(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側排気通路に配置され、触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流側排気通路に配置され、触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
機関回転数の増大に応じて平滑化の程度が大きくなる平滑化演算処理を行うことにより前記上流側空燃比センサ出力の変動を平滑化し、上流側空燃比センサの平滑化出力値を求める平滑化演算手段と、
前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の変化量に基づいて上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長を演算する平滑化出力値軌跡長算出手段と、
前記下流側空燃比センサ出力の変化量に基づいて下流側空燃比センサ出力の軌跡長を演算する下流側軌跡長算出手段と、
前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長と、前記下流側空燃比センサ出力軌跡長とに基づいて前記排気浄化触媒の劣化の有無を判定する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側排気通路に配置され、触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流側排気通路に配置され、触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記上流側空燃比センサ出力を、前記機関への燃料噴射実行間隔に比例して変化する間隔でサンプリングするとともに、該サンプリングした出力値に平滑化演算処理を行い上流側空燃比センサの平滑化出力値を求める平滑化演算手段と、
前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の変化量に基づいて上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長を演算する平滑化出力値軌跡長算出手段と、
前記下流側空燃比センサ出力の変化量に基づいて下流側空燃比センサ出力の軌跡長を演算する下流側軌跡長算出手段と、
前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長と、前記下流側空燃比センサ出力軌跡長とに基づいて前記排気浄化触媒の劣化の有無を判定する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の上流側排気通路に配置された上流側空燃比センサと下流側排気通路に配置された下流側空燃比センサとのそれぞれの出力軌跡長を算出し、これらの出力軌跡長に基づいて触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定装置が知られている。この種の触媒劣化判定装置の例としては、特開平５−９８９４８号公報に記載されたものがある。
【０００３】
同公報の劣化判定装置は、上流側空燃比センサ出力軌跡長と下流側空燃比センサ出力軌跡長とを算出し、これら軌跡長の比に基づいて触媒劣化の有無を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように触媒上流側空燃比センサ出力の軌跡長を触媒劣化判定に使用する場合には、正確な軌跡長を算出することができず判定に誤差を生じる場合がある。
すなわち、各気筒から排出される排気は排出タイミングが異なるため、排気管で均一に混じり合うことなく気筒毎の排気塊を形成し、互いにかなり分離した状態で上流側空燃比センサに到達する。このため、燃料噴射弁の特性のばらつきなどにより気筒間で空燃比のばらつきが生じると上流側空燃比センサには空燃比の異なる排気塊が順々に到達することになる。例えば、ある気筒の空燃比が燃料噴射弁の特性のずれ等により他の気筒の空燃比と異なった値になった場合には、この気筒からの排気が上流側空燃比センサに到達する毎に上流側空燃比センサの出力値は異なった値になり機関の１サイクル毎に、例えば４サイクル機関ではクランク軸回転角７２０度毎に、大きく変動するような場合が生じる。すなわち、この場合の上流側空燃比センサ出力はベース空燃比（他の気筒の空燃比）に７２０度毎に特性のずれた気筒の空燃比に相当するスパイク信号が重畳した形の波形となる。上流側空燃比センサ出力の波形がこのようにスパイクを含んだ波形になると、たとえ各気筒の空燃比が安定してあまり変化しないような場合であっても上流側空燃比センサ出力の軌跡長は見かけ上大きな値となる場合が生じる。このため、このような上流側空燃比センサ出力軌跡長を使用して触媒劣化判定を行うと正確な判定ができなくなる場合が生じるのである。この問題は、例えばＶ型機関等のように各気筒バンクの排気通路毎に上流側空燃比センサを配置し、各気筒バンクの排気通路が合流する共通排気通路上に排気浄化触媒と下流側空燃比センサとを設けた形式の機関においても生じやすい。
