(57)【要約】  この発明は、ターボ付きの内燃機関においても、触媒の劣化を正確に判定し、信頼性を向上させることを目的とする。  エンジン１０は、排気浄化触媒２６、ターボ過給機３６、バイパス通路３８、ウェイストゲートバルブ４０等を備える。ＥＣＵ６０は、アクティブ空燃比制御により目標空燃比Ａtをリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、これに伴って実空燃比Ａrを変化させる。そして、アクティブ空燃比制御を実行しつつ、目標空燃比Ａtの振動周期と目標空燃比Ａtとに基いて排気浄化触媒２６の酸素吸蔵量ＯＳＣを計測し、この計測値に基いて排気浄化触媒２６の劣化判定を実行する。また、ＥＣＵ６０は、劣化判定の実行時に、ウェイストゲートバルブ４０を閉弁し、流通経路が異なる２種類の排気ガスが空燃比センサ５６の周囲に到達することにより劣化判定の精度が低下するのを防止する。
2012086078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記ウェイストゲートバルブを閉弁する判定時閉弁手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記理論空燃比を中心とした前記目標空燃比の振れ幅を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する振幅補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記振幅補正手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、前記目標空燃比の振れ幅を減少させる構成としてなる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記劣化判定値を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する判定値補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記判定値補正手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、前記劣化判定値を減少させる構成としてなる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用エンジンとして好適に用いられ、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２０１０−１５９７０１号公報）に開示されているように、所謂アクティブ空燃比制御を実行しつつ、触媒の劣化判定をする構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、アクティブ空燃比制御により実空燃比を目標空燃比に追従させてリッチ側及びリーン側に変化させつつ、触媒の酸素吸蔵量（ＯＳＣ）を計測する。そして、ＯＳＣの計測値を実空燃比と目標空燃比との偏差に基いて補正し、補正後のＯＳＣに基いて触媒の劣化を判定する構成としている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１０−１５９７０１号公報
【特許文献２】日本特開２０１０−１８０７１７号公報
【特許文献３】日本特開２０１０−１８５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来技術では、ターボ過給機を備えた内燃機関において、上記の触媒劣化判定を採用したい場合がある。しかし、ターボ付きの内燃機関では、触媒の上流側にタービンとウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）とを並列に配置しているのが一般的である。このような構造では、タービンを通過した排気ガスと、ＷＧＶを通過した排気ガスとの間に特性の差異が生じ易い。即ち、タービンを通過した排気ガスは、タービンにより攪拌された状態で、触媒の手前に配置されたＡ／Ｆセンサに到達する。このため、タービンを通過した排気ガスは、ＷＧＶを通過した排気ガスと比較して、Ａ／Ｆセンサの位置で広い範囲に拡散し易くなり、また、Ａ／Ｆの変動が小さいという特性がある。【０００５】
従って、タービンを通過する排気ガスと、ＷＧＶを通過する排気ガスとの比率がＷＧＶの開度に応じて変化すると、これに伴ってＡ／Ｆセンサにより検出される実空燃比が変動し易くなる。このため、ターボ付きの内燃機関に対して、単に従来技術の触媒劣化判定を適用しようとすると、ＷＧＶの開度に応じて実空燃比が変動し、ＯＳＣの算出値に誤差が生じることがあり、判定精度の低下や誤判定を招くという問題がある。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ターボ付きの内燃機関においても、触媒の劣化を正確に判定することができ、信頼性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記ウェイストゲートバルブを閉弁する判定時閉弁手段と、を備えることを特徴とする。【０００８】
第２の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記理論空燃比を中心とした前記目標空燃比の振れ幅を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する振幅補正手段と、を備えることを特徴とする。【０００９】
