(57)【要約】【課題】  この発明は触媒の下流に排気ガスセンサを備える内燃機関において用いられる排気浄化装置に関し、その排気ガスセンサに大気の漏れが生じた場合でもフィードバック制御の精度を維持することを目的とする。【解決手段】  触媒の下流に配置されたサブO２センサの出力値と、その出力値の制御目標値とを基礎として燃料噴射量をフィードバック制御する。サブO２センサがリーン出力を発している状況下（ステップ１００）で、触媒上流の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に反転させる（ステップ１０２）。空燃比の反転後、触媒下流にストイキガスが流出する間に、サブO２センサの出力をストイキ出力として検出する（ステップ１０４）。ストイキ出力が基準値に近づくように、制御目標値を補正する（ステップ１０６）。【選択図】      図５
2005133620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力値と、その出力値の制御目標値とを基礎として燃料噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記排気ガスセンサがリーン出力を発している状況下で、触媒上流の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に反転させる空燃比反転手段と、
触媒上流の空燃比がリッチ空燃比に反転した後、触媒下流にストイキガスが流出する間に、前記排気ガスセンサの出力をストイキ出力として検出するストイキ出力検出手段と、
前記ストイキ出力と、そのストイキ出力の基準値との差が小さくなるように、前記制御目標値、或いはフィードバック制御量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力値と、その出力値の制御目標値とを基礎として燃料噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記排気ガスセンサがリッチ出力を発している状況下で、触媒上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に反転させる空燃比反転手段と、
触媒上流の空燃比がリーン空燃比に反転した後、触媒下流にストイキガスが流出する間に、前記排気ガスセンサの出力をストイキ出力として検出するストイキ出力検出手段と、
前記ストイキ出力と、そのストイキ出力の基準値との差が小さくなるように、前記制御目標値、或いはフィードバック制御量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒が活性状態となっているか否かを判断する活性判断手段と、
前記触媒の活性が認められない場合には、前記制御目標値、或いは前記フィードバック制御量の補正を禁止する補正禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記活性判断手段は、触媒床温を検知する触媒床温検知手段と、前記触媒床温が触媒温度閾値より高温である場合に触媒の活性を判定する床温比較手段とを備え、
前記触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段と、
前記触媒の劣化度が高いほど前記触媒温度閾値を大きな値に設定する触媒温度閾値設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段と、
前記触媒の劣化度が触媒劣化閾値以上である場合には、前記制御目標値、或いは前記フィードバック制御量の補正を禁止する補正禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ストイキ出力が、そのストイキ出力の基準値より判定閾値以上小さい場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、触媒の下流に排気ガスセンサを備える内燃機関と組み合わされて用いられる排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開平８−２９１７３８号公報に開示されるように、触媒の上流に空燃比センサを備え、触媒の下流に酸素濃度センサを備える内燃機関のシステムが知られている。このシステムでは、触媒の上流に配置された空燃比センサの出力に基づくメインの空燃比フィードバック制御と、触媒の下流に配置された酸素濃度センサの出力に基づくサブの空燃比フィードバック制御が実行される。
【０００３】
メインのフィードバック制御では、触媒の上流における排気ガスを理論空燃比とするための燃料噴射量制御が行われる。一方、サブのフィードバック制御では、メインのフィードバック制御の誤差分を補正するための処理が行われる。これらの制御によれば、触媒に流入する排気ガスの空燃比を、全体として理論空燃比近傍に精度良く制御することができ、極めて優れたエミッション特性を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のシステムで用いられる酸素濃度センサは、排気ガスに晒される排気側電極と、大気に晒される大気電極とを備えており、それらの電極間に、排気ガスの空燃比に応じた電圧を発生させる。このため、その出力電圧を検出すれば、排気ガスの空燃比を検出することができる。
【０００６】