【０００５】
なお、各気筒から排出された排気塊は触媒通過時に互いに混じり合い、触媒下流側に排出される排気の空燃比は均一になるため、下流側空燃比センサ出力波形には上記のようなスパイクが生じることはなく、下流側空燃比センサ出力の軌跡長については上記のような問題は生じない。
本発明は、上記問題を解決し気筒間の空燃比にばらつきを生じたような場合にも正確な触媒劣化判定を行うことが可能な触媒劣化判定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流側排気通路に配置され、触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流側排気通路に配置され、触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、機関回転数の増大に応じて平滑化の程度が大きくなる平滑化演算処理を行うことにより前記上流側空燃比センサ出力の変動を平滑化し、上流側空燃比センサの平滑化出力値を求める平滑化演算手段と、前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の変化量に基づいて上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長を演算する平滑化出力値軌跡長算出手段と、前記下流側空燃比センサ出力の変化量に基づいて下流側空燃比センサ出力の軌跡長を演算する下流側軌跡長算出手段と、前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長と、前記下流側空燃比センサ出力軌跡長とに基づいて前記排気浄化触媒の劣化の有無を判定する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置が提供される。
【０００７】
すなわち、請求項１の発明では、上流側空燃比センサ出力値そのものの軌跡長を演算するのではなく、平滑化した上流側空燃比センサ出力の軌跡長を演算する。これにより、空燃比にずれを生じた気筒の排気が空燃比センサに到達する毎のスパイクは平滑化され、ベース空燃比に近い安定な出力波形が得られるようになる。従って、この平滑化した出力波形の軌跡長は全体としてのベース空燃比の変動に対応することとなる。このため、この平滑化出力の軌跡長と下流側空燃比センサ出力の軌跡長とに基づいて触媒劣化判定を行うことにより、特定の気筒の空燃比のずれの影響を排除した正確な触媒劣化判定が可能となる。
【０００８】
一方、このような平滑化演算処理を行う場合には平滑化の程度が問題になる。例えば平滑化の程度が極めて大きいと平滑化出力の実際の上流側空燃比センサ出力への追従が遅くなるため、全体としてのベース空燃比の変動までが平滑化されてしまい正確な触媒劣化判定ができなくなる可能性がある。また、平滑化の程度が小さいと、例えば機関高回転時等のように上流側空燃比センサに空燃比のずれが生じた気筒からの排気が到達する頻度が増大する場合には平滑化が不十分になるため前述のスパイクの影響でやはり正確な触媒劣化判定ができなくなる可能性がある。
【０００９】
そこで、請求項１の発明では、平滑化演算手段は平滑化演算処理における平滑化の程度が機関回転数の増大に応じて大きくなるように平滑化処理を行う。このため、機関回転数が低く前述のスパイクの影響が小さい場合には比較的平滑化の程度が小さくなり平滑化出力の実際の上流側空燃比センサ出力への追従が良好になるとともに、機関回転数が高くスパイクの影響が大きい場合には比較的平滑化の程度が大きくなりスパイクの影響を排除した安定な平滑出力値を得ることができる。
【００１０】