第３の発明によると、前記振幅補正手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、前記目標空燃比の振れ幅を減少させる構成としている。【００１０】
第４の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記劣化判定値を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する判定値補正手段と、を備えることを特徴とする。【００１１】
第５の発明によると、前記判定値補正手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、前記劣化判定値を減少させる構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、排気浄化触媒の劣化判定時には、判定時閉弁手段によりバイパス通路を遮断し、ターボ過給機のタービンを通過した排気ガスのみを空燃比検出手段の近傍に到達させることができる。これにより、空燃比検出手段の周囲では、ウェイストゲートバルブの作動状態に影響を受けることなく、排気ガスの流れや空燃比の変動を常に安定させることができる。従って、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができ、信頼性を向上させることができる。【００１３】
第２の発明によれば、酸素吸蔵量の計測時には、ウェイストゲートバルブの開度が計測値に与える影響を振幅補正手段により補償することができる。即ち、これらの変化に影響されることなく、酸素吸蔵量を一定の条件下で安定的に計測することができ、正確な計測値を得ることができる。このため、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができる。しかも、酸素吸蔵量の計測時には、通常の過給制御等を停止してウェイストゲートバルブの開度を強制的に変化させる必要がないので、運転性を向上させることができる。また、目標空燃比の振れ幅を減少方向に補正した場合には、排気エミッションを改善することができる。【００１４】
第３の発明によれば、振幅補正手段は、ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、目標空燃比の振れ幅を減少させることができる。酸素吸蔵量の計測値は、ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど増加する特性を有しているので、開度が小さいときに振れ幅を減少させることにより、前記計測値のずれを打ち消すことができる。【００１５】
第４の発明によれば、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測時には、ウェイストゲートバルブの開度変化が外乱として作用した場合でも、この変化が計測値に与える影響を判定値補正手段により補償することができる。これにより、酸素吸蔵量ＯＳＣを一定の条件下で安定的に計測することができ、外乱に対する計測値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。このため、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができる。【００１６】
第５の発明によれば、判定値補正手段は、ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、劣化判定値を減少させることができる。これにより、外乱の影響でずれた計測値による誤判定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】ターボ過給機のタービンを通過した排気ガスとバイパス通路を通過した排気ガスの流れの違いを説明するための説明図である。
【図３】ターボ過給機のタービンを通過した排気ガスとバイパス通路を通過した排気ガスの空燃比変動の違いを説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において、目標空燃比の振れ幅補正量をＷＧＶの開度及び吸入空気量に基いて決定するためのデータマップである。
【図６】目標空燃比の振れ幅を補正した状態を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３において、劣化判定値の補正量をＷＧＶの開度及び吸入空気量に基いて決定するためのデータマップである。
【図９】劣化判定値を補正した状態を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２と、吸入空気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。
【００１９】
また、排気通路２０には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２６が設けられている。排気浄化触媒２６は、三元触媒等により構成され、例えば二酸化セリウムＣｅＯ２やジルコニアのような酸素吸蔵成分を含んでいる。即ち、排気通路２０は、排気ガス中の酸素を吸蔵及び放出する酸素吸蔵能を有している。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。
