(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の上流側と下流側の各Ｏ2センサと、
空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記２つのＯ2センサ出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振れるように空燃比のフィードバック制御を行う手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段と、
このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出する手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記空燃比フィードバック制御手段は、
空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する手段と、
空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値を演算する手段と、
この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段と、
この演算した制御定数を用いて前記上流側Ｏ2センサ出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段と
からなることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記下流側Ｏ2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項６】
アイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項７】
前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項８】
前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項９】
前記上流側Ｏ2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１０】
触媒の上流側と下流側の各Ｏ2センサと、
空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する手段と、
空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサの出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値を演算する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、
前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段と、
このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、
前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算する手段と、
この補正量で前記修正値を補正する手段と、
この補正された修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段と、
この演算した制御定数を用いて前記上流側Ｏ2センサの出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項１１】
前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１２】
前記下流側Ｏ2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１３】
前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１４】
アイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１５】
前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである
ことを特徴とする請求項１０から１４までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１６】
前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである
ことを特徴とする請求項１０から１４までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項１７】
前記上流側Ｏ2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する
ことを特徴とする請求項１０から１６までのいずれか一つに記載のエンジンの触媒劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの触媒劣化診断装置および空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気浄化用の三元触媒の上流と下流にそれぞれＯ2センサを設け、上流側Ｏ2センサ出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比付近で所定の周期をもって振れるように空燃比のフィードバック制御を行なった場合に、触媒の新品時は下流側Ｏ2センサ出力がリッチ側からリーン側へあるいはリーン側からリッチ側へと反転する回数が小さいのに対して、触媒が劣化しているときは下流側Ｏ2センサ出力の反転回数が大きくなる。これは、触媒の新品時には触媒がＯ2を蓄えておく能力（Ｏ2ストレージ能力）が高いため、蓄えたＯ2を離そうとせず、これによって下流側Ｏ2センサ出力がなかなか反転しない（つまり下流側Ｏ2センサ出力のリッチ、リーンに対する応答性が鈍い）のに対して、触媒が劣化してくるとＯ2ストレージ能力が低くなり、Ｏ2を蓄えてもすぐに離してしまうので、下流側Ｏ2センサ出力の応答が上流側Ｏ2センサ出力の応答に近づいてゆく（つまり下流側Ｏ2センサ出力のリッチ、リーン反転に対する応答性がよくなる）ことによるものである。
【０００３】
こうした特性に着目して触媒前後の２つのＯ2センサ出力の反転回数比（あるいは反転周期比）より触媒が劣化したかどうかを診断する方法がよく知られている（特開昭６３−２０５４４１号公報参照）。上流側Ｏ2センサ出力の所定時間当たりの反転回数をｎ１、下流側のＯ2センサ出力の所定時間当たりの反転回数をｎ２としたとき、その反転回数比（＝ｎ２／ｎ１）が触媒新品時に０であったものが触媒の劣化が進むとともに、１に近づいていくので、反転回数比が判定基準値（たとえば０．５）以上となったとき触媒が劣化したと診断するわけである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒前後の２つのＯ2センサ出力の反転回数比から触媒の劣化を診断する従来装置では、空燃比フィードバック制御を開始してから上流側Ｏ2センサ出力と下流側Ｏ2センサ出力とがスライスレベルを横切って何回か反転する必要があり、触媒の劣化判定に時間がかかるため、たとえば高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化を診断することができない。また、低温始動時のように触媒の活性化の途中では触媒の転換効率が徐々に変化するので、その間では触媒の劣化診断の精度が低下してしまう。
【０００５】
なお、特開平４−３０３１４８号公報の装置においては、触媒劣化診断条件の成立時になったときリーン化制御により下流側Ｏ2センサにおけるＯ2の着脱をスムーズに行わせて下流側Ｏ2センサにより酸素濃度が高感度で検出されるようにすることで、Ｏ2ストレージ能力の高い初期状態での触媒劣化を精度良く診断するようにしているが、下流側Ｏ2センサ出力が反転しにくいことに変わりなく、したがってこの装置においても、触媒劣化の診断を時間的に早くできない。
【０００６】