なお、平滑化演算処理としては、例えば後述する加重平均処理（いわゆる「なまし処理」）等を用いることができ、この場合には重み付け係数を機関回転数の増大に応じて大きな値に設定することにより、平滑化の程度を機関回転数の増大に応じて大きくすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流側排気通路に配置され、触媒上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流側排気通路に配置され、触媒下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサ出力を、前記機関への燃料噴射実行間隔に比例して変化する間隔でサンプリングするとともに、該サンプリングした出力値に平滑化演算処理を行い上流側空燃比センサの平滑化出力値を求める平滑化演算手段と、前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の変化量に基づいて上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長を演算する平滑化出力値軌跡長算出手段と、前記下流側空燃比センサ出力の変化量に基づいて下流側空燃比センサ出力の軌跡長を演算する下流側軌跡長算出手段と、前記上流側空燃比センサ平滑化出力値の軌跡長と、前記下流側空燃比センサ出力軌跡長とに基づいて前記排気浄化触媒の劣化の有無を判定する劣化判定手段と、を備えた内燃機関の触媒劣化判定装置が提供される。
【００１１】
すなわち、請求項２の発明では、平滑化演算手段は所定のサンプリング間隔で上流側空燃比センサ出力をサンプリングし、サンプリングした空燃比センサ出力値に平滑化演算処理を行う。また、サンプリングは機関の燃料噴射実行間隔に比例して変化するサンプリング間隔で実行する。上流側空燃比センサ出力波形のスパイクは特定気筒で燃料噴射が実行される毎に現れるため、上述のように機関の燃料噴射実行間隔毎にサンプリングを行うことにより、各気筒の燃料噴射実行時に対応した時期の上流側空燃比センサ出力をサンプリングすることができる。従って、上記の間隔でサンプリングすることにより、サンプリングしたセンサ出力値には各気筒の排気の空燃比が同一の頻度で現れることになる。このため、このサンプリングした出力を平滑化演算処理することにより、平滑化の程度を一定にした場合でも常に平滑化出力の波形はスパイクの影響を排除したベース空燃比に近い波形となる。従って、この場合も平滑化出力値の軌跡長と下流側空燃比センサ出力の軌跡長とに基づいて触媒劣化判定を行うことにより特定の気筒の空燃比のずれの影響を排除した正確な触媒劣化判定を行うことができる。
【００１２】
なお、請求項２の発明においても滑化演算処理として加重平均を用いることができるが、この場合には加重平均における重み付け係数は適宜な一定値とすることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。図１において、１は自動車用内燃機関本体を示している。本実施形態では図１に示すように機関１は、各シリンダがＶ字型に２つのバンク（バンクＡとバンクＢ）に２列に配列されたＶ型機関とされている。図１において、２は機関１の吸気通路、３は吸気通路２に配置されたエアフローメータを示している。エアフローメータ３は、吸入空気量を直接計測するものであって、例えば吸入空気量に比例したアナログ電圧信号を出力するポテンショメータ付きベーンタイプエアフローメータとされる。エアフローメータ３の出力信号は、制御回路１０のマルチプレクサ内蔵ＡＤ変換器１０１に入力される。また、ディストリビュータ４には、ロータ軸が例えばクランク角に換算して７２０度回転する毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ５と、クランク角に換算して３０度毎に回転角パルス信号を発生するクランク角センサ６とが設けられている。これらクランク角センサ５、６のパルス信号は制御回路１０の入出力インターフェイス１０２に供給されており、このうちクランク角センサ６の出力は制御回路１０のＣＰＵ１０３の割り込み端子に供給される。
【００１４】
更に、各気筒の吸気ポートには、燃料供給系から加圧燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。図１では、各気筒の燃料噴射弁のうちＡ、Ｂバンクのそれぞれ一つの燃料噴射弁７Ａ、７Ｂのみを示す。さらに、機関本体１のシリンダブロックのウォータージャケット（図示せず）に機関冷却水温度を検出する水温センサ９が設けられている。水温センサ９が発生する冷却水温度ＴＨＷに比例したアナログ電圧信号は制御回路１０のＡＤ変換器１０１に入力されている。
【００１５】
