JP4547020B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気通路に備える触媒装置の劣化状態を診断する構成を有する内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の排気ガスは、内燃機関の排気通路に設置した触媒装置により浄化される。周知のようにこの排気ガスの浄化に用いられる触媒装置は、排気ガスに窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称する）が含まれているときは酸素を吸蔵してＮＯｘを還元し、炭化水素（以下、ＨＣと称する）や一酸化炭素（以下、ＣＯと称する）が含まれているときは吸蔵している酸素を放出してこれらを酸化するものであり、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質の排出を抑制することができる。

従来、この種の触媒装置の劣化を診断するようにした内燃機関の制御装置が種々提案されているが、その一つとして、内燃機関の燃料カット開始から触媒下流側空燃比センサがリーン出力を行うまでに増加する触媒装置の酸素吸蔵量により触媒劣化診断を行なう場合に、前述の増加する触媒装置の酸素吸蔵量を、最大酸素吸蔵量の５０％とみなすことにより、最大酸素吸蔵量を精度良く推定するようにした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１６６４１４号公報

しかしながら、前述の従来の技術によれば、触媒劣化診断開始前の触媒酸素吸蔵量は、空燃比フィードバック制御の範囲内でばらつくため、実際の触媒酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の５０％になっているとは限らず、実際の触媒酸素吸蔵量と算出する触媒酸素吸蔵量に差がでるため、触媒劣化診断時に誤診断が発生するという課題があった。

この発明は、前述のような従来の装置の課題を解決するためになされたのもで、精度の良い触媒装置の劣化診断を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としたものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、リニア空燃比センサにより構成され前記触媒の上流側に配設されて前記上流側の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に配設されて前記下流側の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記触媒の酸素吸蔵量を算出する触媒酸素吸蔵量算出手段と、前記空燃比を振幅制御する空燃比振幅手段と、前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出する触媒酸素吸蔵量を初期化する触媒酸素吸蔵量初期化手段と、前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段により前記触媒の劣化診断を開始するときには、前記触媒酸素吸蔵量初期化手段により前記触媒酸素吸蔵量が正常状態と診断されるべき触媒の下限最大酸素吸蔵量の１／２の量に初期化制御を行ない、前記上流側空燃比センサの出力値を目標空燃比に追従するように燃料噴射量を制御し、前記空燃比振幅手段により前記目標空燃比を中心値を挟んだ所定の振幅により振動させるようにした内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から前記触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、前記振動の周期を前記通常の振動に於ける周期の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の前記振動に移行するようにしたものである。

又、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、リニア空燃比センサにより構成され前記触媒の上流側に配設されて前記上流側の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に配設されて前記下流側の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記触媒の酸素吸蔵量を算出する触媒酸素吸蔵量算出手段と、前記空燃比を振幅制御する空燃比振幅手段と、前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出する触媒酸素吸蔵量を初期化する触媒酸素吸蔵量初期化手段と、前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段により前記触媒の劣化診断を開始するときには、前記触媒酸素吸蔵量初期化手段により前記触媒酸素吸蔵量が正常状態と診断されるべき触媒の下限最大酸素吸蔵量の１／２の量に初期化制御を行ない、前記上流側空燃比センサの出力値を目標空燃比に追従するように燃料噴射量を制御し、前記空燃比振幅手段により前記目標空燃比を中心値を挟んだ所定の振幅により振動させるようにした内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から前記触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、前記振動の振幅を前記通常の振動に於ける振幅の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の前記振動に移行するようにしたものである。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、空燃比の振幅制御の振動の周期を通常の振動に於ける周期の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の振動に移行するようにしたので、触媒劣化診断開始時の触媒酸素吸蔵量を適正化し、触媒劣化診断による誤診断を回避し、診断精度が向上させることが可能となる。

又、この発明による内燃機関の制御装置によれば、触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、空燃比の振幅制御の振幅を通常の振動に於ける振幅の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の振動に移行するようにしたので、触媒劣化診断開始時の触媒酸素吸蔵量を適正化し、触媒劣化診断による誤診断を回避し、診断精度が向上させることが可能となる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。図１に於いて、エアクリーナ１０２は、内燃機関１０１の吸気管１０３に設けられ、内燃機関１０１が吸入する空気を清浄化する。吸気管１０３に設けられたスロットルバルブ１０４は、内燃機関１０１が吸入する空気量を調整する。吸気圧センサ１０５は、吸気管１０３内の圧力を検出する。インジェクタ１０６は、吸気管１０３に設けられ内燃機関１０１に吸入する空気に燃料を噴射して混合気を形成する。

排気管１０７に設置された触媒１１０は、内燃機関１０１から排出される排気ガス中に含まれる有害成分であるＨＣ、及びＣＯを、酸化反応により無害な水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）に変換し、更に、内燃機関１０１から排出される排気ガス中に含まれる有害成分であるＮＯｘを、還元反応により無害な窒素（Ｎ２）に変換する。触媒１１０は、吸蔵していた酸素を前述の酸化反応により放出し、又、前述の還元反応により酸素を吸蔵する。

