(57)【要約】【課題】劣化三元触媒の酸素吸蔵容量が動作点により変化した場合でも、三元触媒の劣化の検出を可能にする。【解決手段】内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、三元触媒の上流側の排気ガスの第１空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、三元触媒の下流側の排気ガスの第２空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、三元触媒の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、内燃機関の吸入空気量から三元触媒の通過ガス量を推定する通過ガス量演算手段と、通過ガス量および第１空燃比から三元触媒の酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、目標酸素変化量と酸素変化量との関係から、第１空燃比が反転するように内燃機関の空燃比を反転操作する空燃比操作手段とを備え、目標酸素変化量演算手段は、目標酸素変化量を演算する際に、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量の変化増減に応じて目標酸素変化量を増減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、
前記三元触媒の上流側の前記排気系内に配置されて排気ガスの第１空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、
前記三元触媒の下流側の前記排気系内に配置されて排気ガスの第２空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、
前記三元触媒の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、
検出あるいは推定した前記内燃機関の吸入空気量から前記三元触媒の通過ガス量を推定する通過ガス量演算手段と、
前記三元触媒の前記通過ガス量および前記第１空燃比から、前記三元触媒の酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、
前記目標酸素変化量と前記酸素変化量との関係から、前記第１空燃比が反転するように、前記内燃機関の空燃比を反転操作する空燃比操作手段と
を備え、三元触媒の劣化判定診断を行う内燃機関制御装置であって、
前記目標酸素変化量演算手段は、前記目標酸素変化量を演算する際に、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量の変化増減に応じて前記目標酸素変化量を増減させる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記目標酸素変化量演算手段は、前記目標酸素変化量を演算する際に、検出あるいは推定した前記内燃機関の吸入空気量に応じて前記目標酸素変化量を増減させる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関制御装置において、
前記目標酸素変化量演算手段は、前記目標酸素変化量を前記内燃機関の吸入空気量に応じて増減させる場合において、前記吸入空気量が所定量よりも小さい領域では所定量における目標酸素変化量よりも小さい設定値とし、前記吸入空気量が所定量よりも大きい領域では所定量における目標酸素変化量よりも大きい設定値とする
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記目標酸素変化量演算手段は、前記目標酸素変化量を演算する際に、検出あるいは推定した前記三元触媒の温度状態に応じて前記目標酸素変化量を増減させる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関制御装置において、
前記目標酸素変化量演算手段は、前記目標酸素変化量を前記三元触媒の温度状態に応じて増減させる場合において、前記三元触媒の温度が所定温度よりも低い領域では所定温度における目標酸素変化量よりも小さい設定値とし、前記三元触媒の温度が所定温度よりも高い領域では所定温度における目標酸素変化量よりも大きい設定値とする
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系に排気ガス浄化用の三元触媒が設けられた内燃機関制御装置に関し、特に、三元触媒の劣化検出領域を拡大するための新規な技術を備えた内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関においては、排気ガスの有害成分を浄化するために、三元触媒が用いられている。三元触媒は、排気ガスが理論空燃比よりもリーンであるときには、酸素を吸蔵する。一方、排気ガスが理論空燃比よりもリッチであるときには、酸素を放出する。これにより、三元触媒内の雰囲気を理論空燃比に保つ酸素吸蔵能力を有する。
【０００３】
また、三元触媒は、排気ガスに含まれる有害な３成分のうち、ＨＣおよびＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元することにより、各成分を無害なガスに浄化する能力を有する。さらに、三元触媒の浄化能力は、理論空燃比の近傍で最大となるので、三元触媒の酸素吸蔵能力と浄化能力とが組み合わされることにより、排気ガスは、良好に浄化される。
【０００４】
しかしながら、排気ガスが理論空燃比よりもリーンとなって、吸蔵した酸素量が酸素吸蔵容量を超えると、三元触媒内の雰囲気が理論空燃比に保たれず、ＮＯｘ浄化率が著しく悪化する。
【０００５】
また、排気ガスが理論空燃比よりもリッチとなって、吸蔵していた酸素量が不足すると、三元触媒内の雰囲気が理論空燃比に保たれず、ＨＣおよびＣＯの浄化率が悪化する。三元触媒が劣化すると、酸素吸蔵容量が減少するので、浄化性能が悪化することが知られている。
【０００６】
