(57)【要約】【課題】触媒劣化状態の評価の精度を向上でき、エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の触媒劣化状態評価装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気系に設けられた触媒下流のサブＯ2センサの検出値に基づいて当該内燃機関の触媒上流の空燃比を強制的にリッチまたはリーンに設定し、前記触媒の劣化状態を評価するものであり、サブＯ2センサがリッチまたはリーンの検出値を出力した後に当該出力が反転するまでの間における吸入空気積算値（触媒を通過する排気ガス量の積算カウンタ値）ｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａに到達したときに、触媒上流の空燃比がリーンまたはリッチとなるように当該空燃比制御を反転させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた触媒下流の酸素濃度検出手段の検出値に基づいて当該内燃機関の触媒上流の空燃比を強制的にリッチまたはリーンに設定し、前記酸素濃度検出手段の検出値より前記触媒の酸素吸蔵能力を評価する内燃機関の触媒劣化状態評価装置において、
前記触媒下流の酸素濃度検出手段がその検出値をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力し、かつ、所定タイミングからの前記触媒の酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値が所定値に到達したときには、前記触媒上流の空燃比がリーンまたはリッチとなるように当該空燃比制御を反転させることを特徴とする内燃機関の触媒劣化状態評価装置。
【請求項２】
前記所定タイミングは前記触媒下流の酸素濃度検出手段がその出力をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力したタイミングであり、前記酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値は前記内燃機関の吸入空気量の積算値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化状態評価装置。
【請求項３】
前記吸入空気量の積算値は前記内燃機関の負荷領域毎に変更されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の触媒劣化状態評価装置。
【請求項４】
前記所定タイミングは前記触媒上流の空燃比がリッチからリーンにまたはリーンからリッチに反転したタイミングであり、前記酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値は前記内燃機関の吸入空気量の積算値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化状態評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の触媒劣化状態評価装置に関し、更に詳しくは、触媒劣化状態の評価の精度を向上でき、エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の触媒劣化状態評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系に設けられた触媒下流に、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが設けられ、この酸素センサの検出値に基づいて当該内燃機関の触媒上流の空燃比を強制的にリッチまたはリーンに設定し、触媒の劣化状態を評価する技術が公知である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、酸素センサがリーンまたはリッチの検出値を出力した後、所定時間経過後に目標空燃比がリッチまたはリーンとなるように当該空燃比制御を反転させるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２９２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の内燃機関の触媒劣化状態評価装置では、所定時間が経過するまでは空燃比制御を反転させておらず、またこの所定時間は内燃機関の運転状態（負荷状態）に応じて変化させていないため、必要以上に空燃比リーンまたはリッチの制御状態を継続してしまい、反転制御の開始が遅れ、エミッションを悪化させる虞があるという課題があった。
【０００６】
また、触媒の酸素吸蔵能力（以下、適宜、「ＯＳＣ」という）の状態を検出する上記酸素センサに対して、排気ガスのガス当たり不良等がある場合、当該酸素センサの出力が局所的なＯＳＣ状態に依存して反転してしまい、結果として触媒全体のＯＳＣが計測できない虞がある。すなわち、触媒が持つＯＳＣを完全に使い切っていない虞があり、触媒劣化状態の評価の精度が下がってしまう虞があるという課題があった。
【０００７】