機関１のバンクＡ及びバンクＢの排気マニホルド１１Ａ、１１Ｂより下流側の排気系には、それぞれ排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯＸ  の三成分を同時に浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ１２Ａ、１２Ｂが設けられている。この触媒コンバータ（スタートキャタリスト）１２Ａ、１２Ｂは機関始動時の触媒暖機を短時間で行えるように比較的小容量とされ、エンジンルームに設けられている。
【００１６】
また、触媒コンバータ１２Ａ、１２Ｂの上流側の排気管１１Ａ、１１Ｂには、それぞれ上流側空燃比センサ１３Ａと１３Ｂとが設けられている。本実施形態では、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂは、広い空燃比範囲で空燃比に比例した電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサとされている。
更に、触媒コンバータコンバータ１２Ａ、１２Ｂの下流側では、各バンクの排気管１４Ａ、１４Ｂは集合部１５ａにおいて集合排気管１５に合流しており、排気管１５上には三元触媒を収容する触媒コンバータ１６が設けられている。この触媒コンバータ（メインキャタリスト）１６は、触媒暖機完了後に機関１からの排気浄化を主に行うため比較的大容量とされ車体の床下に配置される。
【００１７】
触媒コンバータ１６下流側の集合排気管１５には下流側空燃比センサ１７が設けられている。本実施形態では、下流側空燃比センサ１７は排気中の酸素濃度を検出し、排気の空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかに応じて異なるレベルの出力電圧を発生するＯ２  センサとされている。上流側リニア空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ及び下流側Ｏ２  センサ１７の出力は、それぞれ制御回路１０のＡＤ変換器１０１に入力されている。
【００１８】
制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、ＡＤ変換器１０１、入出力インターフェイス１０２、ＣＰＵ１０３の他にＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６とクロック発生回路１０７等が設けられている。
また、吸気通路２のスロットル弁１８にはスロットル弁が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッチ１９が設けられており、この出力信号は制御回路１０の入出力インターフェイス１０２に供給される。
【００１９】
図１に１１０Ａ、１１０Ｂで示すのはそれぞれＡバンクの各気筒とＢバンクの各気筒の燃料噴射弁７Ａ、７Ｂからの燃料噴射を行う燃料噴射回路である。燃料噴射回路１１０Ａ、１１０Ｂは制御回路１０からの燃料噴射指令信号に応じて、それぞれの気筒の燃料噴射弁から燃料噴射を行う。また、本実施形態では制御回路１０は、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ、及び下流側Ｏ２  センサ１７の出力に基づいて、機関運転空燃比が理論空燃比近傍になるように各燃料噴射弁からの燃料噴射量ＴＡＵを算出する。この、燃料噴射量ＴＡＵの演算は、機関空燃比を理論空燃比近傍に維持することが可能であれば、任意の公知の方法を用いることができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２０】
次に、本実施形態の触媒劣化判定について説明する。
本実施形態では、後述するように上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ出力の軌跡長と下流側Ｏ２  センサ１７出力の軌跡長との比に基づいて触媒１６の劣化の有無を判定する。公知のように、三元触媒は流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸着保持した酸素を放出するＯ２  ストレージ作用を行う。このＯ２  ストレージ作用により、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍で多少変動した場合であっても三元触媒は理論空燃比雰囲気に保持される。このため、三元触媒の機能が最大限に発揮される。
【００２１】