そこで本発明は、第一に触媒新品時に下流側Ｏ2センサ出力のピーク値を記憶しておき、この記憶値とその後の下流側Ｏ2センサ出力のピーク値とを比較することにより、触媒の一時的な劣化をも含めて触媒の劣化度合の診断を迅速に行い、第二にその判定した触媒の劣化度合を空燃比フィードバック制御定数の修正制御に反映させることにより、触媒の劣化度合に応じた要求空燃比を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図２６に示すように、触媒の上流側と下流側の各Ｏ2センサ３１、３２と、空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段３３と、この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記２つのＯ2センサ３１、３２出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振れるように空燃比のフィードバック制御を行う手段３４と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段５２と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段５１と、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段５３と、前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出する手段３７とを設けた。
【０００８】
第２の発明では、前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する。
【０００９】
第３の発明では、第１または第２の発明において前記空燃比フィードバック制御手段３４が、図２５に示すように、空燃比フィードバック制御の基本制御定数（たとえば比例分ＰＬ、ＰＲ、積分分ＩＬ、ＩＲ、上流側Ｏ2センサ出力の遅延時間、上流側Ｏ2センサ出力と比較するスライスレベルＳＬＦ等）を演算する手段６１と、空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値（たとえば比例分修正値ＰＨＯＳ）を演算する手段６２と、この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段６３と、この演算した制御定数を用いて前記上流側Ｏ2センサ３１出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段６４とからなる。
【００１０】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つに発明において前記下流側Ｏ2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない。
【００１３】
第５の発明では、第３の発明において前記リッチ化制御は、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである。
【００１５】
第６の発明では、第１の発明においてアイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない。
【００１７】
第７の発明では、第１から第６までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである。
【００１８】
第８の発明では、第１から第６までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである。
【００１９】
第９の発明では、第１から第８までのいずれか一つの発明において前記上流側Ｏ2センサが活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する。
【００２０】
第１０の発明では、図２９に示すように、触媒の上流側と下流側の各Ｏ2センサ３１、３２と、空燃比フィードバック制御の基本制御定数（たとえば比例分ＰＬ、ＰＲ、積分分ＩＬ、ＩＲ、上流側Ｏ2センサ出力の遅延時間、上流側Ｏ2センサ出力と比較するスライスレベルＳＬＦ等）を演算する手段６１と、空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうかを判定する手段３３と、この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２の出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値（たとえば比例分修正値ＰＨＯＳ）を演算する手段６２と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する手段５２と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記下流側Ｏ2センサ３２出力の現在の上限ピーク値を計測する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に、前記計測手段で計測した上限ピーク値の変化量を検出する手段と、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時かつアイドル状態であり前記変化量が所定値以上となったときに前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更する手段５１と、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測する手段５３と、前記触媒新品時の上限ピーク値とリッチ化制御中の上限ピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算する手段７１と、この補正量で前記修正値を補正する手段７２と、この補正された修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演算する手段７３と、この演算した制御定数を用いて前記上流側Ｏ2センサ３１の出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う手段６４とを設けた。
【００２１】
第１１の発明では、前記上限ピーク値記憶手段は、前記空燃比フィードバック制御条件の成立時に前記空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側に変更し、このリッチ化制御中に前記下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値を記憶する。
【００２２】
第１２の発明では、第１０または第１１の発明において前記下流側Ｏ2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは前記触媒新品時におけるピーク値の記憶および前記現在のピーク値の計測を行わない。
【００２４】
第１３の発明では、第１０の発明において前記リッチ化制御が、空燃比がリッチ側に向かう向きに前記基本制御定数を変更することである。
【００２６】
第１４の発明では、第１０の発明においてアイドル状態となってから所定期間が経過するまで前記リッチ化制御を行わない。
【００２８】
第１５の発明では、第１０から第１４までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満であるときである。
【００２９】
第１６の発明では、第１０から第１４までのいずれか一つの発明において前記触媒新品時が、累積走行距離または累積走行時間が所定値未満でありかつ前記触媒温度が所定値以上であるときである。
【００３０】
第１７の発明では、第１０から第１６までのいずれか一つの発明において前記上流側Ｏ2センサ３１が活性化したタイミングで前記空燃比フィードバック制御を開始する。
【００３１】
【発明の効果】
第１の発明では下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値と現在の上限ピーク値の比較により、たとえば両者の差が小さいほど触媒の劣化度合が小さいと、また両者の差が大きくなるほど触媒の劣化度合が進んだと検出される。
【００３２】
この場合に、下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値は触媒新品時に予め記憶しておく値であり、触媒の劣化検出に際しては、下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測するだけでよい。つまり、下流側Ｏ2センサ出力がピーク値をとるたびに触媒の劣化検出が可能になることから、たとえば高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化の場合に、あるいは低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その一時的に劣化した状態においてあるいは触媒の活性化の途中で下流側Ｏ2センサ出力が一度でもピーク値をとれば、それで触媒の劣化度合の検出が可能になる。
【００３３】