また、特に内燃機関の軽負荷時には、触媒上流の空燃比をリッチに制御した場合の触媒下流の酸素センサの出力変化が安定せず、すなわち当該酸素センサの出力が酸素濃度変化に対していわゆるＺ特性を示さず、劣化状態の評価の精度が下がってしまう虞があるという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、触媒劣化状態の評価の精度を向上でき、エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の触媒劣化状態評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、内燃機関の排気系に設けられた触媒下流の酸素濃度検出手段の検出値に基づいて当該内燃機関の触媒上流の空燃比を強制的にリッチまたはリーンに設定し、前記酸素濃度検出手段の検出値より前記触媒の酸素吸蔵能力を評価する内燃機関の触媒劣化状態評価装置において、前記触媒下流の酸素濃度検出手段がその検出値をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力し、かつ、所定タイミングからの前記触媒の酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値が所定値に到達したときには、前記触媒上流の空燃比がリーンまたはリッチとなるように当該空燃比制御を反転させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、請求項１に記載の発明において、前記所定タイミングは前記触媒下流の酸素濃度検出手段がその出力をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力したタイミングであり、前記酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値は前記内燃機関の吸入空気量の積算値であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、請求項２に記載の発明において、前記吸入空気量の積算値は前記内燃機関の負荷領域毎に変更されることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の請求項４に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、請求項１に記載の発明において、前記所定タイミングは前記触媒上流の空燃比がリッチからリーンにまたはリーンからリッチに反転したタイミングであり、前記酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値は前記内燃機関の吸入空気量の積算値であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置（請求項１）によれば、触媒下流の酸素濃度検出手段がその検出値をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力し、かつ、所定タイミングからの触媒の酸素吸収量の積算値もしくは酸素放出量の積算値に基づいて触媒の持つＯＳＣを精度良く評価することができる。また、触媒の持つＯＳＣを使い切ることにより、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１４】
この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置（請求項２）によれば、触媒下流の酸素濃度検出手段がその出力をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに反転出力してからの吸入空気量の積算値に基づいて触媒の劣化状態を精度良く評価することができる。
【００１５】
また、この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置（請求項３）によれば、内燃機関の負荷の変化に応じて上記吸入空気量の積算値を調整することにより、触媒下流がリーン状態において触媒上流の空燃比をリーンに維持する、あるいは触媒下流がリッチ状態において触媒上流の空燃比をリッチに維持することにより発生し得るエミッションの悪化を最小化することができる。
【００１６】
また、この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置（請求項４）によれば、触媒上流の空燃比がリッチからリーンにまたはリーンからリッチに反転してからの吸入空気量の積算値に基づいて触媒の劣化状態を精度良く評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図２は、この発明の実施例１に係る触媒劣化状態評価装置を搭載する内燃機関を示す模式図である。図２に示すように、内燃機関１０には、吸気通路３０および排気通路２０が設けられている。排気通路２０には、排気ガスを浄化するために、上流側触媒２１と下流側触媒２２とが直列に配置されている。すなわち、内燃機関１０から排出される排気ガスは、先ず上流側触媒２１で浄化され、この上流側触媒２１で浄化しきれなかった排気ガスが下流側触媒２２によって浄化されるようになっている。
【００１９】
これらの触媒２１，２２は、所定量の酸素を吸蔵することができ、排気ガス中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を用いてそれらを酸化し、また、排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）等の酸化成分が含まれている場合には、それらを還元し、放出された酸素を吸蔵することができるように構成されている。
【００２０】
また、上流側触媒２１の上流には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ（以下、「メインＯ2センサ」と記す）２３が設けられている。すなわち、このメインＯ2センサ２３は、上流側触媒２１に流入する排気ガスの酸素濃度に基づいて内燃機関で燃焼された混合気の空燃比を検出するものである。
【００２１】