【００２０】
さらに、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する公知のターボ過給機３６を備えている。ターボ過給機３６は、排気浄化触媒２６の上流側で排気通路２０に設けられたタービン３６ａと、吸気通路１８に設けられたコンプレッサ３６ｂとにより構成されている。ターボ過給機３６の作動時には、タービン３６ａが排気圧を受けてコンプレッサ３６ｂを駆動することにより、コンプレッサ３６ｂが吸入空気を過給する。また、排気通路２０には、タービン３６ａをバイパスするバイパス通路３８と、バイパス通路３８を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）４０とが設けられている。
【００２１】
バイパス通路３８は、タービン３６ａの上流側で排気通路２０から分岐し、タービン３６ａの下流側かつ排気浄化触媒２６の上流側となる位置で排気通路２０に合流している。ＷＧＶ４０は、バイパス通路３８を開閉することにより、その開度に応じてバイパス通路３８を流れる排気ガスの量を調整するもので、アクチュエータ４０ａを備えている。アクチュエータ４０ａは、後述のＥＣＵ６０から入力される制御信号に基いて、吸気圧または電力によりＷＧＶ４０を駆動するように構成されている。
【００２２】
次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、センサ５０〜５８を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ５０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力する。また、エアフローセンサ５２はエンジンの吸入空気量を検出し、吸気圧センサ５４は、吸気通路１８内で吸気圧（過給圧）を検出する。
【００２３】
空燃比センサ５６は、排気浄化触媒２６の近傍で空燃比を検出するもので、本実施の形態の空燃比検出手段を構成している。空燃比センサ５６としては、空燃比を連続的に検出することが可能で、空燃比に比例した信号を出力する公知のセンサが用いられる。また、空燃比センサ５６は、排気通路２０とバイパス通路３８との合流部位よりも下流側で、かつ、排気浄化触媒２６の上流側に配置されている。一方、酸素濃度センサ５８は、排気浄化触媒２６の下流側で排気ガス中の酸素濃度を検出するもので、理論空燃比を境界としてリッチ側とリーン側とで出力値が急変する特性（Ｚ特性）を有している。
【００２４】
また、センサ系統には、エンジン１０や車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等）が含まれている。これらのセンサは、ＥＣＵ６０の入力側に接続されている。一方、ＥＣＵ６０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０、ＷＧＶ４０のアクチュエータ４０ａ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。そして、ＥＣＵ６０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、エンジンの運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ５０の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ５２により検出した吸入空気量と、エンジン回転数とに基いて負荷を算出する。また、エンジン回転数、負荷等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、各気筒において、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２８を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ３０を駆動する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。
【００２６】
また、ＥＣＵ６０は、ＷＧＶ４０の開度を変化させることにより、ターボ過給機３６のタービン３６ａを通過する排気ガスの量を調整し、エンジンの運転状態に応じて過給圧を制御する過給圧制御を実行する。さらに、ＥＣＵ６０は、以下に述べるアクティブ空燃比制御と、触媒劣化判定制御とを実行する。これらの制御は、例えば日本特開２０１０−１５９７０１号公報等に記載されているものである。
【００２７】
（アクティブ空燃比制御）
この制御では、まず、理論空燃比（ストイキ）を中心として目標空燃比Ａtをリッチ側及びリーン側に交互に変化させる。これにより、目標空燃比Ａtは、ストイキを中心としてリッチ側及びリーン側に矩形状（クランク状）に振動する。そして、このように振動する目標空燃比Ａtに対して、空燃比センサ５６により検出される実空燃比Ａrが一致するように、実空燃比Ａr（燃料噴射量）を制御する。これにより、実空燃比Ａrは、目標空燃比Ａtに対して僅かな時間遅れをもって振動するようになる。また、アクティブ空燃比制御において、目標空燃比Ａtは、排気浄化触媒２６の下流側に配置された酸素濃度センサ５８の出力が反転するタイミングで切換えられる。