そこで、三元触媒の上流側および下流側に空燃比センサを設け、酸素吸蔵容量を計測して三元触媒の劣化を検出するように構成した内燃機関制御装置が提案されている。このとき、排ガスの悪化を防止するために、法令が定めた劣化三元触媒の酸素吸蔵容量よりも少し多めに、三元触媒の酸素変化量（酸素吸蔵／放出量）を制御することにより、排出ガスの悪化を招くことなく、精度よく三元触媒の劣化を判定することができる内燃機関制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、三元触媒温度によって、正常および劣化触媒の酸素吸蔵容量が増減する。このことを利用して、三元触媒の温度で、触媒劣化診断に用いる劣化判定値を可変して、精度よく三元触媒の劣化を判定することができる内燃機関制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、三元触媒の劣化度によって、三元触媒の下流側の空燃比センサの反転時間が異なることを利用して、反転時間を基に三元触媒の劣化判定を行う内燃機関制御装置がある。このような内燃機関制御装置において、吸入空気量によって同一三元触媒においても反転時間が異なることを利用し、吸入空気量で、触媒劣化診断に用いる劣化判定値を可変して、精度よく三元触媒の劣化を判定することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、三元触媒の劣化判定を実施する領域を、三元触媒の酸素吸蔵容量が区別可能な吸入空気量の領域に限定する内燃機関制御装置がある。このような内燃機関制御装置において、空燃比変動幅によって、診断を実施する吸入空気量の領域を可変させることで、精度よく三元触媒の劣化を判定することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２５２７９号公報
【特許文献２】特開平５−２４８２２７号公報
【特許文献３】特開平６−２１２９５５号公報
【特許文献４】特開平９−２５０３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
同一の三元触媒であったとしても、その三元触媒の酸素吸蔵容量が、内燃機関の動作点全域において一定ではなく、動作点によって異なる。しかしながら、特許文献１の従来技術においては、このような差異が考慮されておらず、目標酸素変化量が一定値である。このため、正常三元触媒の酸素吸蔵容量が小さい領域では、目標酸素変化量が正常三元触媒の酸素吸蔵容量より大きくなり、正常三元触媒を劣化三元触媒と誤って判定してしまう場合があった。
【００１２】
一方、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量が大きい領域では、目標酸素変化量が劣化三元触媒の酸素吸蔵容量より小さくなり、劣化三元触媒を正常三元触媒と誤って判定してしまう場合があった。そのため、誤判定を防ぐためには劣化を診断する領域を制限する必要があった。
【００１３】
また、特許文献２の従来技術においては、低排気流量領域や、高排気流量領域などの、正常触媒の酸素吸蔵容量と、劣化触媒の酸素吸蔵容量との差が小さくなる領域では、劣化判定値を設定することができず、触媒の劣化診断を実施することができない問題点があった。
【００１４】
また、特許文献３の従来技術においては、三元触媒の劣化の判定に用いる三元触媒下流側の空燃比センサの反転時間は、三元触媒の酸素吸蔵量に依存する。このため、劣化の判定値のみ可変しただけでは、正常触媒における、正常判定の検出には時間を要する。この結果、劣化判定実施時間の増大と、劣化診断による排ガス悪化との問題点があった。
【００１５】
また、特許文献４の従来技術においては、正常触媒を劣化判定してしまう吸入空気量と、劣化触媒を正常判定する吸入空気量とが逆転する空燃比変動幅では、診断が実施できない問題点があった。
【００１６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量が動作点により変化した場合でも、三元触媒の劣化の検出を可能にする内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の排気系内に配置された三元触媒と、三元触媒の上流側の排気系内に配置されて排気ガスの第１空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、三元触媒の下流側の排気系内に配置されて排気ガスの第２空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、三元触媒の目標酸素変化量を演算する目標酸素変化量演算手段と、検出あるいは推定した内燃機関の吸入空気量から三元触媒の通過ガス量を推定する通過ガス量演算手段と、三元触媒の通過ガス量および第１空燃比から、三元触媒の酸素変化量を演算する酸素変化量演算手段と、目標酸素変化量と酸素変化量との関係から、第１空燃比が反転するように、内燃機関の空燃比を反転操作する空燃比操作手段とを備え、三元触媒の劣化判定診断を行う内燃機関制御装置であって、目標酸素変化量演算手段は、目標酸素変化量を演算する際に、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量の変化増減に応じて目標酸素変化量を増減させるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関制御ユニットを、目標酸素変化量演算手段と、酸素変化量演算手段と、空燃比操作手段とを備えた構成とし、吸入空気量や触媒温度を基にして、診断領域に応じた目標酸素変化量を演算することにより、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量が動作点により変化した場合でも、三元触媒の劣化の検出を可能にする内燃機関制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の内燃機関制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置を含む全体構成図である。図１において、内燃機関１０１には、吸気系として、エアクリーナ１０２、スロットルバルブ１０３、およびサージタンク１０４を有する吸気管１０５が設けられている。
【００２１】