このようにして、触媒の劣化度合の検出に際して、第１の発明では下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値を計測するだけでよいので、所定時間当たりに触媒前後の２つのＯ2センサ出力が反転するのを待たなくてはならない従来装置の場合より、触媒の劣化度合を迅速に検出することができ、これによって、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に触媒が劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化をも検出可能となるばかりか、低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その変化途中の触媒劣化度合を刻々に検出できる。
【００３５】
Ｏ2ストレージ差による下流側Ｏ2センサ出力差はリッチ側出力のほうが顕著に現れる特性を利用して、第１の発明では、空燃比フィードバック制御条件の成立時にリッチ化制御を行い、このリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値とリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサの現在のピーク値との比較により触媒の劣化度合を検出し、また第１０の発明では、空燃比フィードバック制御条件の成立時にリッチ化制御を行い、このリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値とリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値との比較結果に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量を演算するので、第１の発明では触媒の劣化度合を高精度に検出することができ、また第１０の発明では触媒の要求空燃比への制御精度が向上する。
リッチ化制御が吸入空気量の大きい高負荷、高回転で行われるときには排気エミッションが悪化してしまうことになるが、第１と第１０の各発明では吸入空気量の小さいアイドル状態でだけリッチ化制御を行うので、排気エミッションが悪化することがない。
アイドル状態となるたびにリッチ化制御を行うのでは、排気エミッションが悪化するが、第１と第１０の各発明では、下流側Ｏ2センサ出力のピーク値の変化量が所定値以上となったときに限ってアイドル状態でのリッチ化制御を行うので、アイドル状態でのリッチ化制御の機会が減ることになり、その分だけ排気エミッションの悪化を避けることができる。
【００３６】
第４と第１２の各発明では、下流側Ｏ2センサ出力とスライスレベルの差の絶対値と判定値を比較し、その差の絶対値が判定値以下のときは触媒新品時におけるピーク値の記憶および現在のピーク値の計測を行わないので、過渡的な運転条件での空燃比の乱れにより下流側Ｏ2センサ出力がピークに達しないまま反転する場合のピーク値を誤って記憶または計測することがない。
【００３７】
アイドル状態となった直後は空燃比が安定せず、したがって、下流側Ｏ2センサ出力も安定しないので、このときにもリッチ化制御を行って下流側Ｏ2センサ出力のピーク値を計測したのでは、下流側Ｏ2センサ出力が不安定になる分だけ触媒の劣化度合の判定の精度や補正量の演算精度が悪くなるが、第６と第１４の各発明では、アイドル状態となってから所定期間が経過するまでリッチ化制御を行わないので、第６の発明においては、安定していない下流側Ｏ2センサ出力のピーク値を用いることによる劣化度合の判定精度の悪化を、また第１４の発明においては、下流側Ｏ2センサ出力のピーク値を用いることによる補正量の演算精度の悪化を避けることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。
【００４２】
コントロールユニット２にはクランク角センサ４からのＲｅｆ信号（基準位置信号）とＰｏｓ信号（１°信号）、エアフローメータ６からの吸入空気量信号、水温センサ１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するとともに、排気通路９の三元触媒１０の上流側に設置したＯ2センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号に基づいて空燃比のフィードバック制御を行い、さらにその空燃比フィードバック制御に使用する比例分を、三元触媒１０の下流側に設置したＯ2センサ１３からの空燃比（酸素濃度）信号により修正する。
【００４３】
ここで、空燃比フィードバック制御は、排気の空燃比を理論空燃比を中心として周期的に振らせるようにした制御であり、このとき排気通路９に設けた三元触媒１０が最大の転換効率をもって、排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。
【００４４】
コントロールユニット２で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００４５】
図２のフローチャートは上流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ１に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを演算するためのもので、Ｒｅｆ信号に同期して実行する。Ｒｅｆ信号に同期させるのは、燃料噴射がＲｅｆ信号同期であり、系の乱れもＲｅｆ信号同期であるため、これに合わせたものである。
【００４６】
ステップ１では、空燃比フィードバック制御条件が成立しているかどうかをみる。たとえば、次の条件、
▲１▼冷却水温Ｔｗが空燃比フィードバック制御の開始水温ＴＷＣＬＭＰを超えていること、
▲２▼目標燃空比相当量Ｔfbya（後述する）＝１であること、
▲３▼フラグＦＬＧＣＬ＝１であること（つまり上流側、下流側の各Ｏ2センサ出力がそれぞれ所定回数（たとえば１回）リッチ側からリーン側へと（あるいはリーン側からリッチ側へと）反転していること）、
を一つずつチェックし、いずれかでも満たさないときは空燃比フィードバック制御条件の非成立時と判断して、ステップ２に進み、αに１．０を入れて（αをクランプ）、図２のフローを終了する。
【００４７】
上記の▲１▼〜▲３▼のすべてを満足するときは空燃比フィードバック制御条件の成立時と判断してステップ３に進む。
【００４８】
ステップ３では上流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ１をＡ／Ｄ変換して取り込み、ステップ４においてＯＳＲ１とスライスレベル（たとえば５００ｍＶ付近）ＳＬＦを比較する。ＯＳＲ１＞ＳＬＦであれば上流側Ｏ2センサ出力がリッチ側にあると判断し、ステップ５でフラグＡＦＦ１に“１”を入れ、ＯＳＲ１≦ＳＬＦであるときは上流側Ｏ2センサ出力がリーン側にあると判断し、ステップ６においてフラグＡＦＦ１に“０”を入れる。これによってＡＦＦ１＝０は上流側Ｏ2センサ出力がリーン側にあることを、ＡＦＦ１＝１はリッチ側にあることを表す。
【００４９】
なお、フラグＡＦＦ１は、すぐ後に述べるフラグＡＦＦ０、後述する他のフラグ（図３のフラグＡＦＲ１、ＡＦＲ０、図４の上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグ、図８のフラグＦＬＧＣＬ、反転フラグＨＡＮＴＥＮ、上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグ、図９の新車時上限ピーク経験フラグ、新車時下限ピーク経験フラグ、図１３のピーク経験フラグ２、図１４のアイドルフラグＩＤＬＳＷ、リッチ化フラグ１、図１５のピーク経験フラグ２、図１６のリッチ化フラグ２）とともに電源投入時のイニシャライズで“０”に初期設定し、またすぐ後に述べる変数を格納するためのメモリα（old）、後述する他のメモリ（図３のＰＨＯＳ、メモリＰＨＯＳ（old）、図４のメモリΔＯＳＲ２Ｈ、ＯＳＲ２Ｉ１Ｈ、ＯＳＲ２ＰＨ、ΔＯＳＲ２Ｌ、ＯＳＲ２Ｉ１Ｌ、ＯＳＲ２ＰＬ、図１３のメモリΔＯＳＲ２２、ＯＳＲ２Ｐ２、ＯＳＲ２Ｉ２、図２２のメモリΔＯＳＲ２Ｈ、ＯＳＲ２ＰＨ（old）、ΔＯＳＲ２Ｌ、ＯＳＲ２ＰＬ（old））も電源投入時のイニシャライズで０に初期設定するものであり、以下のフローチャートおいて、フラグ、メモリについての初期設定については省略する。
【００５０】
ステップ７ではフラグＡＦＦ０の値を読み込む。このフラグＡＦＦ０は前回に空燃比がリッチあるいはリーンのいずれの側にあったかを示すフラグであり、ＡＦＦ０＝０は前回リーン側にあったことを、ＡＦＦ０＝１は前回リッチ側にあったことを表す。
【００５１】
ステップ８では２つのフラグＡＦＦ０、ＡＦＦ１を比較し、両者の値が等しくないときは、ＯＳＲ１のリッチからリーンへの反転時あるいはその反対にリーンからリッチへの反転時であると判断し、ステップ９でサブルーチンを実行する。このサブルーチンの実行（ＯＳＲ１の反転毎に実行）については図３、図４のフローチャートにより説明する。
【００５２】
図３、図４のフローチャートは比例分修正値ＰＨＯＳを演算するためのもので、図３のステップ２１〜３３は図２においてステップ１、２、９を除いた残りのステップと同様である。