ところで、酸素濃度センサにおいては、その構造上、排気側電極の周囲に僅かながら大気の流入が生ずることがある。触媒の下流に配置される酸素濃度センサには、僅かな空燃比の変化を敏感に検知する能力が求められるため、上述した大気の流入は、その量が僅かであってもセンサ出力に有意なずれを生じさせる原因となる。このため、上記従来の装置においては、酸素濃度センサに大気の漏れが生ずると、触媒下流の空燃比がリーンに偏って誤検出され、その結果、サブフィードバックの精度が悪化するという事態が生じ得る。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の下流に配置された排気ガスセンサに大気の漏れが生じた場合でも、そのセンサの出力を基礎とするフィードバック制御の精度を維持することのできる内燃機関の排気浄化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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力値と、その出力値の制御目標値とを基礎として燃料噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記排気ガスセンサがリーン出力を発している状況下で、触媒上流の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に反転させる空燃比反転手段と、
触媒上流の空燃比がリッチ空燃比に反転した後、触媒下流にストイキガスが流出する間に、前記排気ガスセンサの出力をストイキ出力として検出するストイキ出力検出手段と、
前記ストイキ出力と、そのストイキ出力の基準値との差が小さくなるように、前記制御目標値、或いはフィードバック制御量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力値と、その出力値の制御目標値とを基礎として燃料噴射量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記排気ガスセンサがリッチ出力を発している状況下で、触媒上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に反転させる空燃比反転手段と、
触媒上流の空燃比がリーン空燃比に反転した後、触媒下流にストイキガスが流出する間に、前記排気ガスセンサの出力をストイキ出力として検出するストイキ出力検出手段と、
前記ストイキ出力と、そのストイキ出力の基準値との差が小さくなるように、前記制御目標値、或いはフィードバック制御量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記触媒が活性状態となっているか否かを判断する活性判断手段と、
前記触媒の活性が認められない場合には、前記制御目標値、或いは前記フィードバック制御量の補正を禁止する補正禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記活性判断手段は、触媒床温を検知する触媒床温検知手段と、前記触媒床温が触媒温度閾値より高温である場合に触媒の活性を判定する床温比較手段とを備え、
前記触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段と、
前記触媒の劣化度が高いほど前記触媒温度閾値を大きな値に設定する触媒温度閾値設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記触媒の劣化度を検出する触媒劣化度検出手段と、
前記触媒の劣化度が触媒劣化閾値以上である場合には、前記制御目標値、或いは前記フィードバック制御量の補正を禁止する補正禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記ストイキ出力が、そのストイキ出力の基準値より判定閾値以上小さい場合に、前記排気ガスセンサの異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、触媒上流の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に反転し、その後触媒下流にストイキガスが流出している間に、そのストイキガスの空燃比に対応して排気ガスセンサが発する出力をストイキ出力として検出することができる。このような手法によれば、空気の漏れに関わらず、ストイキガスの空燃比に対する出力を正しきストイキ出力として検出することができる。そして、本発明によれば、そのストイキ出力が基準値に近づくようにフィードバック制御の内容を補正することで、高精度な空燃比制御を実現することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、触媒上流の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に反転した後に排気ガスセンサが発する出力をストイキ出力として検出することで、第１の発明と同様の効果を実現することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、触媒が活性しておらず、触媒の下流にストイキガスが流出することが保証できない状況下では、ストイキガスの流出を前提とした補正が行われるのを禁止することができる。このため、本発明によれば、不適切な補正による空燃比精度の悪化を未然に防止することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、触媒の劣化が進むほど、触媒の活性判定の基準を厳しくすることができる。このため、本発明によれば、触媒の劣化状態に関わらず、常にストイキガスの流出が保証できる場合に限り、フィードバック制御の内容補正を許可することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、触媒の劣化が十分に進んでいるような場合には、適正なストイキ出力の検知が困難であるため、フィードバック制御の内容が不当に補正されるのを防ぐべく、その補正を禁止することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、検出されたストイキ出力が基準値から大きく乖離している場合には、排気ガスセンサに異常が生じていると判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、排気通路１２が連通している。排気通路には、排気ガスを浄化するための触媒１４が配置されている。触媒１４は、酸素の吸脱を伴って排気ガスを浄化する三元触媒である。