また、上述のように、三元触媒がＯ２  ストレージ作用を十分に発揮している場合には触媒コンバータ１６下流側の排気の空燃比はほぼ理論空燃比近傍に維持されるため変動が少なくなる。このため、三元触媒がＯ２  ストレージ作用を十分に発揮している場合には、下流側Ｏ２  センサ１７出力の軌跡長ＬＶＯＤ（図２）は上流側空燃比センサ出力の軌跡長ＬＶＯＵより小さくなり、これらの軌跡長の比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵは小さな値になる。ところが、三元触媒が劣化するとそれに応じて触媒のＯ２  ストレージ作用も低下するようになり、触媒コンバータ１６上流側の排気の空燃比に応じて変動するようになる。これにより、下流側Ｏ２  センサ１７出力の軌跡長ＬＶＯＤは三元触媒の劣化とともに増大し、軌跡長比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵは徐々に大きな値をとるようになる。このため、上流側空燃比センサ出力の軌跡長と下流側Ｏ２  センサ出力の軌跡長との比がある値より大きくなった場合には三元触媒が劣化したと判定することができる。
【００２２】
図２（Ｂ）  、（Ｃ）  は、三元触媒の劣化による下流側Ｏ２  センサ出力の変化を、上流側空燃比センサ出力（図２（Ａ）  ）と対応させて説明する図である。図２（Ａ）  の上流側空燃比センサ出力は、本実施形態では上流側空燃比センサ１３Ａと１３Ｂとの出力の和を用いている。図２（Ａ）  に示すように、本実施形態では空燃比フィードバック制御により触媒コンバータ上流側の空燃比は理論空燃比を中心に比較的小さな幅で変動する。このため、上流側空燃比センサ出力の軌跡長ＬＶＯＵは、図２（Ａ）  に示すように比較的小さな値となる。
【００２３】
一方、図２（Ｂ）  は触媒コンバータに劣化を生じていない場合の下流側Ｏ２  センサ１７の出力波形を示す。前述のように、触媒コンバータに劣化を生じていない場合には、触媒コンバータ下流側の排気空燃比は理論空燃比近傍に維持されるが、Ｏ２  センサは排気空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる出力電圧を発生するため、下流側Ｏ２  センサ１７の出力はリッチレベルとリーンレベルとの間を比較的長い周期で変動する。このため、図２（Ｂ）  に示すように、下流側Ｏ２  センサ１７出力の軌跡長ＬＶＯＤは極めて小さい値となり、これらの軌跡長の比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵの値も小さくなる。
【００２４】
図２（Ｃ）  は触媒コンバータに劣化を生じた場合の下流側Ｏ２  センサ１７の出力波形を示す。三元触媒が劣化するとそれに伴うＯ２  ストレージ作用の低下のため下流側Ｏ２  センサ出力は触媒上流側の排気空燃比の変動（図２（Ａ）  ）とほぼ同じ周期で変動するようになるため、図２（Ｃ）  に示すように下流側Ｏ２  センサ１７の軌跡長ＬＶＯＤが増大し、軌跡長比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵは大きな値を取るようになる。
【００２５】
図３（Ａ）  は、図２（Ａ）  に示した状態から、例えば燃料噴射弁の特性のずれ等により特定の気筒の空燃比が理論空燃比からずれた状態（図３（Ａ）  ではリーン空燃比側にずれた場合を示す）になったときの上流側空燃比センサ出力を示す。図３（Ａ）  に示すように、この場合にはこの気筒からの排気が上流側空燃比センサに到達する毎に上流側空燃比センサ出力が大きく変動し、機関クランク軸回転７２０度毎に上流側空燃比センサ出力波形にスパイクが生じる。このため、上流側空燃比センサ出力軌跡長を算出する際にこのスパイクが加算されてしまい、実際には図２（Ａ）  と同様に本当の空燃比変動は比較的小さいにもかかわらず見かけ上上流側空燃比センサ出力の軌跡長ＬＶＯＵの値が極めて大きくなってしまう場合が生じる。このような状態が生じると、実際に触媒が劣化して下流側空燃比センサ出力軌跡長ＬＶＯＤが増大した場合であっても、スパイクによる上流側空燃比センサ出力軌跡長ＬＶＯＵの増大があるため軌跡長比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵの値は大きくならず、劣化した触媒を正常と誤判定する場合が生じる。
【００２６】
本実施形態では、図２（Ａ）  の上流側空燃比センサ出力を後述する平滑化処理（本実施形態ではなまし処理）により平滑化することにより、図３（Ｂ）  のようにスパイクの影響を排除した平滑化出力波形を求めている。そして、この平滑化出力波形の軌跡長を上流側空燃比センサ出力軌跡長ＬＶＯＵとして使用することにより上記問題を解決している。
【００２７】