吸気管１０５には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ１０６と、燃料を噴射するインジェクタ１０７と、スロットルバルブ１０３のスロットル開度θを検出するスロットルセンサ１１７と、アイドリング時を検出するアイドルスイッチ１１８とが設けられている。ここで、アイドルスイッチ１１８は、アイドリング開度（スロットル開度θが全閉状態）時にオンとなるアイドル信号ＤＬを生成する。
【００２２】
また、内燃機関１０１には、排気系として、排気管１０８が設けられている。排気管１０８内には、排気ガス中の有害成分を浄化するための三元触媒１０９が配置されるとともに、三元触媒１０９の上流側に配置されたＯ２センサ１１０と、三元触媒１０９の下流側に配置されたλＯ２センサ１１１とが設けられている。なお、ここでは、Ｏ２センサ１１０に、より精度の高いリニアＡ／Ｆセンサを用いた場合を例にして説明する。
【００２３】
内燃機関制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１１２は、マイクロコンピュータにより構成されており、中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」と称す）１１３と、リードオンリメモリ（以下、「ＲＯＭ」と称す）１１４と、ランダムアクセスメモリ（以下、「ＲＡＭ」と称す）１１５と、入出力インタフェース（以下、「Ｉ／Ｏ」と称す）１１６と、駆動回路１２２とを有する。
【００２４】
内燃機関１０１には、冷却水温ＷＴを検出する水温センサ１１９と、クランク角位置に対応したクランク角信号ＣＡを生成するクランク角センサ１２０と、カム角位置に対応したカム角信号を生成するカム角センサ１２１とが設けられている。
【００２５】
なお、水温センサ１１９、クランク角センサ１２０、およびカム角センサ１２１は、他のセンサ手段（エアフローセンサ１０６、リニアＡ／Ｆセンサ１１０、λＯ２センサ１１１、スロットルセンサ１１７、アイドルスイッチ１１８など）とともに、内燃機関１０１の運転状態を検出する各種センサを構成している。そして、それぞれの検出信号は、運転状態情報として、ＥＣＵ１１２に入力されている。
【００２６】
図１に示す内燃機関１０１において、エアクリーナ１０２により清浄化された吸気は、スロットルバルブ１０３により負荷に応じた吸気量に制御され、サージタンク１０４および吸気管１０５を介して内燃機関１０１の各気筒に吸入される。
【００２７】
このとき、内燃機関１０１への吸入空気量Ｑａは、エアフローセンサ１０６により検出される。また、内燃機関１０１の各気筒に対する燃料は、インジェクタ１０７を介して吸気管１０５内に噴射される。 なお、吸入空気量Ｑａは、エアフローセンサ１０６で検出する代わりに、内燃機関１０１の動作点およびサージタンク１０４内の圧力を基に推定しても構わない。
【００２８】
内燃機関１０１の各気筒に吸入された混合気（空気および燃料）は、燃焼行程を経て排気ガスとなる。そして、排気ガスは、排気管１０８中に配置された三元触媒１０９を通過することにより、有害成分が浄化されて大気中に排気される。
【００２９】
このとき、三元触媒１０９の上流側に設けられたリニアＡ／Ｆセンサ１１０は、排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比Ａ／Ｆをリニアに検出する。また、三元触媒１０９の下流側に設けられたλＯ２センサ１１１は、排気ガス中の酸素濃度λＯ２を検出する。各センサ１１０、１１１の検出信号は、ＥＣＵ１１２による三元触媒１０９の前後の排気ガス状態の検出処理に寄与する。
【００３０】
ＥＣＵ１１２において、各種の運転状態情報（吸入空気量Ｑａ、スロットル開度θ、アイドル信号ＤＬ、冷却水温ＷＴ、空燃比Ａ／Ｆ、酸素濃度λＯ２、クランク角信号ＣＡ、カム角センサ１２１からのカム角信号など）は、Ｉ／Ｏ１１６を介して、ＣＰＵ１１３に取り込まれる。
【００３１】
ＥＣＵ１１２は、空燃比フィードバック制御系を構成しており、三元触媒１０９の前後（上流側および下流側）に配設された各センサ１１０、１１１からの空燃比Ａ／Ｆおよび酸素濃度λＯ２に基づいて、インジェクタ１０７の駆動信号を生成し、所要量の燃料を噴射させるようになっている。
【００３２】
ＥＣＵ１１２内の空燃比フィードバック制御系において、ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１４に格納されている制御プログラムおよび各種マップに基づき、内燃機関１０１が所定の空燃比で運転されるように、駆動回路１２２を介してインジェクタ１０７を駆動する。この空燃比フィードバック制御により、実空燃比（Ａ／Ｆ）は、目標空燃比Ａ／Ｆｏに制御される。
【００３３】
なお、ＥＣＵ１１２は、内燃機関１０１を最適に制御させる装置とともに、三元触媒１０９の劣化検出装置としても機能する。また、ＥＣＵ１１２内の駆動回路１２２は、インジェクタ１０７のみならず、内燃機関１０１に関連する各種アクチュエータ、例えば、ＩＳＣバルブ（図示せず）などを駆動している。
【００３４】
すなわち、ＥＣＵ１１２は、空燃比制御の他に、点火時期制御、アイドル回転数制御などの各種制御を行うとともに、自己診断機能として、排気ガス悪化の要因となる各種コンポーネントの故障などを検出する。
【００３５】
インジェクタ１０７を駆動制御するＣＰＵ１１３および駆動回路１２２は、空燃比操作手段を構成しており、三元触媒１０９内の酸素変化量が目標酸素変化量に達するごとに、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とにあらかじめ定められた空燃比幅で、空燃比Ａ／Ｆを反転操作するようになっている。
【００３６】
また、ＲＯＭ１１４には、三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンのみならず、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンなどの制御プログラムが格納されており、さらに、これらの制御処理に必要なマップなども格納されている。
【００３７】
