(57)【要約】【課題】排気浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムにおいて、排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合に応じた適正な制御定数を設定できるようにする。【解決手段】上流側空燃比センサ２３の出力に基づくメインフィードバック制御と、下流側酸素センサ２４の出力に基づくサブフィードバック制御とを実行した状態で、所定の燃料外乱を入力して下流側酸素センサ２４の出力を計測し、その出力波形の特徴値（例えば応答時間、収束時間、積算値等）を抽出して、その特徴値に基づいて触媒２２及びその上流側と下流側のセンサ２３，２４を含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定し、その排気浄化システムの劣化度合に応じてサブフィードバック制御の制御定数（例えば制御ゲイン等）を変更する。【選択図】図１
2009085160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの制御装置において、
上流側センサの出力に基づいて前記触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段と、
下流側センサの出力に基づいて前記メインフィードバック制御又は燃料噴射量を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して前記下流側センサの出力の挙動に基づいて前記触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定するシステム劣化度合判定手段と、
前記システム劣化度合判定手段で判定した前記排気浄化システムの劣化度合に応じて前記サブフィードバック制御の制御定数（以下「サブフィードバック制御定数」という）を変更する制御定数変更手段と
を備えていることを特徴とする排気浄化システムの制御装置。
【請求項２】
前記システム劣化度合判定手段は、劣化度合判定期間中に前記触媒に流入する排出ガスのリッチ／リーン成分の濃度が予め設定された所定濃度となるように燃料外乱の量を設定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項３】
前記システム劣化度合判定手段は、燃料外乱の量を劣化度合判定時における前記触媒の最大酸素吸蔵量に応じて設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項４】
前記システム劣化度合判定手段は、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項５】
前記システム劣化度合判定手段は、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項６】
前記システム劣化度合判定手段は、前記下流側センサの出力波形の特徴値を抽出して当該特徴値に基づいて前記排気浄化システムの劣化度合を判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項７】
前記システム劣化度合判定手段は、前記下流側センサの出力波形の特徴値に予め設定されたばらつきレベルを加えて前記排気浄化システムの劣化度合を求めることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項８】
前記制御定数変更手段は、前記排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数を求め、該排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数と既定のサブフィードバック制御定数との偏差が所定の変更許可範囲内のときに、前記既定のサブフィードバック制御定数を前記排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数に変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項９】
前記システム劣化度合判定手段は、前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御の実行中に所定の燃料外乱入力条件が成立したときにセットされる燃料外乱入力フラグを持ち、この燃料外乱入力フラグのセットにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１０】
前記システム劣化度合判定手段は、劣化度合判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の排気浄化システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車の排気浄化システムでは、排気浄化用の触媒の排出ガス浄化率を高めることを目的として、特許文献１（特開２００１−３０４０１８号公報）に示すように、排気浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、上流側センサの出力に基づいて触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正する“メインフィードバック制御”を行うと共に、下流側センサの出力に基づいてメインフィードバック制御の目標空燃比を補正したり、或は、メインフィードバック制御のフィードバック補正量又は燃料噴射量を修正する“サブフィードバック制御”を行うようにしたものがある。
【０００３】