触媒１１０の上流側で排気管１０７に設けられた上流側空燃比センサ１０８は、触媒１１０の上流側の排気ガスの空燃比を検出する。触媒１１０の下流側で排気管１０７に設けられた下流側空燃比センサ１０９は、触媒１１０の下流側の排気ガスの空燃比を検出する。

内燃機関１０１には、内燃機関１０１が吸入した混合気に火花放電により点火する点火プラグ１１２が設けられ、この点火プラグ１１２は、点火コイル１１１から点火用高電圧が供給されて火花放電を発生する。カム角センサ１１３は、内燃機関１０１のカム軸の回転角度を検出する。内燃機関１０１のカム軸と同期して回転するカム角センサプレート１１４は、その周面がカム角センサ１１３に空隙を介して対向しており、周面に形成された突起又は溝がカム角センサ１１３に近接するとその位置を示す信号をカム角センサから発生させる。

クランク角センサ１１５は、内燃機関１０１のクランク軸の位置を検出しその位置を示す信号を発生する。内燃機関１０１のクランク軸と同期して回転するクランク角センサプレート１０６は、その周面がクランク角センサ１１５に空隙を介して対向しており、周面に形成された突起又は溝がクランク角センサ１１５に近接するとその位置を示す信号をクランク角センサ１１５から発生させる。ウォータジャケット１１７は、内部に冷却水が満たされており内燃機関１０１を冷却する。冷却水の温度を検出する水温センサ１１８は、ウォータジャケット１１７内の冷却水の温度を検出する。ＥＣＵ１１９は、前述の各種センサからの信号情報に基づいて、各種アクチュエータを駆動し、内燃機関１０１の運転を制御する。又、ＥＣＵ１１９は、図２に示すこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の主要部を構成している。

図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概念構成を示す概念構成図である。図２に於いて、触媒酸素吸蔵量初期化手段１２０１は、前述の触媒１１０の触媒劣化診断開始時に触媒酸素吸蔵量を初期化する触媒酸素吸蔵量初期化手段であり、ＥＣＵ１１９により構成されている。吸入空気量算出手段１２０２は、前述の吸気圧センサ１０５及び吸気温センサ（図示せず）等からの情報に基づいて吸入空気量を算出するもので、ＥＣＵ１１９により構成されている。尚、エアフローセンサを備える内燃機関の制御装置に於いては、エアフローセンサが吸入空気量を検出空気量として出力する。

上流空燃比センサ１２０３は、前述の図１に示す上流側空燃比センサ１０８である。下流空燃比センサ１２０４は、前述の図１に示す下流側空燃比センサ１０９である。触媒酸素吸蔵量算出手段１２０５は、触媒１１０内の酸素吸蔵量を算出するもので、ＥＣＵ１１９により構成されている。空燃比振幅手段１２０６は、触媒劣化診断時に中心空燃比を中心として目標空燃比を振動させるための空燃比振幅手段であり、ＥＣＵ１１９により構成されている。触媒劣化診断手段１２０７は、触媒１１０の劣化状態を診断する触媒劣化診断手段であり、ＥＣＵ１１９により構成されている。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置は、燃料噴射制御を行う場合に於いて、触媒１１０の浄化性能を維持するために、内燃機関の冷機時、高負荷時、高回転時等の一部の運転条件を除き、空燃比（以下、Ａ／Ｆと称する）をほぼ理論空燃比に維持する制御を行う。上流側空燃比センサ１０８（図２では１２０３、以下同様）は、リニア型空燃比センサであり、排気ガス中の残存酸素量に応じたＡ／Ｆが、概略「８」〜「２３」の間で検出することが可能である。ＥＣＵ１１９は、目標Ａ／Ｆをほぼ理論空燃比に設定し、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値である検出Ａ／Ｆを、目標Ａ／Ｆに維持するように燃料噴射量を調整する。

触媒１１０の浄化性能は、触媒酸素吸蔵量（以下、ＯＳＣと称する）と相関があり、触媒１１０の劣化度合いが進行するほど実ＯＳＣが低下する傾向にある。触媒劣化診断実施時には、正常であると診断するべき触媒劣化度合いの下限実ＯＳＣの範囲内で目標Ａ／Ｆを振幅制御して、下流側空燃比センサ１０９（図２では１２０４、以下同様）の検出値を上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の検出値と比較することで触媒１１０の劣化を検出する。