次に、本実施形態における平滑化演算処理について説明する。本実施形態では平滑化演算処理として以下の加重平均演算（なまし演算）を行っている。
ＶＵＮ＝ＶＵＮｎ−１  ＋（ＶＵ−ＶＵＮｎ−１  ）／Ｎｎ  
ここで、ＶＵＮは上流側空燃比センサの平滑化出力値（なまし値）、ＶＵは上流側空燃比センサの出力、ＶＵＮｎ−１  は前回平滑化演算処理実行時の平滑化出力値、Ｎｎ  は重み付け係数（なまし係数）を表している。すなわち、本発明で使用する平滑化演算処理は、今回ルーチン実行時の上流側空燃比センサ出力ＶＵの変動が平滑化出力ＶＵＮの値に与える影響の程度（平滑化の程度）を任意に設定することができる処理である。上記のように平滑化演算処理としてなまし演算を行う場合には、なまし係数Ｎｎ  の大きさに応じて平滑化の程度が変化することになる。
【００２８】
ところが、なまし係数Ｎｎ  の値を一定値に固定すると、  機関回転数の増大に伴って単位時間当たりのスパイク発生回数が増大すると、上流側空燃比センサ出力としてスパイクが検出される頻度が増大するため、前述のようになまし係数Ｎｎ  を小さく設定した場合には上流側空燃比センサ出力を十分に平滑化できない問題が生じる。また、なまし係数Ｎｎ  を大きな値に固定したのでは、平滑化出力値の実際の空燃比への追従性が悪化する問題が生じる。そこで、本実施形態ではなまし係数Ｎｎ  の値を機関回転数に応じて大きくすることにより、機関回転数が高い場合には平滑化の程度を大きくし、単位時間当たりのスパイク発生回数が増大した場合にも十分な平滑化を行うことが可能となる。またこれにより、機関回転数が低いときには単位時間当たりのスパイク発生回数に応じて平滑化の程度が小さくなるため、機関低回転時にも平滑化出力値の実空燃比への追従性を確保することが可能となる。
【００２９】
図４は，上記平滑化演算処理を用いた場合の触媒劣化判定操作を示すフローチャートである。本操作は、制御回路１０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図４、ステップ４０１では、後述する判定時間カウンタＣの値が１カウントアップされ、ステップ４０３では機関回転数Ｎｅとともに、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂの出力ＶＵＡ  、ＶＵＢ  及び下流側Ｏ２  センサ１７の出力ＶＤがＡＤ変換され読み込まれる。そして、ステップ４０５では前述のなまし係数Ｎｎ  の値が、Ｎｎ  ＝Ｋ×Ｎｅとして算出される。ここでＫは一定値とされる。  すなわち、本実施形態ではなまし係数Ｎｎ  の値は機関回転数に比例して増大するように設定され、平滑化演算処理における平滑化の程度は機関回転数に比例して増大するように設定されている。なお、なまし係数Ｎｎ  の値は必ずしも機関回転数に比例した値に設定する必要はなく、機関回転数の増大に応じて大きくなるように設定すれば、他の設定も可能である。実際には、なまし係数Ｎｎ  と機関回転数との関係は実際の機関や排気構成に応じて変化する場合があるため、実際の機関や排気系を用いて最適値を決定することが好ましいが、発明者等の実験によるとなまし係数Ｎｎ  の値を機関回転数に比例して増大するように設定すると、多くの場合に好適な結果が得られることが発見されている。
【００３０】
ついで、ステップ４０７では上記により設定されたなまし係数Ｎｎ  の値を用いて、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ出力ＶＵＡ  、ＶＵＢ  それぞれの平滑化出力値ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  が以下の式により算出される。
ＶＵＮＡ  ＝ＶＵＮＡ（ｎ−１）＋（ＶＵＡ  −ＶＵＮＡ（ｎ−１））／Ｎｎ  
ＶＵＮＢ  ＝ＶＵＮＢ（ｎ−１）＋（ＶＵＢ  −ＶＵＮＢ（ｎ−１））／Ｎｎ  
ここで、ＶＵＮＡ（ｎ−１）、ＶＵＮＢ（ｎ−１）は、前回本ルーチン実行時の平滑化出力ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  の値である。
【００３１】
また、ステップ４０９では、上記により算出した上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂの今回ルーチン実行時の平滑化出力値ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  及び前回ルーチン実行時の平滑化出力値ＶＵＮＡ（ｎ−１）、ＶＵＮＢ（ｎ−１）とを用いて、平滑化出力値ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  の軌跡長ＬＶＯＵＡ  、ＬＶＯＵＢ  がそれぞれ下記により算出される。