このようにメインフィードバック制御とサブフィードバック制御を行うシステムにおいては、内燃機関の運転状態や触媒の状態に左右されずに安定した排出ガス浄化性能を確保するために、特許文献２（特開２００２−２２７６８９号公報）に記載されているように、内燃機関の運転状態（例えば回転速度や吸入空気量）や触媒の状態（例えば劣化度合）に応じてサブフィードバック制御の制御ゲイン等を補正するようにしたものがある。
【０００４】
また、特許文献３（特開２００４−３６０６０５号公報）に記載されているように、触媒の劣化度合の情報として酸素吸蔵能力を検出し、その触媒の劣化度合（酸素吸蔵能力）に応じて内燃機関の制御パラメータを補正するようにしたものもある。
【特許文献１】特開２００１−３０４０１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２２７６８９号公報
【特許文献３】特開２００４−３６０６０５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、上記特許文献２や上記特許文献３のシステムでは、サブフィードバック制御を実行しながら触媒単体の劣化度合判定を行うと、クローズループ系での劣化度合判定となり、正確な劣化度合を算出することが困難であるため、触媒劣化度合判定期間中にサブフィードバック制御を停止したり、或は、触媒の劣化度合判定に及ぼす影響を変更するためにサブフィードバック制御の制御定数を変更して触媒の劣化度合判定を行う必要があり、そのため、触媒劣化判定期間中のエミッションが大きく悪化するという欠点があった。また、正確な触媒劣化度合を求めたとしても、その劣化度合は触媒単体のものであり、触媒とその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定できないため、排気浄化システム全体の劣化度合に応じた適正な制御定数を設定することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御を行うシステムにおいて、劣化度合判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定することができると共に、排気浄化システムの劣化度合に応じた適正な制御定数を設定することができる排気浄化システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの制御装置において、上流側センサの出力に基づいて前記触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段と、下流側センサの出力に基づいて前記メインフィードバック制御又は燃料噴射量を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して前記下流側センサの出力の挙動に基づいて前記触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定するシステム劣化度合判定手段と、このシステム劣化度合判定手段で判定した排気浄化システムの劣化度合に応じて前記サブフィードバック制御の制御定数（以下「サブフィードバック制御定数」という）を変更する制御定数変更手段とを備えた構成としたものである。
【０００８】
この構成では、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して下流側センサの出力の挙動に基づいて触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定するようにしたので、劣化度合判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定することができる。更に、その排気浄化システムの劣化度合に応じてサブフィードバック制御定数を変更するようにしたので、排気浄化システムの劣化度合に応じた適正なサブフィードバック制御定数を設定することができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、劣化度合判定期間中に触媒に流入する排出ガス（以下「入りガス」という）のリッチ／リーン成分の濃度が予め設定された所定濃度となるように燃料外乱の量を設定するようにすると良い。ここで、入りガスのリーン成分は、Ｏ２  、ＮＯｘ等であり、リッチ成分は、ＨＣ、ＣＯ等である。入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が変化すると、下流側センサの出力の挙動も変化して、劣化度合判定が困難になるため、劣化度合判定期間中は、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度を一定に維持する必要がある。また、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が劣化度合判定に必要最小限の所定濃度となるように燃料外乱の量を設定すれば、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。
【００１０】
また、請求項３のように、燃料外乱の量を劣化度合判定時における触媒の最大酸素吸蔵量に応じて設定するようにすると良い。このようにすれば、燃料外乱の量が必要以上に大きくなることを防止でき、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。また、燃料外乱の入力パターン（例えば入力時間）を劣化度合判定時における触媒の最大酸素吸蔵量に相関のある入力パターンとすることで、燃料外乱の量をシステムにとって常に適正値に設定することができる。更に、触媒の能力（劣化度合や担持量等）に応じて燃料外乱の量を変化させることができ、触媒能力により評価関数を変える必要がない。
【００１１】