【００５３】
詳細にはステップ２１で下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２を読み込み、このＭＶＲＯ２をステップ２２においてスライスレベル（たとえば５００ｍＶ付近）ＳＬＲと比較する。
【００５４】
ここで、下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２は、図５に示したように、エンジン１回転毎に下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２をＡ／Ｄ変換して取り込み、
ＭＶＲＯ２＝ＭＶＲＯ２（old）×（１−Ａ）＋ＯＳＲ２×Ａ  …（１）
ただし、Ａ：平滑化定数（ｎ＜１）
ＭＶＲＯ２（old）：ＭＶＲＯ２の前回値
の式により更新される値である。ただし、初回電源投入時はＯＳＲ２をそのままＭＶＲＯ２に入れている。
【００５５】
ＭＶＲＯ２＞ＳＬＲであればステップ２３でフラグＡＦＲ１に“１”を、またＭＶＲＯ２≦ＳＬＲであるときはステップ２４においてフラグＡＦＲ１に“０”を入れる。これによってＡＦＲ１＝０は下流側Ｏ2センサ出力がリーン側に、またＡＦＲ１＝１はリッチ側にあることを表す。
【００５６】
ステップ２５ではフラグＡＦＲ０の値を読み込む。ＡＦＲ０＝０は下流側Ｏ2センサ出力が前回にリーン側にあったことを、またＡＦＲ０＝１は下流側Ｏ2センサ出力が前回にリッチ側にあったことを表すので、ステップ２６で２つのフラグＡＦＲ０、ＡＦＲ１を比較し、両者の値が等しくないとき（つまりリッチからリーンへの反転時あるいはその反対にリーンからリッチへの反転時）は、ステップ２７でフラグＡＦＲ１をみる。ＡＦＲ１＝０（リッチからリーンへの反転時）のときはステップ２８でメモリＰＨＯＳ（old）（ＰＨＯＳの前回値）に比例分ＰＨＰＬを加えた値を比例分修正値ＰＨＯＳとすることにより、またＡＦＲ１＝１（リーンからリッチの反転時）のときはステップ２９においてメモリＰＨＯＳ（old）より比例分ＰＨＰＲを差し引いた値を比例分修正値ＰＨＯＳとすることにより、それぞれＰＨＯＳを更新する。
【００５７】
ステップ２６でＡＦＲ０とＡＦＲ１が等しいときはステップ３０に進み、フラグＡＦＲ１の値をみて、ＡＦＲ１＝０（前回、今回ともリーン）であるときはステップ３１でメモリＰＨＯＳ（old）に積分分ＤＰＨＯＳＬを加えた値を比例分修正値ＰＨＯＳとし、またＡＦＲ１＝１（前回、今回ともリッチ）であるときはステップ３２においてメモリＰＨＯＳ（old）より積分分ＤＰＨＯＳＲだけ差し引いた値を比例分修正値ＰＨＯＳとすることにより、それぞれＰＨＯＳを更新する。
【００５８】
なお、ＰＨＯＳの更新に用いた比例分ＰＨＰＬ、ＰＨＰＲ、積分分ＤＰＨＯＳＬ、ＤＰＨＯＳＲは一定値である。
【００５９】
ステップ３３では次回制御のためフラグＡＦＲ１の値をフラグＡＦＲ０に移し、図４のステップ３４〜４１を実行した後に図３のフローを終了する。
【００６０】
ここで、図４のステップ３４〜４２は本発明により新たに追加した部分であり、後で詳述する。
【００６１】
なお、図３のステップ２１の前には図２のステップ１に対応する判定部分がない。これは、空燃比フィードバック制御条件と比例分修正制御条件を同じにするもので、本発明では、便宜上、上流側Ｏ2センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を行うとき、必ず下流側Ｏ2センサ出力に基づく比例分修正制御を行うものとして説明する。実際の制御では、上流側Ｏ2センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を行っても、下流側Ｏ2センサ出力に基づく比例分修正制御が行われない場合がある（たとえば上流側Ｏ2センサは活性化していても、下流側Ｏ2センサが活性化していないとき）ことはいうまでもない。
【００６２】
このようにして、比例分修正値ＰＨＯＳが更新されるとき、比例分修正値ＰＨＯＳは図６に示したように下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２のリッチからリーンへの反転時とリーンからリッチへの反転時にステップ的に変化し、リーンやリッチを継続するあいだは漸増と漸減とを繰り返す波形となる。
【００６３】
サブルーチンの実行を終了したら、図２のステップ１０に戻り、フラグＡＦＦ１の値をみる。ＡＦＦ１＝０（リッチからリーンへの反転時）であればステップ１１で
α＝α（old）＋（ＰＬ＋ＰＨＯＳ）                          …（２）
ただし、α（old）：αの前回値
の式により、またＡＦＦ１＝１（リーンからリッチへの反転時）であるときはステップ１２において
α＝α（old）−（ＰＲ−ＰＨＯＳ）                          …（３）
の式により空燃比フィードバック補正係数αをそれぞれ更新する。
【００６４】
一方、ステップ８で２つのフラグＡＦＦ０、ＡＦＦ１の値が等しいときは、反転時でないと判断し、ステップ１３に進んでフラグＡＦＦ１の値をみる。ＡＦＦ１＝０（前回、今回ともリーン）であれば、ステップ１４でメモリα（old）に積分分ＩＬを加算することによって、またＡＦＦ１＝１（前回、今回ともリッチ）であるときはステップ１５でメモリα（old）より積分分ＩＲを減算することによってそれぞれ空燃比フィードバック補正係数αを更新する。
【００６５】
ステップ１６では次回制御のためフラグＡＦＦ１の値をフラグＡＦＦ０に移して図２のフローを終了する。
【００６６】
このようにして演算される空燃比フィードバック補正係数αを用い、図示しないフローにより、燃料噴射弁７に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉが
0003651159.tif 000002
ただし、Ｔｐ：基本噴射パルス幅
Ｋathos：過渡補正量
Ｔfbya：目標燃空比相当量
αｍ：空燃比学習値
Ｔｓ：無効パルス幅
の式で計算される。この計算したＴｉの値は、これも図示しないが噴射タイミングで出力レジスタに転送され、エンジン２回転毎に１回、各気筒毎に噴射される。
【００６７】
ここで、（４）式のＴｐはエンジン回転数と吸入空気量から計算される値で、このＴｐによりほぼ理論空燃比の混合気が得られる。Ｔfbyaは水温増量補正係数Ｋｔｗや始動後増量補正係数Ｋａｓなどの和であり、冷間始動直後より空燃比フィードバック制御が開始されるまでのあいだでＴfbyaが１．０より大きい値になって燃料増量が行われ、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で運転される。また、空燃比フィードバック制御条件の成立時はＴfbya＝１．０である。
【００６８】
さて、空燃比フィードバック制御中に上流側Ｏ2センサ出力の所定時間当たりの反転回数と下流側Ｏ2センサ出力の所定時間当たりの反転回数を計測し、両者の反転回数比より触媒が劣化したかどうかを診断する方法がよく知られているが、この従来の方法では、空燃比フィードバック制御を開始してから上流側Ｏ2センサ出力と下流側Ｏ2センサ出力とが何回か反転したあとでないと、触媒が劣化したかどうかを診断することができず、劣化診断に時間がかるため、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化を診断できない。また、低温始動時のように触媒の活性化の途中では、触媒の転換効率が徐々に変化するので、その間では劣化したかどうかの診断精度が低下してしまう。
【００６９】
これに対処するため本発明の第１実施形態では、触媒新品時に下流側Ｏ2センサ出力のピーク値を記憶しておき、その記憶値とその後の下流側Ｏ2センサ出力のピーク値とを比較することにより、一時的な劣化状態も含めて触媒の劣化度合の検出を迅速に行い、その検出した触媒の劣化度合を空燃比制御に反映させる。ここで、図７に触媒新品時と触媒劣化時の下流側Ｏ2センサ出力を重ねて示すと、同図のように、下流側Ｏ2センサ出力は、触媒の状態によって下流側Ｏ2センサ出力のピーク値（上限ピーク値と下限ピーク値）が変化し、触媒劣化時になると、上限ピーク値と下限ピーク値のいずれもが触媒新品時より低くなっている。これは、Ｏ2ストレージ能力の高い触媒新品時には下流側Ｏ2センサが検出するＯ2量が少なくなるため、センサ出力が高いのに対し、触媒の劣化が進行すると、Ｏ2ストレージ能力が低下し、その結果、下流側Ｏ2センサが検出するＯ2量が多くなり、センサ出力が低下してゆくためである。こうした特性を利用して下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時におけるピーク値と、下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値とを比較することにより、触媒の劣化度合を検出できるのである。
【００７０】