【００２８】
詳しく述べると、例えば目標空燃比Ａtがリーン側に設定された場合には、これに追従して実空燃比Ａrもリーン側に変化し、排気浄化触媒２６には、リーンガスが供給される。この場合、触媒２６の酸素吸蔵能が飽和していない状態では、リーンガス中の酸素が触媒２６に吸蔵されるので、触媒下流側の空燃比はほぼストイキに保持され、酸素濃度センサ５８の出力は、直前に反転した出力値（リッチ側）に保持される。しかし、時間が経過して、触媒２６の酸素吸蔵能が飽和すると、リーンガスが触媒２６の下流側に流出するので、酸素濃度センサ５８の出力はリーン側に反転する。目標空燃比Ａtは、この出力反転が検出された時点でリーン側からリッチ側に切換えられる。
【００２９】
一方、目標空燃比Ａtがリッチ側に切換わると、触媒２６にはリッチガスが供給されるが、このリッチガス中に触媒２６から酸素が放出されている間は、触媒下流側の空燃比がほぼストイキに保持され、酸素濃度センサ５８の出力がリーン側に保持される。そして、触媒２６の酸素放出が完了すると、リッチガスが触媒２６の下流側に流出するので、酸素濃度センサ５８の出力がリッチ側に反転する。従って、アクティブ空燃比制御によれば、目標空燃比Ａtの振動周期は、排気浄化触媒２６の酸素吸蔵能に応じた長さとなり、酸素吸蔵能が低下するほど短くなる。
【００３０】
（触媒劣化判定制御）
この制御は、エンジン１０が定常運転状態で、かつ、排気浄化触媒２６が活性化した状態において、アクティブ空燃比制御の実行中に排気浄化触媒２６の劣化度合いを判定する。触媒劣化判定制御では、まず、下記（１）式により酸素吸蔵量の増分ΔＯＳＣを算出する。なお、酸素吸蔵量の増分ΔＯＳＣとは、ＥＣＵ６０によるセンサ出力のサンプリング周期毎に演算される酸素吸蔵量である。
【００３１】
ΔＯＳＣ＝ΔＡ×Ｑ×Ｋ      ・・・（１）
【００３２】
上記（１）において、Ｑは燃料噴射量、ΔＡは空燃比偏差を示しており、空燃比偏差ΔＡは、実空燃比Ａrと理論空燃比Ａsとの差分の絶対値として算出される（ΔＡ＝│Ａr−Ａs│）。また、Ｋは、空気中の酸素割合に対応する定数である。
【００３３】
次の処理では、目標空燃比Ａtがリッチ側に変化してからリーン側に戻るまでの期間であるリッチ期間、または目標空燃比Ａtがリーン側に変化してからリッチ側に戻るまでのリーン期間において、当該期間中に酸素吸蔵量の増分ΔＯＳＣを積算し、その積算値を最終的な酸素吸蔵量ＯＳＣとして算出する。なお、リッチ期間中の酸素吸蔵量ＯＳＣとリーン期間中の酸素吸蔵量ＯＳＣとの平均を最終的な酸素吸蔵量ＯＳＣとしてもよい。
【００３４】
次の処理では、最終的な酸素吸蔵量ＯＳＣを所定の劣化判定値Ｓと比較することにより、排気浄化触媒２６が劣化しているか否かを判定する。この処理では、酸素吸蔵量ＯＳＣが劣化判定値Ｓよりも大きい場合に触媒２６が正常であると判定し、酸素吸蔵量ＯＳＣが劣化判定値Ｓ以下の場合には触媒２６が劣化していると判定する。触媒２６の酸素吸蔵量は、劣化が進行するほど低下する特性があるので、上記判定処理により触媒２６の劣化度合いを判定することができる。
【００３５】
ところで、ターボ付きのエンジン１０では、触媒２６（空燃比センサ５６）の上流側において、排気通路２０の一部とバイパス通路３８とが並列に配置されている。このため、過給制御の実行時には、排気通路２０のみ（ターボ過給機３６のタービン３６ａ）を通過して触媒２６に到達する排気ガスと、バイパス通路３８を通過して触媒２６に到達する排気ガスとが存在することになる。これら２種類の排気ガスには、以下のような特性の違いが生じ易い。ここで、図２は、ターボ過給機のタービンを通過した排気ガスとバイパス通路を通過した排気ガスの流れの違いを説明するための説明図であり、図３は、これらの排気ガスの空燃比変動の違いを説明するための説明図である。
【００３６】
図２に示すように、近年では、排気規制等に対応して触媒の暖機性を向上させるため、排気浄化触媒２６をエンジン本体側、即ち、タービン３６ａ側に近づけて配置する傾向があり、この近接化により設計自由度は小さくなっている。このような配置構造において、タービン３６ａを通過した排気ガスは、タービン３６ａにより攪拌されてからすぐに空燃比センサ５６に到達するので、バイパス通路３８を通過した排気ガスと比較して、ガスの流れが空燃比センサ５６の周囲で均一化される傾向がある。
【００３７】
また、図３に示すように、アクティブ空燃比制御が実行されている状態において、バイパス通路３８を通過した排気ガスの空燃比の変動波形は、自然吸気エンジンの場合とほぼ等しくなる。これに対し、タービン３６ａを通過した排気ガスは、排気運動のベクトル方向が発散する傾向となるため、空燃比の変動量（振れ幅）が小さくなる傾向がある。従って、タービン３６ａを通過する排気ガスと、バイパス通路３８を通過する排気ガスとの比率がＷＧＶ４０の開度に応じて変化すると、空燃比センサ５６により検出される実空燃比Ａrが変動し、触媒劣化判定制御の判定精度が低下する虞れがある。
【００３８】