また、請求項４のように、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力するようにすると良い。例えば、ＮＯｘが出やすい触媒（劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＮＯｘ排出量が増加するリーン方向に燃料外乱を入力する。反対に、ＨＣが出やすい触媒（劣化時にＨＣ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＨＣ排出量が増加するリッチ方向に燃料外乱を入力する。但し、触媒の浄化ウインドウが狭い場合は、リッチ方向・リーン方向双方に燃料外乱を入力しても良い。燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力すれば、精度良く劣化度合を検出することができる。また、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の大きい方向に入力すると、劣化度合が少なめに判定されて、その少なめの劣化度合に応じてサブフィードバック制御定数が大きめ（制御量の大きくなる方向）に設定されて、エミッションが悪化する可能性があるが、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することで、劣化度合を厳しめ（劣化度合が大きい方向）に判定して、サブフィードバック制御定数を小さめ（制御量の小さくなる方向）に設定することができ、エミッションに対してより安全側にサブフィードバック制御定数を設定することができる。
【００１２】
また、請求項５のように、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定するようにしても良い。例えば、劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒であれば、ＮＯｘ浄化特性を考慮してＮＯｘの発生量がほぼ最大となる空燃比を目標空燃比に設定し、その目標空燃比で最大酸素吸蔵量相当を実現する時間にて燃料外乱を入力する。このようにすれば、最大酸素吸蔵量を考慮するだけではなく、エミッションの発生レベルがより厳しい条件を用いて、劣化度合判定を行なうことが可能となり、エミッションの最悪条件を考慮した劣化度合判定が可能となる。
【００１３】
また、請求項６のように、下流側センサの出力波形の特徴値を抽出して当該特徴値に基づいて排気浄化システムの劣化度合を判定するようにしても良い。ここで、下流側センサの出力波形の特徴値としては、例えば、応答時間、収束時間、ピーク値、積算値、面積、軌跡長等が挙げられる。特徴値は、１つでも複数でも良い。下流側センサの出力波形の特徴値を使用することで、下流側センサの出力に重畳するノイズや他の外乱の影響を受けることなく、精度の良い劣化度合判定が可能となる。
【００１４】
この場合、請求項７のように、下流側センサの出力波形の特徴値に予め設定されたばらつきレベル（センサ出力に重畳するノイズやセンサ出力のばらつき等を考慮した値）を加えて排気浄化システムの劣化度合を求めるようにすれば良い。このようにすれば、センサ出力に重畳するノイズやセンサ出力のばらつき等の影響も考慮した劣化度合を求めることができる。ここで、ばらつきレベルは、内燃機関の運転条件毎に設定しても良い。
【００１５】
また、請求項８のように、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数を求め、該排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数と既定のサブフィードバック制御定数との偏差が所定の変更許可範囲内のときに、既定のサブフィードバック制御定数を排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数に変更するようにしても良い。
【００１６】
このようにすれば、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数と既定のサブフィードバック制御定数との偏差が変更許可範囲内の場合に、排気浄化システムの劣化度合に応じた適正なサブフィードバック制御定数に変更することができる。また、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数と既定のサブフィードバック制御定数との偏差が変更許可範囲の下限値よりも小さい場合には、両者の差がばらつき範囲内であるため、サブフィードバック制御定数を変更する必要がないと判断し、一方、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数と既定のサブフィードバック制御定数との偏差が変更許可範囲の上限値よりも大きい場合には、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数が異常値であると判断して、サブフィードバック制御定数を変更しないように制御することが可能となる。
【００１７】
また、請求項９のように、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の実行中に所定の燃料外乱入力条件が成立したときにセット（ＯＮ）される燃料外乱入力フラグを持ち、この燃料外乱入力フラグのセットにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力するように構成しても良い。このようにすれば、燃料外乱入力フラグのセットにより、常に狙ったタイミングで同量の燃料外乱を極めて簡単に入力することができる。
【００１８】