詳細には、図４のステップ３４〜４２を追加するとともに、図８、図９のフローチャートを新たに設けている。
【００７１】
図８のフローチャートから説明すると、これは比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値を計測するためのもので、図２、図３、図４のフローチャートとは独立に一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００７２】
ステップ５１、５２、５３では、次の条件、
▲１▼Ｔｗ＞ＴＷＣＬＭＰであること、
▲２▼Ｔfbya＝１であること、
▲３▼フラグＦＬＧＣＬ＝１であること、
を一つずつチェックする。これらの条件は図２のステップ１において述べたところとそっくり同じであり、▲１▼〜▲３▼のすべてを満足するときは比例分修正制御条件の成立時（空燃比フィードバック制御条件の成立時でもある）と判断してステップ５４以降に進む。
【００７３】
ステップ５４では下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２とスライスレベル（たとえば５００ｍＶ付近）ＳＬＲの差ＤＬＴＡＶを計算し、この差ＤＬＴＡＶの絶対値と判定値ＳＬＲＫをステップ５５において比較し、｜ＤＬＴＡＶ｜＞ＳＬＲＫであれば、ピーク値の検出が可能であると判断してステップ５６に進む。これは、過渡的な運転条件での空燃比の乱れにより図１０に示したように下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２が上限ピーク（あるいは下限ピーク）に達しないまま反転することがあり、この場合のピーク値を検出しないようにするため、｜ＤＬＴＡＶ｜≦ＳＬＲＫであるときはステップ５６以降に進ませないのである。
【００７４】
ステップ５６では反転フラグＨＡＮＴＥＮ＝１であるかどうかみる。このフラグは図示しない別のフローにおいて下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２が増加から減少に、あるいはこの逆に減少から増加に切換わった（反転した）タイミングで“１”になるフラグである。ＨＡＮＴＥＮ＝１のときは下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２が上限ピークまたは下限ピークにあると判断してステップ５７に進み、上記の差ＤＬＴＡＶと０を比較する。ＤＬＴＡＶ＞０（つまり上限ピーク側）のときはステップ５８において下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２をメモリＯＳＲ２ＰＨに移し、ＤＬＴＡＶ＜０（つまり下限ピーク側）のときはステップ６１においてＯＳＲ２をメモリＯＳＲ２ＰＬに移す。これによってＯＳＲ２の上限ピーク値がメモリＯＳＲ２ＰＨに、またＯＳＲ２の下限ピーク値がメモリＯＳＲ２ＰＬに格納される。
【００７５】
ステップ５９、６２ではそれぞれ上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグに“１”を入れる。これらのピーク経験フラグは後述する図４において必要なるフラグである。
【００７６】
ステップ６０では次回のピーク値検出のため、反転フラグＨＡＮＴＥＮに“０”を入れてリセットする。
【００７７】
次に、図９のフローチャートは比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時（つまり触媒新品時）におけるピーク値を計測して記憶するためのもので、これも図２、図３、図４のフローチャートとは独立に一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００７８】
図９においてステップ７３、７４、７５、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６は、図８のステップ５１〜６０とほぼ同様であり、比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時における上限ピーク値と下限ピーク値を計測してそれぞれメモリＯＳＲ２Ｉ１ＨとＯＳＲ２Ｉ１Ｌに格納するとともに、新車時における上限ピーク値を格納したときは新車時上限ピーク記憶フラグを、また新車時における下限ピーク値を格納したときは新車時下限ピーク記憶フラグをそれぞれ“１”にセットする。
【００７９】
ただし、これらメモリＯＳＲ２Ｉ１ＨとＯＳＲ２Ｉ１Ｌは、上記のメモリＯＳＲ２ＰＨとＯＳＲ２ＰＬと相違してバックアップＲＡＭである。また、新車時上限ピーク記憶フラグ、新車時下限ピーク記憶フラグを格納するメモリも、上記の上限ピーク経験フラグ、下限ピーク経験フラグと相違してバックアップＲＡＭである。
【００８０】
一方、図８と大きく異なるのは、ステップ７１、７２、７６、７７である。このうち、ステップ７１、７２では、新車時ピーク経験フラグをみて、新車時上限ピーク経験フラグ＝０または新車時下限ピーク経験フラグ＝０のときだけステップ７３以降に進ませる。つまり、新車時上限ピーク経験フラグと新車時下限ピーク経験フラグの両方が“１”となった後はステップ７３以降に進むことができない。これにより比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時における上限ピーク値と下限ピーク値の計測、記憶が終了する。
【００８１】
ステップ７６、７７は下流側Ｏ2センサ出力の新車時における各ピーク値を記憶するときの条件を追加するもので、累積走行距離ＳＤＩＳＴが所定値（たとえば１００ｋｍ）ＤＩＳＴより小さい（つまり触媒が新品である）とき、かつ触媒温度ＣＡＴＴが所定値ＣＡＴＴＳを超えている（つまり触媒が完全に活性化して触媒性能が安定している）ときの両方を満足する場合に限りステップ７８以降に進ませる。
【００８２】
ここで、上記の累積走行距離に代えて累積走行時間を用いることもできる。上記の触媒温度は、温度センサにより実際の触媒温度を検出するほか、始動してからの時間、走行距離もしくはエンジンの運転条件の累積値により推測する方法が公知であるので、この公知の方法を用いて触媒温度を推測するようにしてもかまわない。
【００８３】
このようにして、比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値、下限ピーク値がメモリＯＳＲ２Ｉ１Ｈ、ＯＳＲ２Ｉ１Ｌに格納され、また、比例分修正制御中に下流側Ｏ2センサ出力が上限ピークと下限ピークをとるたびにメモリＯＳＲ２ＰＨとＯＳＲ２ＰＬの値が更新される（比例分修正制御中に下流側Ｏ2センサ出力の最新の上限ピーク値、下限ピーク値がメモリＯＳＲ２ＰＨ、ＯＳＲ２ＰＬに格納される）。
【００８４】
図４に移り、ステップ３４、３５では新車時上限ピーク記憶フラグと上限ピーク経験フラグをみて、これらがともに“１”にセットされているときはステップ３６でメモリＯＳＲ２Ｉ１Ｈ、ＯＳＲ２ＰＨの値を読み出してこれらの差をメモリΔＯＳＲ２Ｈに入れる。同様にして、ステップ３８、３９では新車時下限ピーク記憶フラグと下限ピーク経験フラグをみて、これらがともに“１”にセットされているときはステップ４０でメモリＯＳＲ２Ｉ１Ｌ、ＯＳＲ２ＰＬの値を読み出してこれらの差をメモリΔＯＳＲ２Ｌに入れる。これによって、メモリΔＯＳＲ２Ｈには比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値と比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値の差が、また、メモリΔＯＳＲ２Ｌには比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値と比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在の下限ピーク値の差が格納されるわけである。
【００８５】
このΔＯＳＲ２Ｈよりステップ３７では図１１の上段の実線を内容とするテーブルを、またΔＯＳＲ２Ｌよりステップ４１で図１１の上段の一点鎖線を内容とするテーブルをそれぞれ検索して触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭを求め、このＰＨＯＳＭをステップ４２でＰＨＯＳ（図３のステップ２８、２９、３１、３２で既に得ている）に加算した値を改めて比例分修正値ＰＨＯＳとおくことによって、ＰＨＯＳに対して触媒の劣化度合に応じた補正を行う。
【００８６】
ここで、上記の補正量ＰＨＯＳＭは、触媒の要求空燃比が触媒の劣化とともに変化することに対応して設定するものである。たとえば、触媒の劣化度合により触媒の要求空燃比がどのように変化してゆくかを図１１の下段に示すと、触媒新品時は、触媒のＯ2ストレージ量が大きいため要求空燃比がリッチ側にあり、触媒が劣化してくるとＯ2ストレージ量が小さくなって要求空燃比がリーン側へ移行している。図示しないが、触媒の活性化途中は触媒劣化時と同様にＯ2ストレージ量が小さいので要求空燃比はリーン側である。こうした触媒の要求空燃比の特性に合わせるため、図１１の上段に示したように触媒の劣化度合が小さい（ΔＯＳＲ２Ｈ、ΔＯＳＲ２Ｌが小さい）ときＰＨＯＳＭをプラス側の値に、また、劣化度合が進行する（ΔＯＳＲ２Ｈ、ΔＯＳＲ２Ｌが大きくなる）とマイナス側に設定するのである。