このため、本実施の形態では、触媒劣化判定制御を実行する場合に、ＷＧＶ４０を閉弁（好ましくは、全閉）する構成としている。この構成によれば、触媒２６の劣化判定時には、バイパス通路３８を遮断し、タービン３６ａを通過した排気ガスのみを空燃比センサ５６の周囲に到達させることができる。これにより、空燃比センサ５６の周囲では、過給制御の影響を受けることなく、排気ガスの流れや空燃比の変動を常に安定させることができる。特に、タービン３６ａを通過した排気ガスは、バイパス通路３８を通過した排気ガスと比較して均一化されており、また空燃比の変動が小さいので、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測期間（前述のリッチ期間及びリーン期間）を長くすることができる。これにより、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測値を大きくすることができるので、そのＳ／Ｎ比を向上させ、安定した計測値を得ることができる。従って、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒２６の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３９】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図４を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、排気浄化触媒２６の劣化判定を行う要求が発生したか否かを判定する。この要求は、例えば前回の劣化判定から所定の時間が経過した場合等に発生するものである。
【００４０】
そして、劣化判定の実行要求が発生した場合には、ステップ１０２でＷＧＶ４０を閉弁し、ステップ１０４では、前述のアクティブ空燃比制御を実行しつつ、触媒劣化判定制御を実行する。また、ステップ１０４の終了後には、ＷＧＶ４０の開弁禁止が解除され、必要に応じて過給制御が実行される。なお、前記実施の形態１では、図４中のステップ１０２が請求項１における判定時閉弁手段の具体例を示し、ステップ１０４がアクティブ空燃比制御手段及び劣化判定手段の具体例を示している。
【００４１】
実施の形態２．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成において、触媒劣化判定制御を実行する場合に、目標空燃比の振れ幅を補正することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４２】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、触媒劣化判定制御を実行する場合に、ＷＧＶ４０を閉弁させずに、目標空燃比の補正制御を実行する。そして、この補正制御では、アクティブ空燃比制御により制御される目標空燃比Ａtの振れ幅を、ＷＧＶ４０の開度及び吸入空気量に基いて補正する構成としている。図５は、本発明の実施の形態２において、目標空燃比の振れ幅補正量をＷＧＶの開度及び吸入空気量に基いて決定するためのデータマップである。また、図６は、目標空燃比の振れ幅を補正した状態を示すタイミングチャートである。なお、図６中の判定実行フラグは、触媒劣化判定制御の実行時にセットされるフラグである。
【００４３】
図５において、目標空燃比の振れ幅補正量Ｄは、理論空燃比Ａsに対する目標空燃比Ａtの振れ幅（│Ａt−Ａs│）を減少方向に補正する補正量である。即ち、目標空燃比Ａtの振れ幅は、図６に示すように、振れ幅補正量Ｄが大きくなるほど減少する。そして、目標空燃比の補正制御では、図５に示すように、ＷＧＶ４０の開度が小さいほど、また、エンジンの吸入空気量が大きいほど、振れ幅補正量Ｄを増加させ、目標空燃比の振れ幅を減少させる。なお、上記補正制御では、例えばＷＧＶ４０が全開に保持され、かつ、吸入空気量が所定の流量である状態を基準状態として、振れ幅補正量Ｄを設定している。即ち、振れ幅補正量Ｄは、上記基準状態において零となるように設定されている。
【００４４】
上述した目標空燃比の補正制御によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、触媒劣化判定制御により計測される酸素吸蔵量ＯＳＣの計測値は、ＷＧＶ４０の開度が小さいほど、また、吸入空気量が大きいほど増加する特性を有している。また、この計測値は、前述の算出方法から判るように、目標空燃比Ａtの振れ幅が大きいほど増加する。このため、上記補正制御では、例えばＷＧＶの開度や吸入空気量が変化することにより前記計測値が基準状態に対して増加方向にずれる場合に、このずれを打ち消すように目標空燃比Ａtの振れ幅を減少させる。
【００４５】
従って、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測時には、ＷＧＶの開度や吸入空気量の変化が計測値に与える影響を目標空燃比Ａtの補正制御により補償することができる。即ち、これらの変化に影響されることなく、酸素吸蔵量ＯＳＣを一定の条件下（基準状態）で安定的に計測することができ、正確な計測値を得ることができる。このため、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒２６の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができ、信頼性を向上させることができる。しかも、本実施の形態では、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測時に、通常の過給制御を停止してＷＧＶの開度を強制的に変化させる必要がないので、運転性を向上させることができる。また、目標空燃比Ａtの振れ幅を減少方向に補正した場合には、これに伴って実空燃比Ａrの振れ幅を減少させ、劣化検出時の排気エミッションを改善することができる。