【００２１】
より具体的には、触媒１４は、その中に酸素を吸蔵している状況下では、リッチな排気ガスが流入してきた場合に、吸蔵酸素を放出しながら排気ガス中のCOおよびHCを浄化（酸化）することができる。また、触媒１４は、酸素の吸蔵量に余力が残されている状況下では、リーンな排気ガスが流入してきた場合に、排気ガス中の酸素を吸蔵することでそこに含まれているNOxを浄化（還元）することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、触媒１４が適量に酸素を吸蔵している状態が維持されるように排気ガスの空燃比を制御すれば、触媒１４の下流に未浄化成分（HC、CO、NOx）を含む排気ガスが流出するのを防ぐことができる。
【００２２】
本実施形態のシステムは、触媒１４の上流に配置されたメイン空燃比センサ１６と、触媒１４の下流に配置されたサブO２センサ１８を備えている。メイン空燃比センサ１６は、排気空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO２センサ１８は、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて出力を急変させるセンサである。以下、サブO２センサ１８がリッチ空燃比に対して発する出力（例えば０．８V）を「リッチ出力」と称し、また、リーン空燃比に対して発する出力（例えば０．２V）を「リーン出力」と称する。
【００２３】
触媒１４には、触媒温度センサ２０が組み込まれている。触媒温度センサ２０は、触媒床温に応じた出力を発するセンサである。触媒温度センサ２０の出力は、メイン空燃比センサ１６の出力、並びにサブO２センサ１８の出力と共にECU(Electronic Control Unit)３０に供給されている。ECU３０は、それらのセンサ出力に基づいて後述する空燃比フィードバック制御を実行し、その結果算出された制御量で内燃機関１０の燃料噴射弁（図示せず）を駆動する。
【００２４】
［実施の形態１における空燃比フィードバック制御］
本実施形態のシステムでは、メイン空燃比センサ１６の出力に基づいて、触媒上流における排気空燃比を理論空燃比に近づけるためのメインフィードバック制御と、サブO２センサ１８の出力に基づいて、メインフィードバック制御のずれを補償するためのサブフィードバック制御とが組み合わせて実行される。
【００２５】
メインフィードバック制御では、メイン空燃比センサ１６の出力を基礎として検知される排気空燃比A/Fが、理論空燃比A/Fstと一致するように、燃料噴射量の増減が調整される。より具体的には、検知された排気空燃比A/Fが理論空燃比A/Fstよりリッチであれば、燃料噴射量が減量調整され、一方、その排気空燃比A/Fが理論空燃比A/Fstよりリーンであれば、燃料噴射量が増量調整される。
【００２６】
メインフィードバック制御によれば、理想的には、触媒１４に流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することができる。そして、その状態が厳密に維持されれば、触媒１４の吸蔵酸素量がほぼ一定量に保たれるため、その下流に未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくるのを完全に阻止することができる。
【００２７】
しかしながら、メイン空燃比センサ１６の出力にはある程度の誤差が含まれている。また、燃料噴射弁の噴射特性にもある程度のバラツキがある。このため、現実的には、メインフィードバック制御を実行するだけで触媒上流の排気空燃比を厳密に理論空燃比に制御することは困難である。更に、内燃機関１０においては、燃料増量やフューエルカットなど、排気空燃比を意図的に理論空燃比から乖離させる制御が行われる。そして、これらの制御が行われると、触媒１４は、酸素の完全に脱離した状態、或いは酸素を能力一杯に吸蔵した状態となり、その下流に未浄化成分を流出させ易い状態となる。
【００２８】
以上のような理由により、メインフィードバック制御が実行されていても、触媒１４の下流には未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくることがある。つまり、メインフィードバック制御が実行されていても、触媒上流の排気空燃比は、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏ることがあり、その結果、触媒１４の下流には、HCやCOを含むリッチな排気ガス、或いは、NOxを含むリーンな排気ガスが流出してくることがある。
【００２９】
本実施形態のシステムにおいてそのような流出が生ずると、サブO２センサ１８は、排気ガスの空燃比に応じてリッチ出力或いはリーン出力を発生する。このため、本実施形態のシステムでは、サブO２センサ１８からリッチ出力が発せられた場合には、触媒上流の排気空燃比が全体としてリッチ側に偏っていたと判断することができ、また、サブO２センサ１８からリーン出力が発せられた場合には、触媒上流の排気空燃比が全体としてリーン側に偏っていたと判断することができる。
【００３０】
サブフィードバック制御では、サブO２センサ１８の出力値と、その出力値の制御目標値との差ΔOXSを小さくするための制御（例えばPID制御）が実行される。より具体的には、上記の差ΔOXSが小さくなるように、メイン空燃比センサ１６の出力を補正する処理が行われる。メイン空燃比センサ１６の出力が上記の如く補正されると、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏っていた触媒上流の空燃比が理論空燃比に近づけられる。その結果、メインフィードバック制御のずれが補償され、触媒１４の下流に未浄化の成分が吹き抜け難い状態が形成される。このため、本実施形態のシステムによれば、極めて優れたエミッション特性を実現することができる。