【００８７】
なお、図１１上段において、ΔＯＳＲ２Ｈの場合とΔＯＳＲ２Ｌの場合でＰＨＯＳＭの特性が異なっているのは、上限ピーク時と下限ピーク時とで劣化度合に対する下流側Ｏ2センサ出力の感度が異なることによるものである。Ｏ2センサは大気のＯ2濃度と排気中のＯ2濃度の差に応じた電位差を出力するので、劣化度合（触媒のＯ2ストレージ能力）が異なる場合、Ｏ2濃度の低いリッチ側（つまり上限ピーク時）のほうがＯ2濃度の高いリーン側（つまり下限ピーク時）よりもその差が大きくなる（図７参照）ことから、上限ピーク時と下限ピーク時とでＯ2センサ出力に感度差が出てくるわけである。
【００８８】
ただし、触媒の種類によっては触媒の要求空燃比が必ずしも図１１の下段に示す傾向になるとは限らないので、開発時に触媒の劣化度合と触媒の要求空燃比の関係をあらかじめ確かめた上でＰＨＯＳＭを決定する必要がある。
【００８９】
一方、新車時上限ピーク記憶フラグと上限ピーク経験フラグの両方が“１”のときと、新車時下限ピーク記憶フラグと下限ピーク経験フラグの両方が“１”のとき以外のときは、ΔＯＳＲ２Ｈ、ΔＯＳＲ２Ｌの計算を行うことができないので、そのままフローを終了する。
【００９０】
ここで、本発明の第１実施形態の作用を説明すると、第１実施形態では、比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｈと現在の上限ピーク値ＯＳＲ２ＰＨの差ΔＯＳＲ２Ｈ（または比例分修正制御中の下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｌと現在の下限ピーク値ＯＳＲ２ＰＬの差ΔＯＳＲ２Ｌ）を触媒の劣化度合相当量として計算するものであり、この差ΔＯＳＲ２Ｈ（またはΔＯＳＲ２Ｌ）が小さいほど触媒の劣化度合が小さいと、またΔＯＳＲ２Ｈ（またはΔＯＳＲ２Ｌ）が大きくなるほど触媒の劣化度合が進んだと検出される。
【００９１】
この場合に、下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｈと触媒新品時における下限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｌとは触媒新品時に予め記憶しておく値であり、触媒の劣化度合の検出に際しては、下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値ＯＳＲ２ＰＨや現在の下限ピーク値ＯＳＲ２Ｌを計測するだけでよい。つまり、下流側Ｏ2センサ出力が上限や下限のピーク値をとるたびに触媒の劣化度合の検出が可能になることから、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合、さらには低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その一時的に劣化した状態においてあるいは触媒の活性化の途中で下流側Ｏ2センサ出力が一度でも上限や下限のピーク値をとれば、それで触媒の劣化度合の検出が可能になる。
【００９２】
このようにして、第１実施形態では、下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値ＯＳＲ２ＰＨや現在の下限ピーク値ＯＳＲ２Ｌを計測するタイミングで触媒の劣化度合の検出が可能になるので、所定時間当たりに触媒前後の２つのＯ2センサ出力がスライスレベルを超えて反転するのを待たなくてはならない従来装置の場合より、触媒の劣化度合を迅速に検出することができ、これによって、高速走行時に触媒がリッチ状態に晒され一時的に劣化する場合や燃料中の硫黄分による被毒で触媒性能が一時的に低下する場合などの一次劣化をも検出可能となるばかりか、低温始動時のように触媒の活性化の途中で触媒の転換効率が徐々に変化する場合においても、その変化途中の触媒の劣化度合を刻々に検出できる。
【００９３】
また、第１実施形態では、触媒の劣化度合相当量として計算した値ΔＯＳＲ２Ｈ、ΔＯＳＲ２Ｌに応じて補正量ＰＨＯＳＭを求め、この補正量ＰＨＯＳＭで比例分修正値ＰＨＯＳを補正するので、触媒の劣化度合に応じた触媒の要求空燃比が得られることになり、これによって触媒の劣化度合に関係なく排気エミッションを低減することができる。
【００９４】
たとえば、ＰＨＯＳＭの導入されていない状態で、触媒の劣化度合に応じた触媒の要求空燃比が、図１１の下段に示すように、劣化度合が小さいときリッチ側にあり、劣化度合が進んだときリーン側になる場合に、ＰＨＯＳにより下流側Ｏ2センサ出力をスライスレベルＳＬＲの付近に落ち着かせたのでは、触媒の要求空燃比が得られない。これに対して本発明では、図１１の下段の触媒特性に合わせて、補正量ＰＨＯＳＭが図１１の上段のように、劣化度合が小さいときプラスの値で、劣化度合が進んだときマイナスの値でＰＨＯＳＭが設定される。ＰＨＯＳＭがプラスの値で設定されるときは、ＰＨＯＳＭの分だけＰＨＯＳの値がプラス側に移り、これによって図２ステップ１１のＰＬ＋ＰＨＯＳが大きくなり、図２ステップ１２のＰＲ−ＰＨＯＳが小さくなるので、ＰＨＯＳＭの導入されていない状態では下流側Ｏ2センサ出力がスライスレベルＳＬＲの付近に落ち着いていても、ＰＨＯＳＭを導入することにより空燃比がリッチ側に制御され、これによって劣化度合が進んでいないときの触媒の要求空燃比が得られるのである。触媒の劣化度合が進み、ＰＨＯＳＭがマイナスの値で設定されるときも同様で、劣化度合が進んでいるときの触媒の要求空燃比が得られる。
【００９５】
図１２、図１３のフローチャートは第２実施形態で、それぞれ第１実施形態の図２、図４に対応する。第１実施形態の図３は第２実施形態でも使用する。なお、図１２、図１３において図２、図４と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【００９６】
さて、触媒が劣化したときと触媒新品時とのＯ2ストレージ量の差（下流側Ｏ2センサ出力の差）はリッチ側出力のほうが顕著に現れる。これは、リッチ側では触媒内に流入する排気中の酸素割合が低くなり、ほとんどの酸素が触媒新品時において酸化剤として使われるか触媒内に吸着され、これによって下流側Ｏ2センサが酸素を検出しなかったのが、触媒が劣化してくると触媒内に吸着される酸素量が減り、吸着されなかった分が下流側Ｏ2センサにより検出されるようになるからである。これに対して、理論空燃比の付近では触媒の劣化の有無にかかわらず酸素が下流側Ｏ2センサに流入するため触媒が劣化したときと触媒新品時とで下流側Ｏ2センサの出力差は大きくならないのである。このような特性を利用して、第２実施形態では強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側Ｏ2センサの出力差より触媒の劣化度合を高精度に検出する。
【００９７】
ただし、リッチ化制御を吸入空気量の大きい高負荷、高回転域で行ったのでは、排気エミッションが悪化（ＣＯ、ＨＣが増加）してしまうので、吸入空気量の小さいアイドル時にかぎってリッチ化制御を行う。
【００９８】
具体的にフローチャートを説明すると、図１２において図２と異なるのはステップ９１、９２、９３、９４で、ここでは２つのリッチ化フラグ１、リッチ化フラグ２をみて、いずれかが“１”にセットされているときはステップ１１の比例分ＰＬよりも値の大きな比例分ＰＬ２と、ステップ１２の比例分ＰＲよりも値の小さな比例分ＰＲ２を用いて空燃比フィードバック補正係数αを更新することによりリッチ化制御を行う。ここでは、比例分ＰＬ２とＰＲ２の両方を用いているが、いずれか一方を用いるだけでもかまわない。
【００９９】
上記のリッチ化フラグ１の設定については図１４のフローチャートにより説明する。同図は図１２、図１３とは独立に一定時間（１０ｍｓ）毎に実行する。
【０１００】
ステップ１１１〜１１５はリッチ化制御を行う条件であるかどうかをみる部分である。上記の▲１▼〜▲３▼の条件（比例分修正制御条件）と同じ条件をすべて満足した上で、さらに次の条件
▲４▼アイドルフラグＩＤＬＳＷ＝１（アイドル状態）であること、
▲５▼アイドル状態となってからの経過時間ＩＤＬＴＭが所定値（たとえば１０ｓｅｃ）ＩＤＬＴＭＳ経過していること、
の両方を満足した場合に、リッチ化制御条件の成立時であると判断して、ステップ１１６に進み、リッチ化フラグ１を“１”にセットし、▲１▼〜▲５▼のいずれかでも満足しないときは、ステップ１１７に進んでリッチ化フラグ１を“０”にリセットする。
【０１０１】
リッチ化制御をアイドル状態に限るのは、リッチ化制御を吸入空気量の大きい高負荷、高回転域でも行ったのでは、ＣＯ、ＨＣを増加（排気エミッションを悪化）させてしまうからである。