また、上流側触媒２１の下流には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ（以下、「サブＯ2センサ」と記す）２４が設けられている。すなわち、このサブＯ2センサ２４は、上流側触媒２１を流出した排気ガスの酸素濃度に基づいて、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ、ＣＯを含む排気ガス）であるか、あるいは燃料リーンな排気ガス（ＮＯｘを含む排気ガス）であるか否かを検出するものである。また、上流側触媒２１には、排気ガス温度を検出する温度センサ（図示せず）も設けられている。
【００２２】
なお、吸気通路３０には、エアフィルタ３１、吸気温度を検出する吸気温センサ３２、吸気量を検出するエアフロメータ３３、スロットルバルブ３４、スロットル開度を検出するスロットルセンサ３５、スロットルバルブ３４の全閉状態を検出するアイドルスイッチ３６、サージタンク３７、燃料噴射弁３８等が設けられている。
【００２３】
また、電子制御装置（ＥＣＵ）４１は、上記Ｏ2センサ２３，２４や車速センサ３９、冷却水温センサ４０等の各種センサが接続され、これらのセンサ出力値に基づいて内燃機関１０を制御するとともに、触媒劣化状態の評価を行うように構成されている。
【００２４】
上流側触媒２１は、上記の如く、燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。このため、上流側触媒２１の浄化能力は、上流側触媒２１が最大限吸蔵することができる酸素量、すなわち、上流側触媒２１の酸素ストレージ能力（以下、ＯＳＣと略称する）が減少するに連れて低下する。
【００２５】
したがって、この上流側触媒２１が持つＯＳＣの状態をできるだけ正確に見積もり、それに基づいて目標空燃比をリッチまたはリーンに強制的に操作することが重要である。しかしながら、前述したように、ＯＳＣの状態を検出するサブＯ2センサ２４に対して、ガス当たり不良等がある場合、サブＯ2センサ２４の出力が局所的なＯＳＣ状態に依存して反転してしまい、結果として上流側触媒２１全体のＯＳＣ（正味のＯ2ストレージ能力値Ｃｍａｘ）が計測できない虞がある。すなわち、上流側触媒２１が持つＯＳＣを完全に使い切っていない虞がある。
【００２６】
そこで、本実施例１では、部分的にしか使っていないＯＳＣの全体を使い切るために、サブＯ2センサ２４の出力の反転時から所定のディレー量を経た後に、上流側触媒２１上流の空燃比を反転させるため、空燃比の制御目標（以下、「目標Ａ／Ｆ」と称する）を反転させるものであり、このディレー量を、上流側触媒２１を通過する吸入空気積算量（排気ガス量）に基づいて設定するものである。
【００２７】
以下に本実施例１に係る制御動作について図１、図３および図４に基づいて説明する。ここで、図１は、ディレー制御の概念を示すタイムチャート、図３および図４は、本実施例１に係る制御動作を示すフローチャートである。本実施例１に係る制御を以下、「アクティブＡ／Ｆ制御」と称する。図３および図４に示すように、先ず、アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。フラグｅｘｒｅｆｓｔ（図１参照）は、このアクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立している場合にＯＮとなるフラグである。
【００２８】
アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立していないならば（ステップＳ１０否定）、ステップＳ１７を経てスタートに戻る。すなわち、このステップＳ１７では、メインフィードバック制御（図中において、「メインＦＢ」と記す）の目標Ａ／Ｆをリーンにセットする要求フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットする要求フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、メインフィードバック制御の目標Ａ／ＦをリーンにセットするフラグｅｘｌｓｋｐｄｌをＯＦＦにし、かつ、メインフィードバック制御の目標Ａ／ＦをリッチにセットするフラグｅｘｒｓｋｐｄｌをＯＦＦにし、かつ、後述するディレー量を設定するのに必要な触媒（上流側触媒２１および下流側触媒２２）を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍをクリアする（ｅｇａｓｕｍ[ｎ]に０を代入する。ここで、ｎは整数）。このように上記各フラグをＯＦＦにし、上流側触媒２１を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍをクリアにすることにより、アクティブＡ／Ｆ制御の開始に備える。
【００２９】
アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立し、フラグｅｘｒｅｆｓｔがＯＮとなっているならば（ステップＳ１０肯定）、上流側触媒２１を通過する排気ガス量（吸入空気量）の積算カウンタｅｇａｓｕｍを積算（ｅｇａｓｕｍ[ｎ＋１]＝ｅｇａｓｕｍ[ｎ]＋ｅｇａ、ｅｇａは所定の通過排気ガス量）する（ステップＳ１１）。
【００３０】
つぎに、上記ステップＳ１０の実行条件成立後、通常のフィードバック制御状態からアクティブ制御状態へ移行した、初回の目標Ａ／Ｆ変更タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ１２）。初回の目標Ａ／Ｆ変更タイミングであるならば（ステップＳ１２肯定）、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。なお、この所定値Ｖａは、予め実験等により最適値が設定されている。
【００３１】
サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上であるならば（ステップＳ１３肯定）、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＮにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにする（ステップＳ１４）。そして更に、上記フラグｅｘｌｓｋｐｄｌをＯＮにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐｄｌをＯＦＦにする（ステップＳ１５）。このように上記各フラグを設定することにより、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリーンにセットし、スタートに戻る（ステップＳ１６）。たとえば、通常のストイキ制御時の目標Ａ／Ｆが１４．６程度であるならば、１５．１程度となるように制御目標値を設定する。
【００３２】
一方、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上でないならば（ステップＳ１３否定）、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＮにする（ステップＳ１９）。そして更に、上記フラグｅｘｌｓｋｐｄｌをＯＦＦにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐｄｌをＯＮにする（ステップＳ２０）。このように上記各フラグを設定することにより、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットし、スタートに戻る（ステップＳ２１）。たとえば、通常のストイキ制御時の目標Ａ／Ｆが１４．６程度であるならば、１４．１程度となるように制御目標値を設定する。
【００３３】
また、上記ステップＳ１０の実行条件成立後、初回の目標Ａ／Ｆ変更タイミングでない、すなわち、初回の目標Ａ／Ｆ変更後であるならば（ステップＳ１２否定）、その時点における目標Ａ／Ｆのセット要求状態を記憶する（ステップＳ１８）。すなわち、フラグｅｘｌｓｋｐをフラグｅｘｌｓｋｐｏｌｄに代入するとともに、フラグｅｘｒｓｋｐをフラグｅｘｒｓｋｐｏｌｄに代入し、これらを記憶する。
【００３４】
そして、図４に示すように、サブＯ2センサ２４の出力が、目標Ａ／Ｆをリッチ側に反転させる際の閾値である所定値Ｖｌ未満であるか否かを判断する（ステップＳ３０）。なお、この所定値Ｖｌは、予め実験等により最適値が設定されている。
【００３５】
サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖｌ未満であるならば（ステップＳ３０肯定）、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＮにする（ステップＳ３１）。
【００３６】
続いて、サブＯ2センサ２４の出力が反転したか否かを判断する（ステップＳ３２）。すなわち、前記ステップＳ１８において記憶したフラグｅｘｌｓｋｐｏｌｄと上記ステップＳ３１においてセットしたフラグｅｘｌｓｋｐとが異なり、または前記ステップＳ１８において記憶したフラグｅｘｒｓｋｐｏｌｄと上記ステップＳ３１においてセットしたフラグｅｘｒｓｋｐとが異なれば、サブＯ2センサ２４の出力が反転したと判断できる。
【００３７】
サブＯ2センサ２４の出力が反転したならば（ステップＳ３２肯定）、上流側触媒２１を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍをクリアし（ｅｇａｓｕｍ[ｎ＋１]に０を代入する）、スタートに戻る（ステップＳ３３）。
【００３８】
一方、サブＯ2センサ２４出力の反転タイミングでないならば（ステップＳ３２否定）、すなわちリーン反転後、リーン継続中であるならば、上流側触媒２１を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上でないならば（ステップＳ３４否定）、ＯＳＣを使い切っていない虞があるので、目標Ａ／Ｆをリッチ側に反転させず、スタートに戻る。
【００３９】
積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上であるならば（ステップＳ３４肯定）、ＯＳＣを使い切ったと判断できるので、目標Ａ／ＦをリーンにセットするフラグｅｘｌｓｋｐｄｌをＯＦＦにし、かつ、目標Ａ／ＦをリッチにセットするフラグｅｘｒｓｋｐｄｌをＯＮにする（ステップＳ３５）。
【００４０】
このように、積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上になるまで上記ステップＳ３４のルーチンを回ることで、所定のディレー量を確保し、このタイムラグを利用して目標Ａ／Ｆの反転タイミングを遅らせ、上流側触媒２１のＯＳＣを使い切ることができる。そして、各フラグを上記のように設定して目標Ａ／Ｆをリッチにセットし、スタートに戻る（ステップＳ３６）。たとえば、通常のストイキ制御時の目標Ａ／Ｆが１４．６程度であるならば、１４．１程度となるように制御目標値を設定する。
【００４１】
また、上記ステップＳ３０の判断において、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖｌ未満でないならば（ステップＳ３０否定）、更にこのサブＯ2センサ２４の出力が、目標Ａ／Ｆをリーン側に反転させる際の閾値である所定値Ｖｒを超えるか否かを判断する（ステップＳ４０）。なお、この所定値Ｖｒは、予め実験等により最低値が設定されている。
【００４２】
サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖｒを超えているならば（ステップＳ４０肯定）、目標Ａ／Ｆをリーンにセットする要求フラグｅｘｌｓｋｐをＯＮにし、かつ、目標Ａ／Ｆをリッチにセットする要求フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにする（ステップＳ４１）。