以下、フローチャートおよびタイミングチャートを参照しながら、先の図１に示した本実施の形態１における内燃機関制御装置の動作について、詳細に説明する。ここでは、本発明の技術的特徴である三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンとともに、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンの処理内容に沿って説明する。
【００３８】
図２は、本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置の空燃比制御ルーチンを示すフローチャートであり、排気ガス浄化用の三元触媒１０９の酸素変化量の制御ルーチンを示している。図２において、まず、三元触媒１０９の劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップ２０１）。そして、劣化判定実行条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００３９】
一方、ステップ２０１において、劣化判定実行条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」よりも大きいか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、ＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、所要回数の劣化判定実行が終了しているので、直ちに図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００４０】
このとき、劣化判定実行条件（ステップ２０１）の初回成立時のみ、劣化判定実行カウンタＣＮ１および酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２に、それぞれの初期値がセットされるものとする。また、劣化判定実行条件は、例えば、内燃機関１０１が暖機後、かつ所定の吸入空気量Ｑａの範囲、かつ所定の回転数および負荷の範囲にあるか、などから判定されるものとする。
【００４１】
劣化判定実行カウンタＣＮ１は、リーン化フラグＦＬ（後述する）の切り替えごとに、「１」ずつデクリメントされる減算カウンタである。したがって、劣化判定実行カウンタＣＮ１の初期値として、例えば「５」を設定すると、初めに目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われた後、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化とリッチ化とが交互に行われ、合わせて５回行われることになる。
【００４２】
一方、ステップ２０２において、ＣＮ１＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」よりも大きいか否かを判定する（ステップ２０３）。
【００４３】
酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２は、酸素吸蔵容量初期化の期間中（後述する）での目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理ごとに「１」ずつデクリメントされる減算カウンタである。この場合、目標空燃比Ａ／Ｆｏを所定期間にわたって理論空燃比よりもリッチ化することにより、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」のときに実行される目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理において、三元触媒１０９内の酸素量が酸素吸蔵容量を飽和することに起因したＮＯｘ排出量の悪化を抑制することになる。
【００４４】
ステップ２０３において、ＣＮ２＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、酸素変化量ＱＯＸを「０」に設定するとともに（ステップ２０４）、内燃機関１０１の回転数および負荷に応じて設定されたマップに基づいて、目標空燃比Ａ／Ｆｏを理論空燃比よりも所定量だけリッチ化する（ステップ２０５）。
【００４５】
また、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２を「１」だけデクリメントするとともに（ステップ２０６）、酸素変化量ＱＯＸの初期化終了後に備えて、リーン化フラグＦＬを「１（成立）」にセットして（ステップ２０７）、図２の処理ルーチンを終了する。ここで、リーン化フラグＦＬは、酸素吸蔵容量初期化の終了後に、「１（成立）」にセットされていれば、目標空燃比Ａ／Ｆｏをリーン化し、「０（不成立）」にクリアされていれば、目標空燃比Ａ／Ｆｏをリッチ化するための判定フラグとして機能する。
【００４６】
一方、ステップ２０３において、ＣＮ２＝０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、目標酸素変化量ＱＯＸｏを演算により求める。ここで、目標酸素変化量ＱＯＸｏは、法令により、三元触媒１０９が劣化したと検出すべき酸素吸蔵容量に所定量（例えば、２０％程度）のマージンを加えた値とする。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、正常三元触媒の酸素吸蔵容量と、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量と、目標酸素変化量との関係を示した図である。酸素吸蔵容量は、内燃機関の動作点に応じて変化することが実験的に得られている。このため、目標酸素変化量ＱＯＸｏは、動作点に応じたマップ設定にする。
【００４８】
また、内燃機関の動作点は、検出あるいは推定した吸入空気量、または、検出あるいは推定した三元触媒温度と相関があることが実験的に得られている。このため、内燃機関の動作点を、吸入空気量あるいは三元触媒温度を軸にして設定する。
【００４９】