【０１０２】
ここで、アイドルフラグＩＤＬＳＷは、図示しない別のルーチンによりアイドルスイッチがＯＮかつ車速が所定値（たとえば８ｋｍ／ｈ）以下のとき“１”となるフラグである。▲５▼のように遅延時間を設けるのは、空燃比が安定した状態になってからリッチ化制御を行わせるためである。
【０１０３】
図１５のフローチャートはリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値を計測するためのもので、これも一定時間毎に実行する。
【０１０４】
ステップ１２１、１２２ではリッチ化フラグ１＝１かどうか、リッチ化フラグ１＝１となってから所定時間が経過したかどうかみて、リッチ化フラグ１＝１かつリッチ化フラグ１＝１となってから所定時間が経過したときはステップ１２３に進み、そのときの下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２をメモリＯＳＲ２Ｐ２に移す。このときの下流側Ｏ2センサ出力は、リッチ化制御中のため自然と上限ピーク値となるので、ＯＳＲ２Ｐ２に下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値がサンプリングされる。なお、リッチ化フラグ１＝１となってから所定時間が経過したときをも条件とするのは、空燃比フィードバック補正係数αによりリッチ化制御を行った結果が下流側Ｏ2センサに達するまでには遅れ時間があるので、これを考慮したものである。
【０１０５】
このメモリＯＳＲ２Ｐ２への格納によりリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値の計測が終了したので、リッチ化制御を終了するためステップ１２４でリッチ化フラグ１を“０”にリセットし、下流側Ｏ2センサ出力がピークを経験したことを表すためステップ１２５においてピーク経験フラグ２を“１”にセットして図１５のフローを終了する。
【０１０６】
次に、図１６のフローチャートは上記のリッチ化フラグ２を設定するための、また図１７のフローチャートは下流側Ｏ2センサの触媒新品時におけるピーク値を記憶するためのもので、これらも、図１２、図１３と独立に一定時間毎に実行する。
【０１０７】
図１６、図１７を図１４、図１５と比較すればわかるように、図１４、図１５とは図１６のステップ１３１、１３５、１３６が大きく異なるだけである。したがって、制御の流れは次のようになる。
【０１０８】
１）新車時の当初は新車時ピーク記憶フラグ２＝０であることより、図１６の１３２〜１３８の条件がすべて成立したときステップ１３９においてリッチ化フラグ２が“１”にセットされる。
【０１０９】
２）このリッチ化フラグ２＝１により、図１２のステップ９２、９４で比例分ＰＬ２、ＰＲ２が採用されて比例分修正制御中にリッチ化制御が行われる。
【０１１０】
３）リッチ化フラグ２＝１に加えて所定時間が経過したとき、図１７においてステップ１５１、１５２よりステップ１５３に進むことになり、リッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時におけるピーク値（上限ピーク値）がメモリＯＳＲ２Ｉ２に格納される。これによりリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時におけるピーク値の計測、記憶が終了するので、ステップ１５５で新車時ピーク記憶フラグ２が“１”にセットされる。
【０１１１】
４）新車時ピーク記憶フラグ２＝１となった後は、図１６においてステップ１３２以降に進むことなく図１６のフローが終了される。
【０１１２】
なお、メモリＯＳＲ２Ｉ２と新車時ピーク記憶フラグ２を格納するためのメモリとは、メモリＯＳＲ２Ｐ２、ピーク経験フラグ２を格納するためのメモリと相違して、バックアップＲＡＭである。
【０１１３】
このようにして、図１５、図１７により、リッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値ＯＳＲ２Ｐ２の計測とリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時におけるピーク値の計測、記憶とを終了する。
【０１１４】
図１３に戻り、ステップ１０１、１０２では新車時ピーク記憶フラグ２とピーク経験フラグ２をみて、これらのフラグがともに“１”にセットされているときはステップ１０３に進み、リッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の現在のピーク値ＯＳＲ２Ｐ２とリッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の新車時におけるピーク値ＯＳＲ２Ｉ２との差ΔＯＳＲ２２を計算し、この差ΔＯＳＲ２２よりステップ１０４において図１８を内容とするテーブルを検索して触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭ２を求め、このＰＨＯＳＭ２をＰＨＯＳ（図３のステップ２８〜３２で既に得ている）に加算した値をステップ１０５において改めて比例分修正値ＰＨＯＳとおく。
【０１１５】
上記のＰＨＯＳＭ２の特性は、図１８に示したように第１実施形態の補正量ＰＨＯＳＭ（ただしΔＯＳＲ２Ｈに対するＰＨＯＳＭ）と同じである。リッチ化制御を行っても行わなくても触媒のＯ2ストレージ能力は同じ、つまり上限ピーク値が変化しないからである。
【０１１６】
このようにして、第２実施形態ではアイドル状態で強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側Ｏ2センサ出力のピーク値の差を触媒の劣化度合相当量としているので、触媒の劣化度合の検出精度が第１実施形態よりも向上する。
【０１１７】
また、第２実施形態では強制的にリッチ化制御を行ったときの下流側Ｏ2センサ出力のピーク値の差に応じて触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭ２を演算するので、触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭ２の演算精度が第１実施形態の場合より向上する。
【０１１８】
図１９、図２０のフローチャートは第３実施形態で、これは第２実施形態のうち、図１４を図１９に、図１５を図２０に置き換えたものである。
【０１１９】
比例分修正制御中においてアイドル状態で所定期間が経過するたびにリッチ化制御を必ず行うのでは、いかに吸入空気量の小さいアイドル状態でも排気エミッション上から好ましくない（ＣＯ、ＨＣが増加する）。そこで、第３実施形態では触媒の劣化状態が変化した場合に限って、アイドル状態でのリッチ化制御を行うことで、排気エミッションの悪化を最小限としたものである。
【０１２０】
具体的にフローチャートを説明する。なお、図１９、図２０において図１４、図１５と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【０１２１】
図１９ではステップ１６１において劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥをみる。このフラグの設定については図２１、図２２のフローチャートにより説明する。
【０１２２】
図２１においてステップ１８１〜１８９は図８のステップ５１〜５８、６１と同じであるため、以下では図８と異なる部分、つまり図２２のステップ１９０〜１９９を説明する。
【０１２３】
ここで、ステップ１９０、１９１、１９２、１９３、１９４は下流側Ｏ2センサ出力が上限ピークにきたときの操作、ステップ１９５、１９６、１９７、１９８、１９９は下流側Ｏ2センサ出力が下限ピークにきたときの操作であり、両者の操作は同様であるので、下流側Ｏ2センサ出力が上限ピークにきたときの操作、つまりステップ１９０〜１９４を主に説明する。
【０１２４】
図２１のステップ１８８ではメモリＯＳＲ２ＰＨに下流側Ｏ2 センサ出力の上限ピーク値を格納するのであるが、このメモリＯＳＲ２ＰＨの値と、このメモリＯＳＲ２ＰＨの前回値を格納するメモリＯＳＲ２ＰＨ（old）の値とから、図２２のステップ１９０において
ΔＯＳＲ２Ｈ＝ＯＳＲ２ＰＨ（old）−ＯＳＲ２ＰＨ            …（５）
の式により下流側Ｏ2センサ出力の上限ピーク値の前回からの変化量ΔＯＳＲ２Ｈを計算するとともに、今回得た上限ピーク値ＯＳＲ２ＰＨをステップ１９１においてメモリＯＳＲ２ＰＨ（old）に移した後、上限ピーク値の前回からの変化量ΔＯＳＲ２Ｈと所定値ＯＳＲ２ＨＳをステップ１９２において比較し、ΔＯＳＲ２Ｈ≦ＯＳＲ２ＨＳである間はステップ１９４で劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを“０”のリセット状態に保ち、ΔＯＳＲ２ＨがＯＳＲ２ＨＳを超えると、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ（劣化度合が変化した）と判断し、ステップ１９３で劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを“１”にセットする。