また、請求項１０のように、劣化度合判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償するようにすると良い。ここで、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータとしては、例えば、スロットル開度、点火時期、噴射回数、可変バルブタイミング等が挙げられる。このように、劣化度合判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動（トルクダウンやトルクアップ）を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償するようにすれば、劣化度合判定期間中に運転者にドライバビリティの悪化を感じさせずに排気浄化システムの劣化度合判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
【００２１】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２２】
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側と下流側には、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ２３，２４が設置されている。本実施例では、上流側センサ２３は、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、下流側センサ２４は、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２６が取り付けられている。
【００２３】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された空燃比フィードバック制御プログラム（図示せず）を実行することで、上流側空燃比センサ２３の出力に基づいて触媒２２上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段として機能すると共に、触媒２２下流側の空燃比を制御目標値（例えば理論空燃比付近）に一致させるように、下流側酸素センサ２４の出力に基づいて燃料噴射量を補正したり、触媒２２上流側の目標空燃比を補正したり、或は、メインフィードバック制御のフィードバック補正量を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段として機能する。
【００２４】
更に、ＥＣＵ２７は、後述する図２乃至図５の制御定数変更用の各ルーチンを実行することで、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の実行中に所定の劣化度合判定実行条件が成立している期間に、所定の燃料外乱を入力して下流側酸素センサ２４の出力を計測し、その出力の挙動に基づいて触媒２２及びその上流側と下流側のセンサ２３，２４を含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定するシステム劣化度合判定手段として機能すると共に、判定した排気浄化システムの劣化度合に応じてサブフィードバック制御の制御定数（以下「サブフィードバック制御定数」という）を変更する制御定数変更手段として機能する。ここで、サブフィードバック制御定数は、例えば、サブフィードバック制御の制御ゲイン、下流側酸素センサ２４の出力の目標値（触媒２２下流側の空燃比の制御目標値）等である。
【００２５】
以下、図２乃至図５の制御定数変更用の各ルーチンの処理内容を説明する。
図２の劣化度合判定実行条件成立判断ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で起動され、次のようにして劣化度合判定実行条件が成立しているか否かを判定する。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン運転状態が安定しているか否かを判定する。エンジン運転状態が安定していないと、上流側空燃比センサ２３と下流側酸素センサ２４の出力が安定せず、しかも、劣化度合判定期間中に入力される燃料外乱以外の外乱の影響を受けやすくなるため、劣化度合判定の精度を確保できない。従って、エンジン運転状態が安定していることを劣化度合判定実行条件の１つとする。
【００２６】
上記ステップ１０１で、エンジン運転状態が安定していないと判定されれば、劣化度合判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０１で、エンジン運転状態が安定していると判定されれば、ステップ１０２に進み、メインフィードバック制御の実行中で上流側空燃比センサ２３の出力（触媒２２に流入する排出ガスの実空燃比）が目標空燃比である理論空燃比近傍であるか否かを判定する。メインフィードバック制御が安定して実行されていれば、触媒２２に流入する排出ガスの空燃比が理論空燃比近傍で安定するため、正常な状態と劣化の状態とを区別しやすくなり、しかも、通常の運転で一番良く使用する空燃比制御領域で劣化度合判定を行うことができる。
【００２７】
上記ステップ１０２で、上流側空燃比センサ２３の出力が理論空燃比近傍でないと判定されれば、劣化度合判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０２で、上流側空燃比センサ２３の出力が理論空燃比近傍であると判定されれば、ステップ１０３に進み、サブフィードバック制御の実行中で下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近（理論空燃比付近）であるか否かを判定する。メインフィードバック制御とサブフィードバック制御の実行中に劣化度合判定を行うことで、排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定できると共に、通常の運転で一番良く使用する空燃比制御領域で劣化度合判定を行うことができる。
【００２８】