なお、目標酸素変化量ＱＯＸｏは、動作点が大きくなるほど大きい値、小さくなるほど小さい値となることが実験的に得られている。このため、吸入空気量あるいは三元触媒温度の大小に合わせて、目標酸素変化量ＱＯＸｏを設定する。このような特性データは、ＥＣＵ１１２内のＲＯＭ１１４に格納されているものとする（ステップ２０８）。
【００５０】
こうして、ステップ２０８により目標酸素変化量ＱＯＸｏを演算した後、続いて、以下の式（１）により酸素変化量ＱＯＸを演算する（ステップ２０９）。
ＱＯＸ＝ＱＯＸ（前回値）
＋｛｜Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ｜÷Ａ／Ｆｂ｝×Ｑａ×ΔＴ×α          （１）
【００５１】
ただし、上式（１）において、ΔＴは、酸素変化量ＱＯＸの演算周期であり、αは、酸素量変換係数である。また、基本目標空燃比Ａ／Ｆｂは、リッチ化またはリーン化が行われないときに設定される目標空燃比であり、内燃機関１０１の運転動作点に応じた理論空燃比である。さらに、吸入空気量Ｑａは、三元触媒１０９の通過ガス量とほぼ等しいものと仮定する。
【００５２】
ステップ２０９において、上式（１）により酸素変化量ＱＯＸを演算した後、続いて、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏよりも小さいか否かを判定する（ステップ２１０）。ステップ２１０において、ＱＯＸ≧ＱＯＸｏ（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達していることとなる。そこで、酸素変化量ＱＯＸを「０」に設定し（ステップ２１２）、リーン化フラグＦＬを反転（例えば、「１（成立）」から「０（不成立）」に）して（ステップ２１３）、ステップ２１１に進む。
【００５３】
一方、ステップ２１０において、ＱＯＸ＜ＱＯＸｏ（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、リーン化フラグＦＬが「１（成立）」であるか否かを判定する（ステップ２１１）。ステップ２１１において、ＦＬ＝１（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、目標空燃比Ａ／Ｆｏを基本目標空燃比Ａ／Ｆｂよりも所定量（例えば、０．４）だけリーン化して（ステップ２１４）、図２の処理ルーチンを終了する。
【００５４】
一方、ステップ２１１において、ＦＬ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、目標空燃比Ａ／Ｆｏを基本目標空燃比Ａ／Ｆｂよりも所定量（例えば、０．４）だけリッチ化して（ステップ２１５）、図２の処理ルーチンを終了する。
【００５５】
図４は、本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置の三元触媒１０９の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。図４において、まず、劣化判定実行条件が成立したか否かを判定する（ステップ３０１）。そして、劣化判定実行条件が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図４の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００５６】
一方、ステップ３０１において、劣化判定実行条件が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」よりも大きいか否かを判定する（ステップ３０２）。そして、ＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップ３１２（後述する）に進む。
【００５７】
一方、ステップ３０２において、ＣＮ１＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」であるかを判定する（ステップ３０３）。そして、ＣＮ２＞０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図４の処理ルーチンを終了する。
【００５８】
一方、ステップ３０３において、ＣＮ２＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、リーン化フラグＦＬが前回値と同じであるか否かを判定する（ステップ３０４）。そして、リーン化ＦＬ≠前回のＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップ３１０（後述する）に進む。
【００５９】
一方、ステップ３０４において、リーン化フラグＦＬ＝前回のＦＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、続いて、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλが「０（不成立）」であるか否かを判定する（ステップ３０５）。そして、Ｆλ＝１（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図４の処理ルーチンを終了する。
【００６０】
一方、ステップ３０５において、Ｆλ＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、λＯ２センサ１１１により検出された酸素濃度λＯ２の反転判定処理を実行する（ステップ３０６）。具体的には、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値が、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理時にリーン反転判定値を下回ったか否か、または目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理時にリッチ反転判定値を上回ったか否かを判定する。
【００６１】