【００４３】
続いて、サブＯ2センサ２４の出力が反転したか否かを判断する（ステップＳ４２）。すなわち、前記ステップＳ１８において記憶したフラグｅｘｌｓｋｐｏｌｄと上記ステップＳ３１においてセットしたフラグｅｘｌｓｋｐとが異なり、または前記ステップＳ１８において記憶したフラグｅｘｒｓｋｐｏｌｄと上記ステップＳ３１においてセットしたフラグｅｘｒｓｋｐとが異なれば、サブＯ2センサ２４の出力が反転したと判断できる。
【００４４】
サブＯ2センサ２４の出力が反転したならば（ステップＳ４２肯定）、上流側触媒２１を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍをクリアし（ｅｇａｓｕｍ[ｎ＋１]に０を代入する）、スタートに戻る（ステップＳ４３）。
【００４５】
一方、サブＯ2センサ２４の出力がリーン側に反転していないならば（ステップＳ４２否定）、すなわちリッチ反転後、リッチ継続中であるならば、上流側触媒２１を通過する排気ガス量の積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ４４）。積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上でないならば（ステップＳ４４否定）、ＯＳＣを使い切っていない虞があるので、目標Ａ／Ｆをリーン側に反転させず、スタートに戻る。
【００４６】
積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上であるならば（ステップＳ４４肯定）、ＯＳＣを使い切ったと判断できるので、目標Ａ／ＦをリーンにセットするフラグｅｘｌｓｋｐｄｌをＯＮにし、かつ、目標Ａ／ＦをリッチにセットするフラグｅｘｒｓｋｐｄｌをＯＦＦにする（ステップＳ４５）。
【００４７】
このように、積算カウンタｅｇａｓｕｍが所定値Ｇａ以上になるまで上記ステップＳ４４のルーチンを回ることで、所定のディレー量を確保し、このタイムラグを利用して目標Ａ／Ｆの反転タイミングを遅らせ、上流側触媒２１のＯＳＣを使い切ることができる。そして、各フラグを上記のように設定して目標Ａ／Ｆをリーンにセットし、スタートに戻る（ステップＳ４６）。たとえば、通常のストイキ制御時の目標Ａ／Ｆが１４．６程度であるならば、１５．１程度となるように制御目標値を設定する。
【００４８】
ところで、本実施例１においては、上記ディレー量を一定値にし、各負荷領域毎に、ディレー量を決定する上記積算カウンタｅｇａｓｕｍの積算空気量値に所定の重み係数を与えて積算を実行している。すなわち、負荷が高いときには、サブＯ2センサ２４の応答性が良いことも加味し、積算空気量が大きくなる方向の重み係数を与え、負荷が低いときには積算空気量が小さくなる方向の重み係数を与える。これにより、負荷の変化に応じてディレー量の積算スピードを任意に調整することができるので、極力無駄なディレー量の発生を回避でき、エミッション悪化の可能性を最小限にすることができる。
【００４９】
つぎに、本実施例１による効果について図５に基づいて説明する。ここで、図５は、ディレー量とＯ2ストレージ能力値Ｃｍａｘとの関係を示すグラフである。なお、図中には空燃比Ａ／ＦとサブＯ2センサ２４の出力をも示してある。同図に示すように、所定の負荷領域において最適なディレー量（サブＯ2センサ２４の出力反転後における積算空気量の最適値）を設定することで、それまで値のばらつきが大きかったＯ2ストレージ能力値Ｃｍａｘが、図中の白矢印以降において安定することが分かる。
【００５０】
以上のように、この実施例１に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置によれば、上流側触媒２１の持つＯ2ストレージ能力（ＯＳＣ）を使い切り、算出されるＯＳＣの安定化を図ることにより、触媒の劣化状態を精度良く評価することができる。
【００５１】
また、内燃機関１０の負荷の変化に応じて上記ディレー量の積算スピードを任意に調整するようにしたので、極力無駄なディレー量の発生を回避でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００５２】
なお、上記実施例１においては、ディレー量を、サブＯ2センサ２４の出力反転後における積算空気量の所定値への到達で定義するものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、サブＯ2センサ２４の出力反転後における所定時間の経過（タイマー制御）によって定義してもよい。また、サブＯ2センサ２４の出力反転後の酸素蓄積量の変化量で定義してもよい。
【００５３】
また、ディレー量を一定値にする場合、各負荷領域毎に、ディレー量を決定する上記積算カウンタｅｇａｓｕｍの積算空気量値に所定の重み係数を与えて積算を実行するものとして説明したが、これに限定されず、各負荷領域毎に重み係数を与えずにディレー量を設定してもよい。
【実施例２】
【００５４】
本実施例２に係る内燃機関１０およびその触媒劣化状態評価装置の構成は、上記実施例１の図２で示した構成と同様であるので、すでに説明した事項と同一もしくは相当する事項には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００５５】
また、図６は、この発明の実施例２に係る制御動作を示すフローチャートであり、メインフィードバック制御（メインＦＢ）の目標Ａ／Ｆを算出するルーチンを示すフローチャートである。図７は、触媒酸素収支計算ルーチンを示すフローチャート、図８は、触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャート、図９は、制御概念を示すタイムチャートである。
【００５６】