上記ステップ１０３で、下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近でないと判定されれば、劣化度合判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０３で、下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近であると判定されれば、ステップ１０４に進み、図３のシステム劣化度合判定ルーチンを次のようにして実行する。
【００２９】
図３のシステム劣化度合判定ルーチンでは、まずステップ２０１で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を開始し、次のステップ２０２で、計測開始から所定時間Ｔ1 が経過するまで待機する。ここで、所定時間Ｔ1 は、触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な時間に設定されている。
【００３０】
その後、計測開始から所定時間Ｔ1 が経過した時点で、ステップ２０３に進み、サブフィードバック制御の学習を停止する。この際、サブフィードバック制御とメインフィードバック制御の両方の学習を停止するようにしても良い。劣化度合判定期間中は、燃料外乱の入力により下流側酸素センサ２４の出力波形が変動するため、サブフィードバック制御の学習が誤学習してしまう可能性がある。同様に、劣化度合判定期間中は、燃料外乱の入力により触媒２２に流入する排出ガスの実空燃比が乱れるため、メインフィードバック制御の学習が誤学習してしまう可能性がある。尚、燃料外乱入力終了後も劣化度合判定期間が終了するまで学習を停止するようにしても良いが、燃料外乱の入力期間中のみ学習を停止するようにしても良い。
【００３１】
そして、次のステップ２０４で、燃料外乱を入力する。この燃料外乱の入力方法は、メインフィードバック制御の目標空燃比に燃料外乱分を加算（減算）又は乗算（除算）したり、最終燃料噴射量に燃料外乱分を加算（減算）又は乗算（除算）するようにしても良い。
【００３２】
この際、燃料外乱は、次のような方法で設定する。
劣化度合判定期間中に触媒２２に流入する排出ガス（以下「入りガス」という）のリッチ／リーン成分の濃度が予め設定された所定濃度となるように燃料外乱の量を設定する。ここで、入りガスのリーン成分は、Ｏ２  、ＮＯｘ等であり、リッチ成分は、ＨＣ、ＣＯ等である。入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が変化すると、下流側酸素センサ２４の出力の挙動も変化して、劣化度合判定が困難になるため、劣化度合判定期間中は、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度を一定に維持する必要がある。また、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が劣化度合判定に必要最小限の所定濃度となるように燃料外乱の量を設定すれば、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。
【００３３】
例えば、図６に示す定常ＮＯｘ排出特性の触媒２２を使用している場合は、燃料外乱の入力により、入りガスのＮＯｘ濃度が所定濃度（例えば２５００ｐｐｍ）となるようにするために、目標空燃比をＮＯｘ濃度が２５００ｐｐｍとなる空燃比（例えば１５．２）に設定する。
【００３４】
この際、まず、劣化度合判定時（つまり現在）における触媒２２の最大酸素吸蔵量を計測する。ここで、触媒２２の最大酸素吸蔵量の計測方法は、例えば、図７に示すように、入りガスの空燃比をリッチからリーンにステップ的に変化させ、その際、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２前の空燃比波形と下流側酸素センサ２４で検出した触媒２２後の空燃比波形とから触媒２２の最大酸素吸蔵量に相当する面積（図７に斜線で示す部分の面積）を求め、この面積に空気量（吸入空気量又は排出ガス量）を乗算してＯ２  量に変換することで触媒２２の最大酸素吸蔵量を求める。
【００３５】
この後、図８及び図９に示すように、燃料外乱の量と入力時間を、劣化度合判定時における触媒２２の最大酸素吸蔵量に応じて設定する。ここで、最大酸素吸蔵量に応じて設定する燃料外乱の量は、例えば、最大酸素吸蔵量、又は、最大酸素吸蔵量×α（αは係数）、又は、最大酸素吸蔵量＋αのいずれかを用いれば良い。燃料外乱は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御で補正される分を考慮して設定される。
【００３６】
このように、劣化度合判定時における触媒２２の最大酸素吸蔵量に応じて燃料外乱の量を設定すれば、燃料外乱の量が必要以上に大きくなることを防止でき、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。また、燃料外乱の入力パターン（例えば入力時間）を劣化度合判定時における触媒２２の最大酸素吸蔵量に相関のある入力パターンとすることで、燃料外乱の量をシステムにとって常に適正値に設定することができる。更に、触媒２２の能力（劣化度合や担持量等）に応じて燃料外乱の量を変化させることができ、触媒能力により評価関数を変える必要がない。
【００３７】