【０１２５】
同様にして、ステップ１９５〜１９９においても、下流側Ｏ2センサ出力の下限ピーク値の前回からの変化量ΔＯＳＲ２Ｈが所定値ＯＳＲ２ＬＳ以下である間は劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを“０”のリセット状態に保ち、ΔＯＳＲ２ＬがＯＳＲ２ＬＳを超えると、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ（劣化度合が変化した）と判断し、劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを“１”にセットしている。
【０１２６】
なお、劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを格納するためのメモリはバックアップＲＡＭである。
【０１２７】
図１９に戻り、ＦＬＧＡＧＥ＝１のときに限ってステップ１６１よりステップ１１１以降のリッチ化フラグ１の設定に進み、ＦＬＧＡＧＥ＝０のときはステップ１１１以降を飛ばして図１９のフローを終了する。つまり、劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを導入してリッチ化制御を行う機会を制限しているわけで、第３実施形態では、触媒の劣化度合が所定量だけ進んだ（劣化度合が変化した）ときだけアイドル状態でのリッチ化制御を行うのである。
【０１２８】
また、図２０においては、リッチ化制御中の下流側Ｏ2センサ出力の上限ピーク値をメモリＯＳＲ２Ｐ２に格納したあとのステップ１７１において、劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥを“０”にリセットしている。これは、リッチ化制御中に下流側Ｏ2センサ出力の上限ピーク値を計測したあとは、そのときの触媒状態からさらに触媒の劣化度合が所定量だけ進むまでリッチ化制御を行わせないためである。
【０１２９】
このようにして、第３実施形態では、触媒の劣化度合が所定量だけ進むごとにアイドル状態でのリッチ化制御を行うので、リッチ化制御を行う機会が大幅に制限され、これによってＨＣ、ＣＯの排出量が第２実施形態の場合より少なくなる。
【０１３０】
３つの実施形態では、空燃比フィードバック制御定数が比例分である場合で説明したが、これに限られることはなく、積分分ＩＬ、ＩＲ、上流側Ｏ2 センサ出力の遅延時間、上流側Ｏ2 センサ出力と比較するスライスレベルＳＬＦ等であっても同様に構成することができる。
【０１３１】
第１実施形態ではΔＯＳＲ２ＨとΔＯＳＲ２Ｌをともに計測する場合で説明したが、ΔＯＳＲ２ＨとΔＯＳＲ２Ｌのいずれかだけを計測する場合でもかまわない。
【０１３２】
第２実施形態では、比例分を変更することによってリッチ化制御を行う場合で説明したが、これに限られることはなく、積分分ＩＬ、ＩＲ、上流側Ｏ2 センサ出力の遅延時間、上流側Ｏ2 センサ出力と比較するスライスレベルＳＬＦ等を変更することによってもリッチ化制御を行うことができる。
【０１３３】
実施形態では、電源投入時のイニシャライズで修正値ＰＨＯＳに０を初期設定するもので説明したが、これに限られるものでない。たとえばＰＨＯＳをバックアップＲＡＭで構成するものでは、始動時にＰＨＯＳが初期値をもつ。また、そのＰＨＯＳ初期値を触媒の劣化に応じて変化させるものもある。これらのものに対しても本発明を適用できる。ただし、このときはＰＨＯＳ（old）についてもその構成（バックアップＲＡＭで構成するのか、それとも単なるＲＡＭで構成するのか）を考慮しなければならない。
【０１３４】
実施形態では比例分修正値ＰＨＯＳをマップ値である比例分ＰＬ、ＰＲとは別に構成した場合（つまり変数が２つの場合）で説明したが、これらを１つの変数で扱うようにしたものに対しても本発明を適用することができる。また、上流側Ｏ2センサ出力に基づいて第１の空燃比フィードバック補正係数を、下流側Ｏ2センサ出力に基づいて第２の空燃比フィードバック補正係数をそれぞれ独立に求め、これら２つの補正係数で空燃比フィードバック制御を行うものに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図である。
【図２】空燃比フィードバック補正係数αの演算を説明するためのフローチャートである。
【図３】サブルーチン説明するためのフローチャートである。
【図４】サブルーチン説明するためのフローチャートである。
【図５】下流側Ｏ2 センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２の演算を説明するためのフローチャートである。
【図６】比例分修正値ＰＨＯＳの波形図である。
【図７】触媒新品時と触媒が劣化したときの下流側Ｏ2センサ出力を重ねて示す特性図である。
【図８】下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値ＯＳＲ２ＰＨ、下流側Ｏ2センサ出力の現在の下限ピーク値ＯＳＲ２ＰＬの計測を説明するためのフローチャートである。
【図９】下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における上限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｈ、下流側Ｏ2センサ出力の触媒新品時における下限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ１Ｌの記憶を説明するためのフローチャートである。
【図１０】下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２のピーク値を説明するための波形図である。
【図１１】触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭと触媒の要求空燃比の特性図である。
【図１２】第２実施形態の空燃比フィードバック補正係数αの演算を説明するためのフローチャートである。
【図１３】第２実施形態のサブルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１４】第２実施形態のリッチ化フラグ１の設定を説明するためのフローチャートである。
【図１５】第２実施形態の下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値ＯＳＲ２Ｐ２の計測を説明するためのフローチャートである。
【図１６】第２実施形態のリッチ化フラグ２の設定を説明するためのフローチャートである。
【図１７】第２実施形態の下流側Ｏ2センサ出力の新車時における上限ピーク値ＯＳＲ２Ｉ２の記憶を説明するためのフローチャートである。
【図１８】第２実施形態の触媒の劣化度合に対応する補正量ＰＨＯＳＭ２と触媒の要求空燃比の特性図である。
【図１９】第３実施形態のリッチ化フラグ１の設定を説明するためのフローチャートである。
【図２０】第３実施形態の下流側Ｏ2センサ出力の現在の上限ピーク値ＯＳＲ２Ｐ２の計測を説明するためのフローチャートである。
【図２１】第３実施形態の劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥの設定を説明するためのフローチャートである。
【図２２】第３実施形態の劣化進行フラグＦＬＧＡＧＥの設定を説明するためのフローチャートである。
【図２３】  本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図２４】  本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図２５】  第３の発明のクレーム対応図である。
【図２６】  第１の発明のクレーム対応図である。
【図２７】  本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図２８】  本発明の主要構成を示すブロック図である。
【図２９】  第１０の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
２  コントロールユニット
３  上流側Ｏ2センサ
４  クランク角センサ
６  エアフローメータ
９  排気通路
１０  三元触媒
１３  下流側Ｏ2センサ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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