なお、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２の値がＣＮ２＞０のときには「０（不成立）」にセットされる。また、ＣＮ２＝０のときには、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２が反転したとき（すなわち、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化処理時）にリーン反転判定値を下回るか、または目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化処理時にリッチ反転判定値を上回れば、「１（成立）」にセットされる。ここで、リーン反転判定値は、例えば、０．３［Ｖ］に設定され、リッチ反転判定値は、例えば、０．７［Ｖ］に設定されている。
【００６２】
次に、ステップ３０６にて反転判定が成立したタイミングを検出することにより、酸素濃度λＯ２の反転判定が成立したか否かを判定する（ステップ３０７）。そして、酸素濃度λＯ２の反転判定が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図４の処理ルーチンを終了する。
【００６３】
一方、ステップ３０７において、酸素濃度λＯ２の反転判定が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλを「１（成立）」に設定する（ステップ３０８）。さらに、劣化判定成立カウンタＣＮ３をインクリメント（「１」だけ加算）して（ステップ３０９）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６４】
ここで、劣化判定成立カウンタＣＮ３は、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値が反転するごとに「１」ずつ加算される。そして、劣化判定実行カウンタＣＮ１（例えば、初期値＝５）が「０」となったときに、劣化判定成立カウンタＣＮ３の値が「４」以上となっていれば、最終劣化判定（後述する）が成立する。
【００６５】
上記ステップ３０４において、リーン化フラグＦＬが逆転しており、かつＦＬ≠前回のＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλを「０（不成立）」に設定する（ステップ３１０）。さらに、劣化判定実行カウンタＣＮ１を減算して（ステップ３１１）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６６】
また、上記ステップ３０２において、劣化判定実行カウンタＣＮ１＝０（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、劣化判定成立カウンタＣＮ３が最終劣化判定しきい値（ＲＯＭ１１４内にあらかじめ設定されている）を超えているか否かの最終劣化判定処理を実行する（ステップ３１２）。
【００６７】
続いて、ステップ３１２で最終劣化判定が成立したか否かを判定する（ステップ３１３）。そして、劣化判定成立カウンタＣＮ３＜４であって、最終劣化判定が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、直ちに図４の処理ルーチンを終了する。
【００６８】
一方、ステップ３１３において、劣化判定成立カウンタＣＮ３≧４となっており、最終劣化判定が成立（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、運転者に三元触媒１０９が劣化していることを知らせるために、ＭＩＬ（Ｍａｌｆａｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ）ランプを点灯して（ステップ３１４）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００６９】
次に、三元触媒１０９の劣化検出装置の動作について、図５〜図８のタイミングチャートに基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が小さい領域における三元触媒１０９の劣化を検出すべき場合の動作を示した図である。また、図６は、本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が大きい領域における三元触媒１０９の劣化を検出すべき場合の動作を示した図である。また、図７は、本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が小さい領域における三元触媒１０９が正常の場合の動作を示した図である。さらに、図８は、本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が大きい領域における三元触媒１０９が正常の場合の動作を示した図である。
【００７０】
これら図５〜図８においては、目標空燃比Ａ／Ｆｏ（≒上流側のＡ／Ｆ）、酸素変化量ＱＯＸ、下流側の酸素濃度λＯ２、下流側の酸素濃度λＯ２の反転フラグＦλ、劣化判定実行カウンタＣＮ１、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２、劣化判定成立カウンタＣＮ３、リーン化フラグＦＬの各値の時間変化を示している。
【００７１】
まず始めに、図５を参照しながら、上述した三元触媒１０９の酸素変化量制御ルーチンおよび劣化検出ルーチンの具体的な処理内容について、各ステップ（４０１〜４３９）に沿って説明する。
【００７２】
図５の最初の時刻ａまでの間において、劣化判定実行条件が成立すると、劣化判定実行カウンタＣＮ１および酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２に初期値がセットされる（４０１、４０２）。さらに、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２の値が「０」になるまで（４０３→４０８）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４０４）。
【００７３】
時刻ａまでのリッチ化期間中、酸素変化量ＱＯＸは、「０」に設定されており（４０５）、リーン化フラグＦＬは、「１」に設定され（４０６）、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは、「０」に固定されている（４０７）。