更に、触媒２２の特性を考慮して、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力する。ここで、触媒２２の特性は、図１０の浄化特性と図１１の空燃比発生頻度やモードエミッションに対する感度等に基づいて判断し、この触媒２２の特性により燃料外乱の入力方向を決定する。例えば、ＮＯｘが出やすい触媒（劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＮＯｘ排出量が増加するリーン方向に燃料外乱を入力する。反対に、ＨＣが出やすい触媒（劣化時にＨＣ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＨＣ排出量が増加するリッチ方向に燃料外乱を入力する。但し、触媒２２の浄化ウインドウが狭い場合は、リッチ方向・リーン方向双方に燃料外乱を入力しても良い。燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力すれば、精度良く劣化度合を検出することができる。また、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の大きい方向に入力すると、劣化度合が少なめに判定されて、その少なめの劣化度合に応じてサブフィードバック制御定数が大きめ（制御量の大きくなる方向）に設定されて、エミッションが悪化する可能性があるが、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することで、劣化度合を厳しめ（劣化度合が大きい方向）に判定して、サブフィードバック制御定数を小さめ（制御量の小さくなる方向）に設定することができ、エミッションに対してより安全側にサブフィードバック制御定数を設定することができる。
【００３８】
また、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する。例えば、劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒であれば、図６の定常ＮＯｘ排出特性を考慮してＮＯｘの発生量がほぼ最大となる空燃比を目標空燃比に設定し、その目標空燃比で最大酸素吸蔵量相当を実現する時間にて燃料外乱を入力する。
【００３９】
例えば、図１２に示すように、目標空燃比を１６．０６に設定する場合と、１５．２に設定する場合のいずれでも、入力時間を変えれば発生酸素量を同一に設定できるが、図６に示す定常ＮＯｘ排出特性から明らかなように、目標空燃比を１６．０６に設定すると、ＮＯｘの排出量が減少してしまう。これに対して、目標空燃比を１５．２に設定すると、ＮＯｘの排出量がほぼ最大となる。この点を考慮して、特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する。このようにすれば、最大酸素吸蔵量を考慮するだけではなく、エミッションの発生レベルがより厳しい条件を用いて、劣化度合判定を行なうことが可能となり、エミッションの最悪条件を考慮した劣化度合判定が可能となる。
【００４０】
燃料外乱の入力後、ステップ２０５に進み、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過するまで待機する。そして、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過した時点で、ステップ２０６に進み、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了した後、ステップ２０７に進み、前記ステップ２０３で停止した学習を再開する。
【００４１】
この後、ステップ２０８に進み、計測した下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出する。ここで、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値としては、例えば、図１３に示すように、応答時間Ａ、収束時間Ｂ、アンダーシュート量Ｃ、オーバーシュート量Ｄ、面積（センサ出力と目標電圧との偏差の積算値）、軌跡長、指定区間内の存在割合（目標電圧±所定値以内となるデータ数／母数）、ばらつき（標準偏差）、減衰係数Ｅ等が挙げられる。特徴値は、１つでも複数でも良い。下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を使用することで、下流側酸素センサ２４の出力に重畳するノイズや他の外乱の影響を受けることなく、精度の良い劣化度合判定が可能となる。
【００４２】
下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出した後、ステップ２０９に進み、現在のエンジン運転条件に応じたばらつきレベル（センサ出力に重畳するノイズやセンサ出力のばらつき等を考慮した値）をマップ等により算出し、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値にばらつきレベルを加えて排気浄化システムの劣化度合を求める。尚、演算処理を簡略化するために、エンジン運転条件とは関係なく、ばらつきレベルを一定値としても良い。
この後、ステップ２１０に進み、図４の制御定数変更判定ルーチンを次のようにして実行する。
【００４３】
図４の制御定数変更判定ルーチンでは、まずステップ３０１で、排気浄化システムの劣化度合が算出されたか否かを判定し、排気浄化システムの劣化度合が算出されていなければ、以降の処理を行うことなく本ルーチンを終了する。
【００４４】
上記ステップ３０１で、排気浄化システムの劣化度合が算出されたと判定されれば、ステップ３０２に進み、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１をマップ等により算出する。排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、排気浄化システムの劣化度合に応じた最適なサブフィードバック制御定数となるように設定されている。エンジン運転条件（例えば、排出ガス流量や温度等）に応じて最適なサブフィードバック制御定数が変化するため、エンジン運転条件毎に排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１のマップを設定しても良い。或は、演算処理を簡略化するために、エンジン運転条件とは関係なく、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１のマップを１つだけ設定しても良い。また、後述する既定のサブフィードバック制御定数Ｋ２に排気浄化システムの劣化度合に応じた補正量を加算（減算）又は乗算（除算）して排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１を求めるようにしても良い。