上流側触媒２１の空燃比をリッチに制御した場合、特に内燃機関１０の軽負荷時には、サブＯ2センサ２４の出力変化が安定せず、すなわちサブＯ2センサ２４の出力が酸素濃度変化に対していわゆるＺ特性を示さず、劣化状態の評価の精度が下がってしまう場合があった。本実施例２では、このような問題を解決するための手段を提供するものである。
【００５７】
さて、実験により上流側触媒２１の空燃比をリッチに制御している時に上流側触媒２１下流の排気ガスの酸素濃度を測定したところ、当該酸素濃度がリーンを示しているにもかかわらず、サブＯ2センサ２４の出力が上昇し、リッチ側に反転してしまうことが確認された。また、これに対し、サブＯ2センサ２４の出力がリッチとなった後、上流側触媒２１の空燃比をリーンに制御した場合は、上流側触媒２１下流の排気ガスの酸素濃度が大きくリーンに変化した時に、サブＯ2センサ２４の出力がリーン側に反転するため、出力が正確に変化していることが確認された。
【００５８】
このように、サブＯ2センサ２４の出力と実際の上流側触媒２１下流の空燃比とに相関関係があるため、本実施例２は、たとえばサブＯ2センサ２４の出力がリッチからリーンに反転することを利用して上流側触媒２１の酸素吸蔵量（酸素吸収量もしくは酸素放出量）を推定し、この推定値に基づいて上流側触媒２１の劣化状態を評価できるように制御するものである。以下、この制御方法を図２および図９を参照しつつ、図６〜図８に基づいて具体的に説明する。
【００５９】
図６に示すように、先ず、アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ５０）。アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立していないならば（ステップＳ５０否定）、ステップＳ５５を経てスタートに戻る。すなわち、このステップＳ５５では、メインフィードバック制御（メインＦＢ）の目標Ａ／Ｆをリーンにセットする要求フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットする要求フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにする。このように上記各フラグをＯＦＦにし、アクティブＡ／Ｆ制御の開始に備える。
【００６０】
アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立したならば（ステップＳ５０肯定）、通常のフィードバック制御状態からアクティブ制御状態へ移行した、初回のメイン目標Ａ／Ｆ変更タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ５１）。初回のメイン目標Ａ／Ｆ変更タイミングであるならば（ステップＳ５１肯定）、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ５２）。
【００６１】
サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上であるならば（ステップＳ５２肯定）、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリーンにセットし（ステップＳ５３）、スタートに戻る。すなわち、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＮにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにし（ステップＳ５３）、スタートに戻る。
【００６２】
一方、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖａ以上でないならば（ステップＳ５２否定）、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットし（ステップＳ５４）、スタートに戻る。すなわち、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＮにし（ステップＳ５４）、スタートに戻る。
【００６３】
また、上記ステップＳ５０の実行条件成立後、初回の目標Ａ／Ｆ変更タイミングでない、すなわち、初回の目標Ａ／Ｆ変更後であるならば（ステップＳ５１否定）、サブＯ2センサ２４の出力が、目標Ａ／Ｆをリッチ側に反転させる際の閾値である所定値Ｖｌ未満であり、かつ、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットする要求フラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦであるか否かを判断する（ステップＳ５６）。
【００６４】
サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖｌ未満であり、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦであるならば（ステップＳ５６肯定）、酸素過剰量の積算値であるＯＳＡＲＩＳＥを計算する回数カウンタを１つアップする（ステップＳ５７）。
【００６５】
そして、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットし（ステップＳ５８）、スタートに戻る。すなわち、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＦＦにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＮにし（ステップＳ５８）、スタートに戻る。
【００６６】