【００７４】
続いて、時刻ａ〜ｂの期間において、酸素吸蔵容量初期化カウンタＣＮ２が「０」になると（４０８）、目標酸素変化量ＱＯＸｏがその診断領域における酸素吸蔵容量に従って演算され（４０９）、酸素変化量ＱＯＸが演算される（４１０）。図５は、酸素吸蔵容量の小さい領域での挙動であるため、目標酸素変化量ＱＯＸｏも小さい値となっている。以後、酸素変化量ＱＯＸが目標酸素変化量ＱＯＸｏに達するまで、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化が行われる（４１１）。
【００７５】
時刻ａ〜ｂのリーン化期間中に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２がリーン反転判定値を下回ると（４１２）、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされ（４１３）、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４１４）。
【００７６】
以下、図示したように、時刻ｂにおいて、酸素変化量ＱＯＸがその診断領域に応じた目標酸素変化量ＱＯＸｏに達すると、酸素変化量ＱＯＸは、「０」にリセットされ（４１５）、リーン化フラグＦＬは、「０」にセットされ（４１６）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４１７）。また、同時に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは、「０」にセットされ（４１８）、劣化判定実行カウンタＣＮ１は、デクリメントされる（４１９）。
【００７７】
続いて、時刻ｂ〜ｃの期間において、時刻ａ〜ｂの期間と同様に、目標酸素変化量ＱＯＸｏおよび酸素変化量ＱＯＸが演算される（４２０、４２１）。以後、酸素変化量ＱＯＸがその診断領域に応じた目標酸素変化量ＱＯＸｏに達するまで、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリッチ化が行われる（４１７）。
【００７８】
時刻ｂ〜ｃのリッチ化期間中に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２がリッチ反転判定値を上回れば（４２２）、λＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされ（４２３）、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４２４）。
【００７９】
以下、図示したように、時刻ｃにおいて、酸素変化量ＱＯＸがその診断領域に応じた目標酸素変化量ＱＯＸｏに達すると、酸素変化量ＱＯＸは、「０」にリセットされ（４２５）、リーン化フラグＦＬは、「１」にセットされ（４２６）、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化が行われる（４２７）。また、同時に、三元触媒１０９の下流側のλＯ２反転フラグＦλは「０」にセットされ（４２８）、劣化判定実行カウンタＣＮ１は、デクリメントされる（４２９）。
【００８０】
続いて、時刻ｃ〜ｄの期間において、劣化判定実行カウンタＣＮ１の値が「０」になるまで（４３０）、時刻ａ〜ｃの期間と同様に、目標空燃比Ａ／Ｆｏのリーン化およびリッチ化が繰り返し実行される（４２７、４３１、４３２、４３３）。そして、λＯ２反転フラグＦλが「１」にセットされるごとに、劣化判定成立カウンタＣＮ３がインクリメントされる（４３４、４３５、４３６）。
【００８１】
以下、図示したように、時刻ｄにおいて、劣化判定実行カウンタＣＮ１が「０」に達すると（４３０）、最終劣化判定が実行される（４３７）。このとき、最終劣化判定が成立すれば、ＭＩＬランプを点灯し（４３８）、三元触媒１０９の劣化検出ルーチンを完了する。また、目標空燃比Ａ／Ｆｏが基本目標空燃比Ａ／Ｆｂに設定されて（４３９）、三元触媒１０９の酸素変化量制御ルーチンを完了する。
【００８２】
図５においては、三元触媒１０９の劣化検出時の動作を示しているので、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は、酸素変化量ＱＯＸの吸蔵過剰および放出不足の状態を交互に示している。
【００８３】
次に、酸素貯蔵容量の大きい領域における触媒劣化時のタイミングチャートを示した図６の動作について説明する。各動作手順（４０１〜４３９）は、先の図５（酸素貯蔵容量の小さい領域における劣化検出時）の場合と同様である。ただし、この図６において、診断領域に応じた目標酸素変化量ＱＯＸｏは、劣化三元触媒の酸素貯蔵容量の拡大に合わせて、その酸素貯蔵容量より大きな値が設定される。
【００８４】
大きな値が設定されることにより、目標空燃比Ａ／Ｆｏがリーン化時には酸素吸蔵過剰、目標空燃比Ａ／Ｆｏリッチ化時には酸素放出不足となる。この結果、劣化三元触媒の酸素貯蔵容量が大きな領域においても、劣化判定が可能となる。
【００８５】
次に、三元触媒の酸素吸蔵容量の小さい領域での正常触媒時のタイミングチャートを示した図７の動作について説明する。各動作手順（４０１〜４３９）は、先の図５（酸素貯蔵容量の小さい領域における劣化検出時）の場合と同様である。
【００８６】
ただし、この図７においては、三元触媒１０９が正常であるため、時刻ｄまでの期間において、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２は反転せず、劣化判定成立カウンタＣＮ３はインクリメントされない。また、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は、連続的に正常値を示している。従って、時刻ｄにおいて、最終劣化判定は、「不成立」となり、ＭＩＬランプの点灯は行われない。
【００８７】
次に、三元触媒の酸素吸蔵容量の大きい領域での正常触媒時のタイミングチャートを示した図８の動作について説明する。各動作手順（４０１〜４３９）は、先の図６（酸素貯蔵容量の大きい領域における劣化検出時）の場合と同様である。