【００４５】
この後、ステップ３０３に進み、現在のエンジン運転条件に応じた既定のサブフィードバック制御定数Ｋ２（つまり、現在、制御に使用しているサブフィードバック制御定数）をマップ等により算出する。
【００４６】
この後、ステップ３０４に進み、サブフィードバック制御定数を変更するか否かを判定するための変更許可範囲（下限値αと上限値β）を現在のエンジン運転条件に応じてマップ等により算出する。サブフィードバック制御定数の誤差の要因となるデータのばらつきやノイズ等はエンジン運転条件に応じて変化するため、変更許可範囲もエンジン運転条件に応じて変化させる。尚、演算処理を簡略化するために、エンジン運転条件とは関係なく変更許可範囲を一定としても良い。
【００４７】
この後、ステップ３０５で、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１と既定のサブフィードバック制御定数Ｋ２との偏差の絶対値｜Ｋ１−Ｋ２｜が変更許可範囲内（α≦｜Ｋ１−Ｋ２｜≦β）であるか否かを判定する。
【００４８】
その結果、制御定数の偏差の絶対値｜Ｋ１−Ｋ２｜が変更許可範囲の下限値αよりも小さいと判定された場合には、制御定数の偏差がばらつき範囲内であるため、サブフィードバック制御定数を変更する必要がないと判断して、サブフィードバック制御定数を変更することなく、本ルーチンを終了する。
【００４９】
一方、制御定数の偏差の絶対値｜Ｋ１−Ｋ２｜が変更許可範囲の上限値βよりも大きいと判定された場合には、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１が異常値であると判断して、サブフィードバック制御定数を変更することなく、本ルーチンを終了する。
【００５０】
これに対して、上記ステップ３０５で、制御定数の偏差の絶対値｜Ｋ１−Ｋ２｜が変更許可範囲内（α≦｜Ｋ１−Ｋ２｜≦β）であると判定された場合には、ステップ３０６に進み、図５の制御定数変更ルーチンを次のようにして実行する。
【００５１】
図５の制御定数変更ルーチンでは、まずステップ４０１で、現在のエンジン運転条件が、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１算出時のエンジン運転条件と同じであるか否かを判定することで、変更予定のサブフィードバック制御定数が現在使用中であるか否かを判定する。
【００５２】
その結果、現在のエンジン運転条件が制御定数Ｋ１算出時のエンジン運転条件と同じである（変更予定のサブフィードバック制御定数が現在使用中である）と判定された場合には、サブフィードバック制御定数を変更すると、ドライバビリティに悪影響を及ぼす可能性があると判断して、ステップ４０２に進み、サブフィードバック制御の補正量が所定値以下であるか否かを判定する。
【００５３】
このステップ４０２で、サブフィードバック制御の補正量が所定値以下であると判定された場合には、現在使用中のサブフィードバック制御定数を変更しても、ドライバビリティに及ぼす影響が小さいと判断して、ステップ４０３に進み、現在のエンジン運転条件における既定のサブフィードバック制御定数を、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１に変更する。
【００５４】
一方、上記ステップ４０２で、サブフィードバック制御の補正量が所定値よりも大きいと判定された場合には、現在使用中のサブフィードバック制御定数を変更すると、ドライバビリティに及ぼす影響が大きいと判断して、サブフィードバック制御定数を変更することなく、本ルーチンを終了する。
【００５５】
これに対して、上記ステップ４０１で、現在のエンジン運転条件が制御定数Ｋ１算出時のエンジン運転条件と同じではない（変更予定のサブフィードバック制御定数が現在使用されていない）と判定された場合には、ステップ４０３に進み、制御定数Ｋ１算出時のエンジン運転条件における既定のサブフィードバック制御定数を、排気浄化システムの劣化度合に応じたサブフィードバック制御定数Ｋ１に変更する。
【００５６】
以上説明した本実施例１の劣化度合判定処理の一例を図１４のタイムチャートを用いて説明する。エンジン運転状態が安定して劣化度合判定実行条件が成立した時点ｔ1 で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を開始する。そして、計測開始から触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な所定時間Ｔ1 が経過した時点ｔ2 で、サブフィードバック制御の学習を停止し（又はサブフィードバック制御とメインフィードバック制御の両方の学習を停止し）、燃料外乱を入力する。
【００５７】
その後、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過した時点ｔ3 で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了する。この劣化度合判定期間（ｔ1 〜ｔ3 ）も、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御を継続する。そして、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了した時点ｔ3 で、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出し、この特徴値に基づいて排気浄化システムの劣化度合を判定すると共に、劣化度合判定期間（ｔ1 〜ｔ3 ）中に停止した学習を再開する。この後、排気浄化システムの劣化度合に応じてサブフィードバック制御定数を変更する。