一方、サブＯ2センサ２４の出力が所定値Ｖｌ未満であり、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦという条件が不成立ならば（ステップＳ５６否定）、このサブＯ2センサ２４の出力が、目標Ａ／Ｆをリーン側に反転させる際の閾値である所定値Ｖｒ以上であり、かつ、目標Ａ／Ｆをリーンにセットする要求フラグｅｘｌｓｋｐがＯＦＦであり、かつ、酸素不足量の積算値であるＯＳＡＦＡＬＬが所定の判定値１（負値）よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５９）。
【００６７】
上記ステップＳ５９の条件が成立しているならば（ステップＳ５９肯定）、ＯＳＡＦＡＬＬを計算する回数カウンタを１つアップする（ステップＳ６０）。そして、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリーンにセットし（ステップＳ６１）、スタートに戻る。すなわち、上記フラグｅｘｌｓｋｐをＯＮにし、かつ、上記フラグｅｘｒｓｋｐをＯＦＦにし（ステップＳ６１）、スタートに戻る。一方、上記ステップＳ５９の条件が成立していないならば（ステップＳ５９否定）、本制御の対象外であるので、スタートに戻る。
【００６８】
つぎに、上流側触媒２１の酸素収支を計算する制御ルーチンについて図９を参照しつつ図７に基づいて説明する。この酸素収支の計算ルーチンでは、図６で制御されたフラグｅｘｒｓｋｐおよびフラグｅｘｌｓｋｐを常時監視することによって実行される。
【００６９】
先ず、フラグｅｘｒｓｋｐがＯＮであるか否かを監視し、フラグｅｘｒｓｋｐがＯＮであるならば、すなわち、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆをリッチにセットされているならば（ステップＳ７０肯定）、今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのか否かを判断する（ステップＳ７１）。
【００７０】
今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのであれば（ステップＳ７１肯定）、酸素不足量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬにゼロを代入してリセットし（ステップＳ７２）、酸素不足量としてのＯＳＡＦＡＬＬを積算し（ステップＳ７３）、スタートに戻る。
【００７１】
今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｒｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのでないならば（ステップＳ７１否定）、上記ステップＳ７２をジャンプして上記ステップＳ７３に移行する。すなわち、現時点の空燃比とストイキ時の空燃比との差に、現時点の燃料噴射量と酸素の重量比（０．２３）とを掛け合わせ、このステップＳ７３を通るルーチン毎に酸素不足量ＯＳＡＦＡＬＬを積算していく。
【００７２】
一方、フラグｅｘｒｓｋｐがＯＮでないならば、すなわち、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆがリッチにセットされていないならば（ステップＳ７０否定）、ｅｘｌｓｋｐがＯＮであるか否か、すなわち、メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆがリーンにセットされているか否かを判断する（ステップＳ７４）。メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆがリーンにセットされていないならば（ステップＳ７４否定）、スタートに戻る。メインフィードバック制御の目標Ａ／Ｆがリーンにセットされているならば（ステップＳ７４肯定）、今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｌｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのか否かを判断する（ステップＳ７５）。
【００７３】
今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｌｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのであれば（ステップＳ７５肯定）、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥにゼロを代入してリセットし（ステップＳ７６）、酸素過剰量としてのＯＳＡＲＩＳＥを積算し（ステップＳ７７）、スタートに戻る。
【００７４】
一方、今回の制御ルーチンにおいてフラグｅｘｌｓｋｐがＯＦＦからＯＮにセットされたのでないならば（ステップＳ７５否定）、上記ステップＳ７６をジャンプして上記ステップＳ７７に移行する。すなわち、現時点の空燃比とストイキ時の空燃比との差に、現時点の燃料噴射量と酸素の重量比（０．２３）とを掛け合わせ、このステップＳ７７を通るルーチン毎に酸素過剰量ＯＳＡＲＩＳＥを積算していく。
【００７５】
つぎに、上流側触媒２１の劣化を判定するルーチンについて図９を参照しつつ図８に基づいて説明する。この触媒劣化判定ルーチンは、図６のステップＳ５７で計算した酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥの計算回数カウンタ値と、ステップＳ６０で計算した酸素不足量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬの計算回数カウンタ値とを常時監視して実行される。
【００７６】