【００３２】
ＬＶＯＵＡ  ＝ＬＶＯＵＡ  ＋｜ＶＵＮＡ  −ＶＵＮＡ（ｎ−１）｜
ＬＶＯＵＢ  ＝ＬＶＯＵＢ  ＋｜ＶＵＮＢ  −ＶＵＮＡ（ｎ−１）｜
すなわち、本実施形態では、各平滑化出力の軌跡長は、前回ルーチン実行時から今回ルーチン実行時までの平滑化出力値の変化量の絶対値を積算することにより近似的に算出される。
【００３３】
また、ステップ４１１では、上記により求めた各平滑化出力値の軌跡長の合計を求め、ＬＶＯＵとして記憶する。
更に、ステップ４１３では、ステップ４０９と同様、下流側空燃比センサ１７出力ＶＯＤの軌跡長ＬＶＯＤが、出力ＶＯＤの変化量を積算することにより求められる。また、ステップ４１４では次回のルーチン実行に備えてＶＵＮＡ（ｎ−１），ＶＵＮＢ（ｎ−１），ＶＤｎ−１  の各値が更新される。
【００３４】
上記により、軌跡長ＬＶＯＵ及びＬＶＯＤを算出した後、ステップ４１５では、前述の判定時間カウンタＣの値が所定値Ａを越えたか否かが判定される。カウンタＣは、触媒劣化判定のための軌跡長積算時間を計時するカウンタであり、所定値Ａは短時間の外乱の影響等を排除して有意な軌跡長を算出するのに十分な時間に相当する値であり、詳細には実験等により決定される。
【００３５】
ステップ４１５でＣ≦Ａ、すなわち所定の軌跡長積算時間が経過していない場合には、本ルーチンはそのまま終了する。
ステップ４１５で所定の軌跡長積算時間が経過していた場合、すなわちＣ＞Ａであった場合にはステップ４１７に進み、軌跡長比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵが予め定めた判定値Ｂより小さいか否かにより触媒の劣化の有無を判定する。すなわち、軌跡長比ＬＶＯＤ／ＬＶＯＵが所定値Ｂより小さい場合（触媒が正常な場合）にはステップ４１９に進み、劣化フラグＦＸの値を０にセットし、所定値Ｂ以上であった場合（触媒が劣化していた場合）にはステップ４２１に進み劣化フラグＦＸの値を１にセットする。劣化フラグＦＸの値が１にセットされると制御回路１０により別途実行されるルーチンにより、警告灯が点灯され運転者に触媒の劣化を報知する。また、劣化フラグの値は制御回路１０のバックアップＲＡＭ１０６に格納され、次回の修理点検に備えられる。
【００３６】
上記操作を終了後、本ルーチンはステップ４２３で、軌跡長ＬＶＯＵＡ  、ＬＶＯＵＢ  、ＬＶＯＤ及びカウンタＣの値を０にセットした後終了する。これにより、次回ルーチン実行時からは新たに軌跡長の算出が行われる。
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図４の実施形態では、上流側空燃比センサ出力のなまし演算処理の際に、なまし係数Ｎｎ  を機関回転数の増大に応じて大きくすることによりスパイクの影響の排除と平滑化出力値の実際の空燃比への追従性とを機関回転数の変動にかかわらず常に確保している。これに対して、本実施形態では図４の実施形態と同様に上流側空燃比センサ出力をなまし演算処理により平滑化するが、なまし係数Ｎｎ  の値は回転数にかかわらず一定値に固定し、上流側空燃比センサ出力のサンプリングとサンプリングした出力値のなまし演算処理とを機関への燃料噴射実行間隔に比例した間隔で行うようにした点が図４の実施形態と相違している。
【００３７】
上流側空燃比センサ出力のサンプリング間隔を一定に固定していると、機関回転数が増大してスパイクの間隔が短くなった場合には、スパイクが上流側空燃比センサの出力として検出される頻度が増大する場合があり、なまし係数Ｎｎ  を一定値とすると機関回転数により上流側空燃比センサ出力の平滑化が不十分になる場合がある。しかし、本実施形態のように、上流側空燃比センサ出力のサンプリング間隔を燃料噴射実行間隔に比例して変えるようにすることにより、空燃比がずれた気筒からの排気の空燃比がサンプリングされる回数と他の気筒からの排気の空燃比がサンプリングされる回数との比は機関回転数にかかわらず常に一定となる。このため、なまし係数Ｎｎ  の値を適宜な一定値に固定すれば機関回転数にかかわらず、常に十分な平滑化を行うことができ、同時に上流側空燃比センサの平滑化出力値の実際の空燃比への追従性の悪化を防止することができる。
【００３８】
次に、図５、図６を用いて、本実施形態の触媒劣化判定操作を説明する。図５は、本実施形態における上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ出力のサンプリングと平滑化演算処理を説明するフローチャートである。本ルーチンは、制御回路１０により、機関１の燃料噴射タイミング毎、すなわち機関１のいずれかの気筒で燃料噴射が行われる毎に割り込みルーチンとして実行される。
