がしきい値Ａｒｓを超えている場合（Ａｒｘ＞Ａｒｓの場合）、大きなトルク変動が生じる可能性があることから、その時点ｔ１でスロットルバルブ１０にスロットル開度ＴＨをΔＴＨだけ減少するための開度指令信号が送られる。この後スロットルバルブ１０は前述の作動遅れを伴って指令値通りに開度を減少するであろう。減少量ΔＴＨは最初最大でその後急速に減少される。そして、時刻ｔ１から遅れ時間Δｔを経過した時、目標空燃比Ａ／Ｆｔが、増大されたリッチ空燃比Ａ／Ｆｒｘに切り替えられる。この時にはスロットルバルブ１０の実際の開度が丁度ΔＴＨだけ減少されており、トルクショックは抑制される。なお時刻ｔ１で算出されたリッチ振幅がしきい値Ａｒｓ以下である場合はこのようなスロットル開度減少を実行しない。

図示例では、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーン側に切り替える場合にも同様の制御が実行される。触媒後センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＬに到達した時点ｔ２で、スロットル開度ＴＨをΔＴＨだけ増大するための開度指令信号が送られ、次いで遅れ時間Δｔ経過後、目標空燃比Ａ／Ｆｔが増大リーン空燃比Ａ／Ｆｌｘに切り替えられる。

このスロットル開度変更制御については次のようなさらなる別の態様を採ることも可能である。図１８に示すように、ここではスロットル開度の立ち上がり速度を遅くする制御を実行する。スロットル開度の急激な変更によってトルクショックが出る可能性もあるので、この場合にこの態様は効果的である。

図１８に示される態様は図１６に示された態様と基本的に同様である。異なるのは、スロットル開度ＴＨを所定量ΔＴＨ変更するときに所定のなまし処理が実行され、スロットル開度波形が緩やかに立ち上げられる点である。図示例では目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側に切り替えるときとリーン側に切り替えるときとで同様のなまし処理が実行される。この立ち上がり速度を遅くする制御を図１７に示した態様と組み合わせることも可能である。

なお、上述の実施形態においては、ＥＣＵ２０及びインジェクタ１２が本発明にいうアクティブ空燃比制御手段を構成し、エアフローメータ５が本発明にいう吸入空気量検出手段を構成し、ＥＣＵ２０及び点火プラグ７、又はＥＣＵ２０及びスロットルバルブ１０が本発明にいうトルク変動抑制制御手段を構成する。また、触媒前センサ１７が、触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段を構成し、触媒後センサ１８が、触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後空燃比検出手段を構成する。触媒後センサ１８として、触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを用いることも可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は直噴式であったが、吸気ポート（吸気通路）噴射式或いは両噴射方式を兼ね備えるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用可能である。また、吸入空気量の代わりに、吸入空気量に相関する他の値（エンジン負荷率など）を用いてもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本実施形態の構成を示す概略図である。 触媒の構成を示す概略断面図である。 アクティブ空燃比制御の基本を説明するためのタイムチャートである。 図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の算出方法を説明するための図である。 酸素吸蔵容量と触媒温度との関係を示すグラフであり、触媒劣化判定方法を説明するための図である。 酸素吸蔵容量と吸入空気量との関係を示すグラフである。 リッチ振幅増大の第１の態様を示すタイムチャートである。 リッチ振幅増大の第２の態様を示すタイムチャートである。 リッチ振幅増大の第３の態様を示すタイムチャートである。 リッチ振幅増大の第４の態様を示すタイムチャートである。 リッチ振幅増大を実施する制御のフローチャートである。 吸入空気量とリッチ振幅との関係を定めたマップである。 吸入空気量とオフセット値との関係を定めたマップである。 吸入空気量と係数との関係を定めたマップである。 トルクショック抑制制御の第１の態様を示すタイムチャートである。 トルクショック抑制制御の第２の態様の一態様を示すタイムチャートである。 トルクショック抑制制御の第２の態様の別の態様を示すタイムチャートである。 トルクショック抑制制御の第２の態様のさらに別の態様を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 燃焼室
５ エアフローメータ
６ 排気管
７ 点火プラグ
１０ スロットルバルブ
１１ 触媒
１２ インジェクタ
１５ アクセル開度センサ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ａ／Ｆ 空燃比
Ａ／Ｆｆｒ 触媒前空燃比
Ａ／Ｆｒｒ 触媒後空燃比
Ａ／Ｆｔ 目標空燃比
Ａ／Ｆｓ 理論空燃比
Ａ／Ｆｒ リッチ空燃比
Ａ／Ｆｌ リーン空燃比
Ａ／Ｆｒｘ 振幅増大後のリッチ空燃比
Ａ／Ｆｌｘ 振幅増大後のリーン空燃比
Ａｒ リッチ振幅
Ａｌ リーン振幅
Ａｒｓ リッチ振幅のしきい値
Ａｌｓ リーン振幅のしきい値
Ａｒｘ 振幅増大後のリッチ振幅
Ａｌｘ 振幅増大後のリーン振幅
ΔＡｒ リッチ振幅増大量
ΔＡｌ リーン振幅増大量
ＯＳＣ 触媒の酸素吸蔵容量
ＯＳＣｓ 劣化判定しきい値
ＧＡ 吸入空気量
ＧＡｓ 吸入空気量のしきい値
ＴＨ スロットル開度
ΔＴＨ スロットル開度変更量
ΔＩＧ 点火時期遅角量
ＯＦ オフセット値
Ｂ 係数
Ｂｒ リッチ係数
Ｂｌ リーン係数
ＶＲ リッチ判定値
ＶＬ リーン判定値