【００４６】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図７を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図７に示すルーチンでは、まず、ステップ２００において、実施の形態１と同様に、劣化判定の実行要求が発生したか否かを判定する。
【００４７】
そして、劣化判定の実行要求が発生した場合には、ステップ２０２において、アクティブ空燃比制御を実行しつつ、触媒劣化判定制御を実行する。次に、ステップ２０４では、過給制御等により設定されているＷＧＶ４０の開度と、エアフローセンサ５２により検出した吸入空気量とを読込む。そして、ステップ２０６では、これらの読込み値に基いて前記図５のデータを参照することにより、目標空燃比の振れ幅補正量Ｄを算出し、この算出値に基いて目標空燃比Ａtを補正する。
【００４８】
なお、前記実施の形態２では、図７中のステップ２０２が請求項２におけるアクティブ空燃比制御手段及び劣化判定手段の具体例を示し、ステップ２０６及び図５は、請求項２，３における振幅補正手段の具体例を示している。
【００４９】
実施の形態３．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成において、触媒劣化判定制御を実行する場合に、劣化判定値を補正することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５０】
［実施の形態３の特徴］
本実施の形態では、触媒劣化判定制御を実行する場合に、ＷＧＶ４０を閉弁させずに、劣化判定値Ｓの補正制御を実行する。そして、この補正制御では、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測値と比較する劣化判定値Ｓを、ＷＧＶ４０の開度及び吸入空気量に基いて補正する構成としている。図８は、本発明の実施の形態３において、劣化判定値の補正量をＷＧＶの開度及び吸入空気量に基いて決定するためのデータマップである。また、図９は、劣化判定値を補正した状態を示すタイミングチャートである。なお、図９中の判定実行フラグは、触媒劣化判定制御の実行時にセットされるフラグである。
【００５１】
図８において、判定値補正量Ｅは、劣化判定値Ｓを減少方向に補正するもので、劣化判定値Ｓは、図９に示すように、判定値補正量Ｅが大きくなるほど減少する。そして、劣化判定値の補正制御では、図８に示すように、ＷＧＶ４０の開度が小さいほど、また、エンジンの吸入空気量が大きいほど、判定値補正量Ｅを増加させ、劣化判定値Ｓを減少させる。なお、上記補正制御では、例えばＷＧＶ４０が全開に保持され、かつ、吸入空気量が所定の流量である状態を基準状態として、判定値補正量Ｅを設定している。即ち、判定値補正量Ｅは、上記基準状態において零となるように設定されている。
【００５２】
上述した劣化判定値の補正制御によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、ターボ付きエンジンにおいては、過給圧が過大となるのを避けるために、ＷＧＶ４０を適切なタイミングで開弁する必要があり、このような開弁要求が生じた場合には、触媒劣化判定制御の実行中でも、ＷＧＶ４０を強制的に開弁する。このように、ＷＧＶ４０を開弁した場合に、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測値は、ＷＧＶ４０の開度が小さいほど、また、吸入空気量が大きいほど増加する特性を有している。これに対し、上記補正制御では、例えばＷＧＶの開度や吸入空気量の変化により前記計測値が基準状態に対して増加方向にずれる場合に、ずれた計測値による誤判定を防ぐために劣化判定値Ｓを減少させる。
【００５３】
従って、酸素吸蔵量ＯＳＣの計測時には、ＷＧＶの開度変化や吸入空気量の変化が外乱として作用した場合でも、これらの変化が計測値に与える影響を劣化判定値Ｓの補正制御により補償することができる。これにより、酸素吸蔵量ＯＳＣを一定の条件下（基準状態）で安定的に計測することができ、外乱に対する計測値のＳ／Ｎ比を向上させることができる。このため、前記実施の形態２の場合とほぼ同様に、ターボ付きのエンジンにおいても、触媒２６の劣化を正確に判定し、判定精度の低下や誤判定を回避することができる。
【００５４】
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図１０を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１０は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図１０に示すルーチンでは、まず、ステップ３００において、実施の形態１と同様に、劣化判定の実行要求が発生したか否かを判定する。
【００５５】
そして、劣化判定の実行要求が発生した場合には、ステップ３０２において、アクティブ空燃比制御を実行しつつ、触媒劣化判定制御を実行する。次に、ステップ３０４では、前記実施の形態２の場合と同様に、ＷＧＶ４０の開度と吸入空気量とを読込み、ステップ３０６では、これらの読込み値に基いて前記図８のデータを参照することにより、判定値補正量Ｅを算出する。そして、判定値補正量Ｅに基いて劣化判定値Ｓを補正する。