【００５８】
以上説明した本実施例１では、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して下流側酸素センサ２４の出力を計測し、その出力波形の特徴値に基づいて触媒２２及びその上流側と下流側のセンサ２３，２４を含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定するようにしたので、劣化度合判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化度合を判定することができる。更に、その排気浄化システムの劣化度合に応じてサブフィードバック制御定数を変更するようにしたので、排気浄化システムの劣化度合に応じた適正なサブフィードバック制御定数を設定することができる。
【実施例２】
【００５９】
図１５に示す本発明の実施例２では、ＥＣＵ２７は、劣化度合判定期間中に燃料外乱を所定の入力パターンで入力する処理を実行するための燃料外乱入力フラグを持ち、エンジン運転状態が安定して劣化度合判定実行条件が成立した時点ｔ1 から触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な所定時間Ｔ1 が経過した時点ｔ2 で、燃料外乱入力条件が成立して燃料外乱入力フラグをＯＮ（セット）し、この燃料外乱入力フラグのＯＮにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力する。その他の事項は、前記実施例１と同じである。
【００６０】
以上説明した本実施例２では、燃料外乱入力フラグのＯＮにより、常に狙ったタイミングで同量の燃料外乱を極めて簡単に入力することができる利点がある。
【実施例３】
【００６１】
図１６に示す本発明の実施例３では、劣化度合判定期間中に燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動（トルクダウンやトルクアップ）を、エミッションに影響を与えないエンジン制御パラメータの変更により補償するようにしている。ここで、エミッションに影響を与えないエンジン制御パラメータとしては、例えば、スロットル開度、点火時期、噴射回数、可変バルブタイミング等が挙げられる。図１６の例では、燃料外乱の入力パターンに合わせて点火時期を補正することで、燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動を抑制するようにしている。その他の事項は前記実施例１又は実施例２と同じである。
【００６２】
以上説明した本実施例３のように、劣化度合判定期間中に燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動を、エミッションに影響を与えない点火時期等のエンジン制御パラメータの変更により補償するようにすれば、劣化度合判定期間中に運転者にドライバビリティの悪化を感じさせずに排気浄化システムの劣化度合判定を行うことができる。
【００６３】
尚、図１のシステム構成例では、上流側センサ２３に空燃比センサを用い、下流側センサ２４に酸素センサを用いたが、下流側センサ２４にも空燃比センサを用いても良く、勿論、上流側センサ２３と下流側センサ２４の両方に酸素センサを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１の劣化度合判定実行条件成立判断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１のシステム劣化度合判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１の制御定数変更判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施例１の制御定数変更ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】触媒の定常ＮＯｘ排出特性の一例を示す図である。
【図７】最大酸素吸蔵量の算出方法を説明する図である。
【図８】最大酸素吸蔵量と燃料外乱の量との関係の一例を示す図である。
【図９】最大酸素吸蔵量と燃料外乱の入力時間との関係の一例を示す図である。
【図１０】触媒の浄化特性の一例を示す図である。
【図１１】空燃比発生頻度の一例を示す図である。
【図１２】特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する方法を説明する図である。
【図１３】下流側酸素センサの出力波形の特徴値を抽出する方法を説明する図である。
【図１４】実施例１の劣化度合判定処理を説明するタイムチャートである。
【図１５】実施例２の劣化度合判定処理を説明するタイムチャートである。
【図１６】実施例３の劣化度合判定処理を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…触媒、２３…上流側センサ、２４…下流側センサ、２７…ＥＣＵ（メインフィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，システム劣化度合判定手段，制御定数変更手段）
【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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