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置であって、
   触媒上流側の排気空燃比を、所定の中心空燃比から所定のリッチ振幅だけリッチ側であるリッチ空燃比と、前記中心空燃比から所定のリーン振幅だけリーン側であるリーン空燃比との一方から他方に、所定のタイミングで強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御手段と、
   内燃機関に吸入される空気量を検出するための吸入空気量検出手段と
   を備え、
   前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大のとき、その吸入空気量が小のときよりも前記リッチ振幅を大きくする
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
2. 前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大のとき、その吸入空気量が小のときよりも前記リーン振幅を大きくし、且つ、同一の吸入空気量に対する前記リッチ振幅と前記リーン振幅とを、互いに等しくするか又は前者を後者より大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
3. 前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒上流側の排気空燃比が前記リッチ空燃比に切り替わった時点で前記リッチ振幅を最大とし、その後前記リッチ振幅を徐々に減少させることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
4. 前記触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段をさらに備え、
   前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前空燃比検出手段によって検出された排気空燃比が所定の目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するものであり、且つ、前記リッチ空燃比の目標値を、所定の基準値から所定のオフセット値を減算して算出し、
   前記オフセット値は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大であるほど大きな値となるように予め設定された値である
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
5. 前記触媒上流側の排気空燃比を検出する触媒前空燃比検出手段をさらに備え、
   前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前空燃比検出手段によって検出された排気空燃比が所定の目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するものであり、且つ、前記リッチ空燃比の目標値を、所定の基準値に所定の係数を乗算して算出し、
   前記係数は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大であるほど１に対し小さな値となるように予め設定された値である
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
6. 前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が所定のしきい値を超えていないときには前記リッチ振幅を所定の基準値とし、その吸入空気量が所定のしきい値を超えているときには前記リッチ振幅を前記基準値より大きな値とすることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
7. 前記アクティブ空燃比制御手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量が大きくなるほど前記リッチ振幅が大きくなるように予め設定されたマップ又は関数を用いて、前記吸入空気量に対応した前記リッチ振幅を決定することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
8. 前記アクティブ空燃比制御手段が前記排気空燃比を前記リッチ空燃比に切り替えた時に前記リッチ振幅が所定のしきい値より大きいとき、所定のトルク変動抑制制御を実行するトルク変動抑制制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
   

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