【００３１】
［サブO２センサの構成と本実施形態の課題」
図２は、本実施形態において用いられるサブO２センサ１８の断面図である。サブO２センサ１８は、ハウジング４０と、その中に保持されるセンサ素子４２とを備えている。センサ素子４２は、その内部に大気室４４を備える中空の部材である。センサ素子４２の内側表面には大気室４４に晒される大気側電極４６が形成されている。一方、センサ素子４２の外側表面には大気側電極４８が形成されている。
【００３２】
センサ素子４２は、その先端部分が突出するようにハウジング４０に嵌め込まれている。ハウジング４０にはカバー５０が組み付けられており、センサ素子４２の先端部分は、そのカバー５０により覆われている。サブO２センサ１８は、カバー５０が排気ガスに晒されるように排気通路１２に取り付けられる。カバー４４には排気ガスを取り込むための通気口が設けられているため、センサ素子４２の先端部分は、排気ガスに晒された状態となる。
【００３３】
一方、上述した大気室４４は、排気通路１２の外部空間、すなわち、大気空間に開放されるように設けられている。このため、サブO２センサ１８が排気通路１２に組み付けられた状態では、センサ素子４２の大気側電極４６は大気に晒された状態となり、排気側電極４８は排気ガスに晒された状態となる。
【００３４】
センサ素子４２は、このような状況下では、排気側電極４８に接しているガス中の酸素の有無、つまり、排気ガス中の酸素の有無に応じて出力を急変させる特性を有している。より具体的には、センサ素子４２は、排気側電極４８の表面に酸素が存在する場合は、排気側電極４８と大気側電極４６との間に十分に小さな電位差を発生させ、一方、排気側電極４８の表面に酸素が存在しない場合は、それらの電極間に大きな電位差を発生させる特性を有している。
【００３５】
排気ガスがリーンである場合は、排気ガス中のNOxが分解されることにより排気側電極４８の表面に酸素が供給される。このため、このような場合には、センサ素子４２の出力は小さな値となる。これに対して、排気ガスがリッチである場合は、排気側電極４８の表面に酸素は供給されない。このため、センサ素子４２は、このような状況下では大きな出力を発生する。サブO２センサ１８は、以上のような原理により、排気空燃比がリーンであるかリッチであるかに応じて、それぞれリーン出力（例えば０．２V）或いはリッチ出力（例えば０．８V）を発生する。
【００３６】
ところで、サブO２センサ１８において、排気ガスが流通する空間と大気空間とは、センサ素子４２とハウジング４０の嵌め合いにより遮断されている。そして、その嵌め合い部分（例えば、図２中に符号５２を付して示す部分）では、僅かながら空気の漏れが生ずることがある。嵌め合い部５２において空気の漏れが生ずると、排気側電極４８の表面に空気が提供されることとなり、排気ガス中の酸素濃度とサブO２センサ１８の出力との関係にずれが生じる。
【００３７】
図３は、そのずれの影響を説明するための特性図である。尚、この図３において、横軸は触媒下流における排気空燃比を意味している。図３中に実線で示した曲線は、正規のサブO２センサ１８が示す出力特性である。この曲線が示す通り、嵌め合い部分に空気漏れが生じていないサブO２センサ１８は、触媒下流の排気空燃比が理論空燃比より大きいか否かに応じて、その出力を急激に変化させる。つまり、この場合は、センサ出力の変曲点が精度良くストイキ点に一致している。
【００３８】
これに対して、嵌め合い部分に空気漏れが生じている場合は、排気側電極４８の周囲に大気中の空気が導かれる分だけ、触媒下流の排気ガスが理論空燃比よりリッチ側にシフトしないと、センサ出力は急変しない。このため、図３中に破線で示すように、サブO２センサ１８の出力変曲点は、空気の漏れ量が多量であるほどストイキ点からリッチ側にシフトする。
【００３９】
本実施形態のシステムにおいて、サブO２センサ１８の出力特性にこのようなずれが発生すると、触媒下流の排気空燃比が現実には理論空燃比に制御できている状況下で、その排気空燃比がリーンであるとの認識がなされ、その結果、触媒上流の空燃比が誤ってリッチ側に補正される事態が発生する。そこで、本実施形態のシステムは、そのような不都合の発生を未然に防ぐべく、空気漏れに起因するセンサ出力のずれ分だけ、サブフィードバック制御の内容に補正を施すこととした。
【００４０】
［本実施形態における補正の原理］
上述したように、サブO２センサ１８は、空気の漏れ量に応じて、その出力特性を図３に示すように変化させる。ストイキ点における出力値、つまり、触媒下流の排気空燃比がストイキである状況下でサブO２センサ１８が発する出力値を「ストイキ出力」と定義すると、図３に示す特性図より、サブO２センサ１８のストイキ出力は、空気漏れが多量であるほど小さな値となることが判る。このため、サブO２センサ１８のストイキ出力を精度良く検出することができれば、その内部に生じている空気の漏れ量を推定し、また、その漏れに起因する出力ずれの大きさを推定することが可能である。
【００４１】
図４は、本実施形態のシステムにおいて、サブO２センサ１８の発するストイキ出力を検出し、その検出値から空気の漏れ量を推定するための手法を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図４（Ａ）は、触媒１４の上流における空燃比が、時刻t1においてリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた様子を示している。また、図４（Ｂ）は、その空燃比の変化に対応するサブO２センサ１８の出力波形を示す。