先ず、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥと酸素不足量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬとを１回ずつ以上計算したか否かを判断する（ステップＳ８０）。１回ずつ以上計算されているならば（ステップＳ８０肯定）、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥの計算回数カウンタが今回カウントアップされたものであるか否かを判断する（ステップＳ８１）。酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥの計算回数カウンタが今回カウントアップされたものでないならば（ステップＳ８１否定）、スタートに戻る。
【００７７】
一方、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥの計算回数カウンタが今回カウントアップされたものであるならば（ステップＳ８１肯定）、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥが、予め定めた所定の異常判定値を超えていないか否かを判断する（ステップＳ８２）。酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥがこの異常判定値を超えていない場合には（ステップＳ８２肯定）、異常と判定され（ステップＳ８３）、スタートに戻る。
【００７８】
酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥが上記異常判定値を超えている場合には（ステップＳ８２否定）、更に酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥが所定の正常判定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ８４）。酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥが所定の正常判定値を超えているならば（ステップＳ８４肯定）、正常と判定され（ステップＳ８５）、超えていないならば（ステップＳ８４否定）、スタートに戻る。
【００７９】
また、図９に示すように、酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥが所定の正常判定値を示し、かつ酸素不足量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬが所定の判定値に到達した時刻ｔ２において上流側触媒２１の目標Ａ／Ｆをリーン側に反転制御する。すなわち、図９中の時刻ｔ１から所定のディレー量（時間）を経た時刻ｔ２において上流側触媒２１の目標Ａ／Ｆをリーン側に反転制御するので、このディレー時間において上流側触媒２１が持つＯＳＣを完全に使い切ることができる。
【００８０】
このように、上流側触媒２１の目標Ａ／Ｆをリッチに制御しているときに当該上流側触媒２１が十分に酸素を放出しきらない状態でサブＯ2センサ２４の出力がリーンからリッチ側に反転した場合であっても、上流側触媒２１の酸素過剰量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥ（酸素放出量の積算値）が異常判定または正常判定するのに十分な値になるまで上記Ａ／Ｆのリッチ制御を継続した上でリーン制御に変更することができる。
【００８１】
以上のように、この実施例２に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置によれば、特に内燃機関１０の軽負荷時のように、サブＯ2センサ２４の出力変化が安定しない場合であっても、上流側触媒２１の持つＯＳＣを使い切り、算出されるＯＳＣの安定化を図ることができ、触媒２１，２２の劣化状態を精度良く評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、この発明に係る内燃機関の触媒劣化状態評価装置は、触媒の持つＯＳＣを使い切り、触媒の劣化状態を精度良く評価できるとともに、エミッションの悪化を抑制できる内燃機関に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ディレー制御の概念を示すタイムチャートである。
【図２】触媒劣化状態評価装置を搭載する内燃機関を示す模式図である。
【図３】実施例１に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図４】実施例１に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図５】ディレー量とＯ2ストレージ能力値Ｃｍａｘとの関係を示すグラフである。
【図６】この発明の実施例２に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図７】触媒酸素収支計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】制御概念を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１０  内燃機関
２０  排気通路
２１  上流側触媒
２２  下流側触媒
２３  メインＯ2センサ
２４  サブＯ2センサ
３０  吸気通路
３３  エアフロメータ
４１  電子制御装置
ｅｇａｓｕｍ  触媒を通過する排気ガス量の積算カウンタ値
ＯＳＡＲＩＳＥ  酸素過剰量の積算値
ＯＳＡＦＡＬＬ  酸素不足量の積算値
【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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