【００８８】
ただし、この図８においては、三元触媒１０９が正常であるため、時刻ｄまでの期間において、三元触媒１０９の下流側のλＯ２センサ１１１の出力値（酸素濃度）λＯ２は反転せず、劣化判定成立カウンタＣＮ３はインクリメントされない。また、三元触媒１０９の下流側の酸素濃度λＯ２は、連続的に正常値を示している。従って、時刻ｄにおいて、最終劣化判定は、「不成立」となり、ＭＩＬランプの点灯は行われない。
【００８９】
以上のように、実施の形態１によれば、内燃機関の排気系に三元触媒を配置し、三元触媒の前後に排気ガス中の空燃比検出手段を設けるとともに、内燃機関制御ユニットは、目標酸素変化量演算手段と、酸素変化量演算手段と、空燃比操作手段とを備えた構成としている。
【００９０】
そして、内燃機関制御ユニット内において、目標酸素変化量演算手段は、検出あるいは推定した吸入空気量や触媒温度を基にして、診断領域に応じた目標酸素変化量を演算する。さらに、酸素変化量演算手段は、三元触媒の通過ガス量（吸入空気量Ｑａ）と三元触媒の上流側の空燃比Ａ／Ｆとに基づいて、三元触媒内の酸素変化量を演算する。
【００９１】
このような構成を備えることで、動作点ごとに、劣化した三元触媒の酸素吸蔵容量よりも、常に少し多めに目標酸素変化量を制御することができる。これにより、三元触媒が正常状態であれば、三元触媒内の酸素変動が三元触媒の酸素吸蔵容量を超えない。その結果として、三元触媒の下流側の酸素濃度λＯ２は変動せず、三元触媒の下流側の排出ガスの悪化を招くことはない。
【００９２】
一方、三元触媒が劣化した状態であれば、三元触媒内の酸素変動が三元触媒の酸素吸蔵容量を超える。従って、三元触媒の下流側の酸素濃度λＯ２は、理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに反転変動を生じ、三元触媒の劣化を精度よく検出することができる。
【００９３】
この結果、正常三元触媒において酸素吸蔵容量が小さくなる領域での診断や、劣化三元触媒において酸素吸蔵容量が大きくなる領域での診断を実施することが可能となり、三元触媒の劣化判定を広い範囲で検出できるようになる。
【００９４】
さらに、劣化三元触媒において酸素吸蔵容量が小さくなる領域では、診断で用いる目標酸素変化量を必要最小限に設定することができ、診断に必要な時間の短期化と、劣化診断による排ガス悪化を防ぐことができる。
【００９５】
さらに、酸素変化量を演算することで、空燃比変動幅の変動を考慮する必要がなくなる。さらに、吸入空気量に応じた目標酸素変化量を設定することで、吸入空気量による酸素変化量の変化にも対応可能となる。
【００９６】
さらに、酸素吸蔵過剰、酸素放出不足の程度も、動作点に応じた必要最小限の量となるため、三元触媒の下流側の排出ガスの悪化を必要最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置を含む全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置の空燃比制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、正常三元触媒の酸素吸蔵容量と、劣化三元触媒の酸素吸蔵容量と、目標酸素変化量との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における内燃機関制御装置の三元触媒１０９の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が小さい領域における三元触媒１０９の劣化を検出すべき場合の動作を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が大きい領域における三元触媒１０９の劣化を検出すべき場合の動作を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が小さい領域における三元触媒１０９が正常の場合の動作を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態１の内燃機関制御装置において、触媒の酸素吸蔵容量が大きい領域における三元触媒１０９が正常の場合の動作を示した図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０１  内燃機関、１０２  エアクリーナ、１０３  スロットルバルブ、１０４  サージタンク、１０５  吸気管、１０６  エアフローセンサ、１０７  インジェクタ、１０８  排気管（排気系）、１０９  三元触媒、１１０  リニアＡ／Ｆセンサ（第１の空燃比検出手段）、１１１  λＯ２センサ（第２の空燃比検出手段）、１１２  内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）、１１３  中央処理装置（ＣＰＵ）、１１４  リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１１５  ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１１６  入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）、１１７  スロットルセンサ、１１８  アイドルスイッチ、１１９  水温センサ、１２０  クランク角センサ、１２１  カム角センサ、１２２  駆動回路、Ａ／Ｆ  空燃比（第１の空燃比）、ＣＡ  クランク角信号、ＤＬ  アイドル信号、Ｑａ  吸入空気量、ＷＴ  冷却水温、θ  スロットル開度、λＯ２  酸素濃度（第２の空燃比）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010138767.tif 000008
【図７】
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【図８】
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