【００４２】
触媒上流の空燃比が十分に長い期間に渡ってリーン空燃比に維持されると、触媒１４に酸素が一杯に吸蔵され、触媒１４の下流にリーンな排気ガスが吹き抜ける事態が生ずる。そして、このような事態が生ずると、サブO２センサ１８はリーン出力を発する。図４（Ｂ）に示すセンサ出力は、時刻t1の時点においてそのリーン出力であるものとする。つまり、図４に示す例では、時刻t1の時点で、触媒１４が酸素を能力一杯に吸蔵しているものとする。
【００４３】
時刻t1において触媒上流の空燃比がリッチ空燃比とされた後、触媒１４内の吸蔵酸素が使い果たされるまでは、触媒１４に流入するリッチな排気ガスは、その内部で十分に浄化される。このため、時刻t1の後、しばらくの間（時刻t1−t2の間）は、触媒下流の空燃比が確実にストイキとされる。そして、全ての吸蔵酸素が使い果たされると（時刻t2）、触媒１４の下流にリッチな排気ガスが流出し初め、その結果、サブO２センサ１８の出力はリッチ出力となる。
【００４４】
以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、触媒上流の空燃比を図４（Ａ）に示すように変化させることにより、時刻t1−t2の期間において、サブO２センサ１８の周囲にストイキの排気ガスを流通させることができる。つまり、時刻t1−t2の間は、サブO２センサ１８にストイキ出力を発生させることができる。このストイキ出力は、サブO２センサ１８内の空気の漏れ量と相関を有しており、既述した通り、その漏れ量が多いほど小さな値となる。このため、ストイキ出力と漏れ量との関係を予めマップ化、或いはモデル化しておけば、実測されたストイキ出力に基づいて、空気の漏れ量を推定することが可能である。
【００４５】
更に、そのストイキ出力、或いは、推定された空気の漏れ量は、サブO２センサ１８の出力ずれ量に対して相関を有していることから、それらの値が判れば、その出力ずれを相殺するために、サブフィードバック制御の内容（例えば、制御目標値やサブフィードバック量）に施すべき補正の大きさも決めることが可能である。そこで、本実施形態では、上記の手順に従って、空気の漏れ量の検出と、サブフィードバック制御の補正とを行うこととした。
【００４６】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートを示す。このルーチンでは、先ず、サブO２センサ１８がリーン出力を発しているか否かが判別される（ステップ１００）。サブO２センサ１８は、触媒１４の下流にリーンな排気ガスが流出している場合にリーン出力を発生する。このような状況は、触媒上流の空燃比が意図的にリーンに維持された場合や、フューエルカットなどによりその空燃比が必然的にリーンに維持された場合などに生ずる。ここでは、本ステップ１００の条件を成立させるために意図的に空燃比をリーンに制御しても良く、また、その条件が成り行きで成立するのを待つこととしても良い。
【００４７】
上記ステップ１００の処理は、サブO２センサ１８がリーン出力を発していると判断されるまで繰り返し実行される。そして、その条件の成立が認められると、フューエルカットの要求等、空燃比のリッチ化を禁止する要因が生じていないことを条件に、触媒上流における空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる（ステップ１０２）。より具体的には、メインフィードバック制御の目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。本ステップ１０２の処理が実行されると、以後、しばらくの間（図４に示す時刻t1−t2の間）は、触媒１４の下流にストイキの排気ガスが流出し、サブO２センサ１８によりストイキ出力が発せられる。
【００４８】
図５に示すルーチンでは、その時点でサブO２センサ１８から発せられている出力が、ストイキ出力として検出される。そして、そのストイキ出力を、予め記憶されているマップ或いはモデルに照らし合わせることにより、サブO２センサ１８内部に生じている空気の漏れ量が推定される（ステップ１０４）。
【００４９】
最後に、上記ステップ１０４で検出された空気の漏れ量に基づいて、サブフィードバック制御で用いられる制御目標値、つまり、サブO２センサ１８の出力値の目標とされる制御目標値が決定（補正）される（ステップ１０６）。ECU５０は、空気の漏れ量と制御目標値との関係を定めたマップ或いはモデルを記憶しており、本ステップ１０６では、そのマップやモデルに従って、漏れ量に対応する制御目標値が決定される。その結果、具体的には、漏れ量が多いほど、つまり、ストイキ出力が低いほど、制御目標値は小さな値に設定される。
【００５０】
サブフィードバック制御は、制御目標値が小さな値であるほど、サブO２センサ１８の出力がリーン側にシフトするようにメインフィードバック制御を補償する。一方、サブO２センサ１８の出力は、空気の漏れ量が多いほどリーン側にシフトする。このため、制御目標値を上記ステップ１０６のように決定すれば、空気漏れの影響を相殺して、触媒下流の真の空燃比が理論空燃比となるようにサブフィードバック制御を機能させることができる。
【００５１】
以上説明した通り、図５に示すルーチンによれば、サブO２センサ１８の発するストイキ出力を正確に検出して、その値に基づいて、空気漏れの影響を相殺するようにサブフィードバック制御の内容を補正することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、サブO２センサ１８に空気漏れが生じた場合においても、その影響を受けることなく高い精度で空燃比を制御し続けることができる。
【００５２】