【００５６】
なお、前記実施の形態３では、図１０中のステップ３０２が請求項４におけるアクティブ空燃比制御手段及び劣化判定手段の具体例を示し、ステップ３０６及び図８は、請求項４，５における判定値補正手段の具体例を示している。
【００５７】
また、実施の形態２，３では、目標空燃比の振れ幅及び劣化判定値をそれぞれ個別に補正する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、実施の形態２，３を組合わせる構成としてもよい。即ち、本発明では、目標空燃比の振れ幅の補正と、劣化判定値の補正とを一緒に行う構成としてもよい。
【００５８】
また、実施の形態２，３では、目標空燃比の振れ幅及び劣化判定値を補正するときの基準状態として、ＷＧＶ４０が全開した状態を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、前記基準状態として、ＷＧＶ４０が全閉した状態を用いてもよく、更にはＷＧＶ４０が所定の中間開度に保持された状態を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  インタークーラ
２６  排気浄化触媒
２８  燃料噴射弁
３０  点火プラグ
３２  吸気バルブ
３４  排気バルブ
３６  ターボ過給機
３６ａ  タービン
３６ｂ  コンプレッサ
３８  バイパス通路
４０  ウェイストゲートバルブ
４０ａ  アクチュエータ
５０  クランク角センサ
５２  エアフローセンサ
５４  吸気圧センサ
５６  空燃比センサ（空燃比検出手段）
５８  酸素濃度センサ
６０  ＥＣＵ
Ａt  目標空燃比
Ａr  実空燃比
Ｓ  劣化判定値
【図１】
2012086078.tif 000003
【図２】
2012086078.tif 000004
【図３】
2012086078.tif 000005
【図４】
2012086078.tif 000006
【図５】
2012086078.tif 000007
【図６】
2012086078.tif 000008
【図７】
2012086078.tif 000009
【図８】
2012086078.tif 000010
【図９】
2012086078.tif 000011
【図１０】
2012086078.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月8日(2013.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記理論空燃比を中心とした前記目標空燃比の振れ幅を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する振幅補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記振幅補正手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいほど、前記目標空燃比の振れ幅を減少させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に設けられたタービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの上流側で前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記排気通路と前記バイパス通路との合流部位よりも下流側に配置され、前記排気浄化触媒の近傍で空燃比を検出する空燃比検出手段と、
理論空燃比を中心として目標空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変化させ、前記空燃比検出手段により検出される実空燃比が前記目標空燃比と一致するように前記実空燃比を制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段により前記実空燃比を制御した状態で、前記目標空燃比と前記実空燃比とに基いて前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を計測し、当該計測値を所定の劣化判定値と比較することにより前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段により劣化判定を実行する場合に、前記劣化判定値を前記ウェイストゲートバルブの開度に基いて補正する判定値補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記判定値補正手段は、前記ウェイストゲートバルブが全開に保持された状態を基準状態として前記ウェイストゲートバルブの開度が前記基準状態から小さくなるほど、前記劣化判定値を減少させる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
2012086078.tif 000013
2012086078.tif 000014
2012086078.tif 000015
2012086078.tif 000016
2012086078.tif 000017