【００３９】
図５においてルーチンがスタートすると、ステップ５０１では、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ出力ＶＵＡ  、ＶＵＢ  がＡＤ変換され読み込まれる。次いで、ステップ５０３では、図４ステップ４０７と同様、上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂ出力ＶＵＡ  、ＶＵＢ  の平滑化出力値ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  が以下の式により算出される。
【００４０】
ＶＵＮＡ  ＝ＶＵＮＡ（ｎ−１）＋（ＶＵ−ＶＵＮＡ（ｎ−１））／Ｎｎ  
ＶＵＮＢ  ＝ＶＵＮＢ（ｎ−１）＋（ＶＵ−ＶＵＮＢ（ｎ−１））／Ｎｎ  
ここで、図４の実施形態とは異なり、なまし係数Ｎｎ  の値は適宜な一定値とされている。
図５のルーチンを実行することにより、本実施形態では機関１の燃料噴射タイミング毎に上流側空燃比センサ１３Ａ、１３Ｂの出力ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  が読み込まれ（サンプリングされ）、同時になまし演算処理が行われる。
【００４１】
図６は、上記により算出した上流側空燃比センサの平滑化出力と下流側空燃比センサ出力との軌跡長に基づく触媒劣化判定操作を説明するフローチャートである。本判定操作では、図５のルーチンで算出した平滑化出力ＶＵＮＡ  、ＶＵＮＢ  の最新の値をＶＵＭＡ  、ＶＵＭＢ  として読み込み、図４の判定操作と同様ＶＵＭＡ  、ＶＵＭＢ  それぞれの軌跡長を算出し（ステップ６０７）、ＬＶＯＵを求め（ステップ６０９）、更に、ルーチン実行毎に読み込んだ下流側空燃比センサ１７出力の軌跡長を算出する（ステップ６０９、６１１）。そして、ステップ６１３から６２１では触媒劣化が判定され、判定結果に応じて触媒劣化フラグＦＸの値が設定される。本実施形態においても、触媒劣化フラグＦＸの値が１にセットされると別途実行されるルーチンにより運転席の警告灯が点灯され、運転者に触媒の劣化を報知する。また、ＦＸの値は制御回路１０のバックアップＲＡＭ１０６に格納される。
【００４２】
なお、本実施形態では上流側空燃比センサ出力のサンプリングと平滑化演算処理とは機関１の燃料噴射タイミング毎に実行しているが、サンプリングと平滑化は燃料噴射間隔に比例した間隔、好ましくは燃料噴射間隔の整数倍の間隔で実行すれば同様の効果が得られる。
なお、上述の実施形態では、本発明をＶ型機関に適用した場合を例にとって説明しているが、本発明は上記実施形態に制限されるわけではなく、別の気筒配置の機関、例えば直列気筒機関等にも適用できることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
上述のように、各請求項に記載の発明によれば、触媒上流側に配置された空燃比センサ出力を触媒劣化判定に用いる際に、特定の気筒の空燃比にずれが生じた場合でも正確に触媒の劣化を判定することが可能となる優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用Ｖ型機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】触媒の劣化による下流側空燃比センサ出力の変化を説明する図である。
【図３】特定の気筒の空燃比にずれが生じた場合の上流側空燃比センサ出力を示す図である。
【図４】本発明の触媒劣化判定操作の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の、図４とは異なる触媒劣化判定操作における上流側空燃比センサ出力の平滑化演算処理を説明するフローチャートである。
【図６】図５で算出した平滑化演算処理後の上流側空燃比センサ出力を用いる触媒劣化判定操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
５、６…クランク角センサ
１２Ａ、１２Ｂ、１６…触媒コンバータ
１３Ａ、１３Ｂ…上流側空燃比センサ
１７…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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