ところで、上述した実施の形態１においては、ストイキ出力を検出するために、触媒上流の空燃比をリーン出力からリッチ出力に切り替えることとしているが、その手法はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施形態のシステムでは、触媒上流の空燃比をリッチ出力からリーン出力に切り替えて、その直後にサブO２センサ１８から発せられる出力をストイキ出力として検出することも可能である。そして、この場合も、実施の形態１において説明したのと同様の手法により、ストイキ出力から空気の漏れ量を推定して、サブフィードバック制御の制御目標値を補正することが可能である。
【００５３】
また、上述した実施の形態１においては、空気の漏れ量を推定した後、その漏れ量に基づいて、サブフィードバック制御の制御目標値を補正することとしているが、補正の対象はこれに限定されるものではない。すなわち、上記の補正は、空気漏れに起因するサブフィードバック制御の制御誤差を修正するためのものであり、その機能が実現される限り、メイン空燃比センサ１６の出力補正に用いられるサブフィードバック制御量を補正の対象としてもよい。
【００５４】
また、上述した実施の形態１においては、サブフィードバック制御の内容を補正する前提として、サブO２センサ１８内の空気の漏れ量を推定することとしているが、空気の漏れ量検出は、必ずしも必須の事項ではない。すなわち、サブフィードバック制御の内容は、検出されたストイキ出力を基礎として、その値から直接的に補正することとしてもよい。
【００５５】
更に、上述した実施の形態１においては、触媒１４の上流に空燃比センサを備え、触媒１４の下流にO２センサを備える構成が用いられているが、そのハードウェア構成はこれに限定されるものではない。すなわち、触媒１４の上流に配置されるセンサは、空燃比センサではなくO２センサであってもよい。また、触媒１４の下流に配置されるセンサは、O２センサでなく、空燃比センサであってもよい。尚、ハードウェアの構成がこのように変形できる点は、以下に説明する他の全ての実施形態においても同様である。
【００５６】
以上説明した実施の形態１においては、サブO２センサ１８が、前記第１または第２の発明における「排気ガスセンサ」に相当していると共に、ECU３０が、サブフィードバック制御を実行することにより前記第１または第２の発明における「フィードバック制御手段」が、触媒上流の空燃比の反転を図ることにより（上記ステップ１００、１０２）、前記第１または第２の発明における「空燃比反転手段」が、その反転の直後の出力をストイキ出力として検出することにより（上記ステップ１０４）前記第１または第２の発明における「ストイキ出力検出手段」が、検出されたストイキ出力に基づいてサブフィードバック制御の内容を補正することにより（上記ステップ１０６）上記第１または第２の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５７】
実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１のシステムにおいて、ECU５０に、図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５８】
上述した実施の形態１では、触媒１４の下流にリーンな排気ガスが流出している状況下で、触媒上流の空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、その後、触媒１４の浄化作用により、しばらくの間は触媒下流にストイキの排気ガスが流出することを前提としている。ところが、触媒１４が適正に浄化作用を発揮するのは、触媒１４が活性状態である場合に限られる。換言すると、触媒床温が低く、触媒１４が十分に活性していない状況下では、上記の如く空燃比が切り替えられた直後に、触媒下流にストイキでない排気ガスが吹き抜ける事態が生じ得る。
【００５９】
触媒下流にストイキでない排気ガスが流出している状況下で、サブO２センサ１８の出力がストイキ出力として検知され、更に、その検知された値を基礎としてサブフィードバック制御の内容が補正されれば、不当な補正が行われることとなり、空燃比の制御精度が悪化する事態が生ずる。そこで、本実施形態では、触媒１４が活性しているか否かを判断し、その活性が認められない場合には、サブフィードバック制御の補正に関わる処理の実行を禁止することとした。
【００６０】
図６は、上記の機能を実現すべく、本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートを示す。このルーチンでは、先ず、触媒温度センサ２０の出力に基づいて、触媒床温が検出される。そして、その触媒床温が触媒温度閾値より高温であるか否かが判別される（ステップ１１０）。触媒温度閾値は、触媒１４の活性を判定するための温度である。従って、その条件が成立する場合は、触媒１４がすでに活性していると判断することができる。一方、その条件の成立が認められない場合は、触媒１４が未だ活性していないと判断することができる。
【００６１】
図６に示すルーチンでは、触媒１４の活性が認められる場合は、以後、空気の漏れ量の検出、およびサブフィードバック制御の内容補正が実施される（ステップ１１２）。つまり、実施の形態１において説明した一連の処理（図５参照）が実行される。一方、触媒１４の活性が認められなかった場合は、その処理の実行が禁止される（ステップ１１４）。
【００６２】
以上説明した通り、図６に示すルーチンによれば、触媒１４が、確実にその下流にストイキの排気ガスを流出させる状況下でのみ、ストイキ出力を基礎とするサブフィードバック制御の内容補正を許可することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、触媒１４が未活性の状態で、サブフィードバック制御の内容が不当に補正されるのを確実に防ぐことができる。
【００６３】
ところで、上述した実施の形態２においては、触媒床温を、触媒温度センサ２０を用いて検出することとしているが、その検出の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、触媒床温は、機関回転数Neやスロットル開度TA等を基礎として、公知の手法で推定することとしてもよい。
【００６４】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「活性判断手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「補正禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００６５】
実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１のシステムにおいて、ECU５０に、図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６６】
上述した実施の形態２では、触媒床温が触媒温度閾値より高温であるか否かにより触媒１４が活性しているか否かを判断することとしている。ところで、ここで判断するべきは、本質的には、触媒１４がストイキの排気ガスを確実に生成し得るか否かである。そして、触媒１４の浄化能力は、触媒床温が同じであっても、触媒１４の劣化度が異なれば必ずしも同じにはならない。このため、触媒１４が活性しているか否かを判断するための触媒温度閾値には、触媒１４の劣化度が反映されるべきである。
【００６７】
触媒１４の劣化度は、触媒１４の最大酸素吸蔵量Cmaxと相関を有している。そして、触媒１４の最大酸素吸蔵量Cmaxは、公知の手法で検知することが可能である。そこで、本実施形態では、そのような手法で触媒１４の劣化度を検出し、その劣化度に基づいて触媒温度閾値を適宜設定することとした。
【００６８】
図７は、上記の機能を実現すべく、本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートを示す。このルーチンは、ステップ１１０の前にステップ１２０および１２２が挿入されている点を除き、上述した図６に示すルーチンと同様である。図７に示すルーチンでは、先ず、触媒１４の劣化度が読み込まれる（ステップ１２０）。ここでは、具体的には、他のルーチンにより公知の手法で検出された触媒１４の最大酸素吸蔵量Cmaxが、触媒１４の劣化度として読み込まれるものとする。
【００６９】
次に、触媒１４の劣化度に基づいて、触媒温度閾値が設定される（ステップ１２２）。ECU５０は、触媒１４の劣化度と触媒温度閾値に関するマップを記憶しており、ここでは、そのマップを参照することで触媒温度閾値が設定される。本ステップ１２２の処理によれば、具体的には、触媒１４の劣化度が大きいほど（触媒１４が劣化しているほど）、触媒温度閾値が大きな値に設定される。
【００７０】
図７に示すルーチンでは、以後、図６に示した手順と同様にして、触媒１４の活性判定等の処理が実行される（ステップ１１０〜１１４）。以上の処理によれば、触媒１４の劣化が進んでいるほど、触媒１４の活性判定の基準を厳しくすることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、触媒１４の劣化状態に関わらず、触媒１４がストイキの排気ガスを確実に生成できる状況下においてのみその活性を判定することができ、サブフィードバック制御の内容が不当に補正されるのを未然に防ぐことができる。
【００７１】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒床温検知手段」および「床温比較手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒劣化度検出手段」が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒温度閾値設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７２】
実施の形態４．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１のシステムにおいて、ECU５０に、図８に示すルーチンを更に実行させることにより実現することができる。
【００７３】
上述した実施の形態２では、触媒１４がストイキの排気ガスを確実に作り出せる場合にのみ、ストイキ出力を基礎とする制御の補正を許可すべく、触媒１４の活性判定を行うこととしている。ところで、触媒１４の劣化が十分に進むと、触媒１４は、触媒床温が十分に高温であっても、ストイキの排気ガスを安定的に作り出せない状態となることがある。そして、このような場合には、活性判定を行うまでもなく、空気の漏れ量の推定や、サブフィードバック制御の補正を禁止することが好ましい。そこで、本実施形態では、触媒１４の劣化が十分に進行しているか否かを判断し、その十分な劣化が認められた場合には、サブフィードバック制御の補正に関わる処理の実行を禁止することとした。
【００７４】
図８は、上記の機能を実現すべく、本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートを示す。このルーチンでは、先ず、触媒１４の劣化度が、触媒劣化閾値より小さいか否かが判別される（ステップ１３０）。尚、触媒１４の劣化度としては、実施の形態３の場合と同様に触媒１４の最大酸素吸蔵量Cmaxを用いることができる。
【００７５】
触媒劣化閾値は、触媒１４が十分に高温であっても安定的にストイキの排気ガスを作り出すことができない程度に劣化しているか否かを判定するための判定値である。従って、その条件が成立する場合は、ストイキ出力の検出を前提とする補正処理等は無条件で禁止すべきと判断することができる。一方、その条件が成立しない場合は、上記の補正処理等の実行を許可することが可能である。
【００７６】
図８に示すルーチンでは、触媒１４の劣化度が触媒劣化閾値を下回っていると認められる場合は、以後、空気の漏れ量の検出、およびサブフィードバック制御の内容補正等、図５乃至図７に示す何れかの手順で実行される（ステップ１３２）。一方、触媒１４の劣化度が触媒劣化閾値を下回っていないと判断された場合は、その処理の実行が禁止される（ステップ１３４）。
【００７７】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、触媒１４がその下流にストイキの排気ガスを流出させることができない程度に劣化している場合には、ストイキ出力を基礎とするサブフィードバック制御の内容補正等を無条件で禁止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、触媒１４の劣化に起因して、サブフィードバック制御の内容が不当に補正されるのを確実に防ぐことができる。
【００７８】
尚、上述した実施の形態４においては、ECU５０が、実施の形態３の場合と同様の手法で最大酸素吸蔵量Cmaxを検出することにより前記第５の発明における「触媒劣化度検出手段」が、上記ステップ１３０および１３４の処理を実行することにより前記第５の発明における「補正禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７９】
実施の形態５．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１乃至４の何れかのシステムにおいて、ECU５０に、図９に示すルーチンを更に実行させることにより実現することができる。
【００８０】
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１乃至４のシステムと同様に、サブO２センサ１８のストイキ出力を検出し、その検出値からセンサ内の空気の漏れ量を推定することができる。本実施形態のシステムは、その空気の漏れ量が不当に多量である場合には、サブO２センサ１８の異常を判定する点に特徴を有している。
【００８１】
図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図９に示すルーチンは、実施の形態１乃至４において説明した何れかの手法でサブO２センサ１８のストイキ出力が検出され、また、そのストイキ出力に基づいて空気の漏れ量が推定された後に実行されるものとする。
【００８２】
図９に示すルーチンでは、先ず、サブO２センサ１８の内部で生じている空気の漏れ量の推定値が、予め設定されている閾値より大きいか否かが判別される（ステップ１４０）。この閾値は、サブO２センサ１８が正常と見なせるか、或いは異常と見なすべきかを判断するための判定値である。本ステップ１４０で、漏れ量が閾値より大きいと判断された場合は、サブO２センサ１８の劣化が判定される（ステップ１４２）。一方、漏れ量が閾値より大きくないと判断された場合は、劣化判定の処理がジャンプされ、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００８３】
以上説明した通り、図９に示すルーチンによれば、空気の漏れ量が不当に多量である場合には、サブO２センサ１８の異常を判定することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、サブO２センサ１８の異常を速やかに検知することができる。
【００８４】
ところで、上記の説明においては、サブO２センサ１８の異常判定を、空気の漏れ量の推定値に基づいて行うこととしているが、その判定の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、サブO２センサ１８の異常判定は、ストイキ出力が不当に低い値になっているか否かを見ることで行うこととしてもよい。
【００８５】
尚、上述した実施の形態５においては、ECU３０が、上記ステップ１４０および１４２の処理を実行することにより前記第６の発明における「異常判定手段」が実現されている。また、ここでは、上記ステップ１４０において、空気の漏れ量が閾値より大きいか否かを見ることが、前記第６の発明において「ストイキ出力が、そのストイキ出力の基準値より判定閾値以上小さい」か否かを見ることに相当している。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１のハードウェア構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すシステムが備えるサブO２センサの断面図である。
【図３】サブO２センサの内部に生ずる空気の漏れ量とサブO２センサの出力ずれとの関係を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、サブO２センサの発するストイキ出力を検出し、その検出値から空気の漏れ量を推定するための手法を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１０  内燃機関
１４  触媒
１６  メイン空燃比センサ
１８  サブO２センサ
３０  ECU(Electronic Control Unit)
４０  ハウジング
４２  センサ素子
４６  大気側電極
４８  排気側電極
５２  嵌め合い部
【図１】
2005133620.tif 000003
【図２】
2005133620.tif 000004
【図３】
2005133620.tif 000005
【図４】
2005133620.tif 000006
【図５】
2005133620.tif 000007
【図６】
2005133620.tif 000008
【図７】
2005133620.tif 000009
【図８】
2005133620.tif 000010
【図９】
2005133620.tif 000011