即ち、触媒１１０が正常であれば、目標Ａ／Ｆの振幅制御のリーン側では触媒１１０が吸蔵できる酸素量の範囲内でＡ／Ｆが制御されるので、触媒１１０の下流に酸素が流出することがなく、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の検出値はリーン側には振れず、ＮＯｘは触媒１１０内で還元作用により無害化されるので有害ガスが触媒１１０の下流に流出されることはない。逆に、目標Ａ／Ｆの振幅制御のリッチ側では触媒１１０が吸蔵している酸素量を全て使い果たすには至らないので、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の検出値はリッチ側に振れることはなく、ＣＯ、ＨＣは触媒１１０内で酸化作用により無害化されるので有害ガスが触媒下流に流出することはない。

触媒１１０が劣化していれば、目標Ａ／Ｆの振幅制御のリーン側では触媒が吸蔵できる酸素量を越えてＡ／Ｆが制御されるので、触媒１１０の下流に酸素が流出し、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の検出値はリーン側に振れる。逆に、目標Ａ／Ｆの振幅制御のリッチ側では触媒が吸蔵している酸素量を全て使い果たすので、下流側空燃比センサの検出値はリッチ側に振れる。

このように、正常な触媒の実ＯＳＣは、正常であると診断すべき触媒劣化度合いの下限実ＯＳＣ量、即ち触媒劣化診断時の目標Ａ／Ｆの振幅狙い値、よりも多いので下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力値はリーン側に振れない。又、劣化した触媒の実ＯＳＣは、正常であると診断すべき触媒劣化度合いの下限実ＯＳＣ量よりも少ないので下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力値はリーン側に振れることとなり、触媒の劣化検出が可能となる。

次に、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を具体的に説明する。図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて目標Ａ／Ｆの算出と触媒劣化診断に関する処理を示すフローチャートである。この図３に示す処理は、所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。

図３に於いて、ステップ２０１では、触媒劣化診断運転条件が成立したか否かを判定する。触媒劣化診断運転条件とは、触媒劣化診断を誤診断なく診断可能な条件のことであり、内燃機関１０１が暖機状態であることを判断する水温条件（水温≧８０℃）、触媒１１０が暖機状態と判断できる車速条件（車速≧５０ｋｍ／ｈ）、内燃機関１０１が定常運転状態であると判断できるスロットル開度変化条件（スロットル開度変化≦０．１Ｖ）等であり、その状態が所定時間（例えば、３秒）継続している状態である。又、触媒劣化診断運転条件には、今回のドライビングサイクル（今回キースイッチＯＮから次回キースイッチＯＮまで）間で一度も触媒劣化診断が完了していないこと、及び通常の目標Ａ／Ｆの振幅制御に於いてリッチ側の制御が完了したこと、が含まれる。

前述のステップ２０１にて触媒劣化診断運転条件が不成立と判定された場合には、ステップ２０３に進み、通常の目標Ａ／Ｆ算出処理を実施する。続いてステップ２０４に進み触媒劣化診断処理を実施し、ステップ２０５にて触媒劣化診断初期設定処理を実施する。尚、その詳細については後述する。

前述のステップ２０１に於いて触媒劣化診断運転条件が成立と判定されると、ステップ２０２に進み、触媒劣化診断条件が成立しているか否かの判定を行う。触媒劣化診断条件は、触媒劣化診断運転条件の成立が継続しており、かつ、ステップ２０６に於ける診断前の目標Ａ／Ｆ制御が完了した時点で成立となる。触媒劣化診断条件が成立してからは、触媒劣化診断運転条件が成立している間は触媒劣化診断条件の成立が継続し、成立期間が予め設定された触媒劣化指標値演算が確実に実施できる期間継続すると不成立となる。触媒劣化指標値演算が確実に実施できる期間が正常に完了すれば、劣化指標値演算は完了したと判断する。前述のステップ２０２にて触媒劣化診断条件が不成立と判定された場合には、ステップ２０６に進み、診断前の目標Ａ／Ｆ処理を実施する。その詳細については後述する。

ステップ２０２にて触媒劣化診断条件が成立したと判定されれば、ステップ２０７に進み、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ処理を実施し、更にステップ２０８に進んで算出ＯＳＣ演算処理を実施し、ステップ２０９にて触媒劣化指標値演算処理を実施する。その詳細については後述する。

触媒１１０の実ＯＳＣは検出できないので、ＥＣＵ１１９内で他のパラメータを用いて算出することとなる。以降の説明に於いて、触媒１１０の実ＯＳＣは実ＯＳＣ、ＥＣＵ１１９内で演算するＯＳＣは算出ＯＳＣと表現する。

図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて通常の目標Ａ／Ｆを算出する処理を示すフローチャートであり、前述の図３に於けるステップ２０３の詳細である。図４に於いて、ステップ３０１では振幅カウンタがゼロ以下か否かを判定する。通常の目標Ａ／Ｆ制御では、目標中心Ａ／Ｆに対し、振幅の加算、減算量を設定し、所定時間毎に［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ＋加算値］、若しくは［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ−減算値］の演算を行い、目標Ａ／Ｆを算出する。目標Ａ／Ｆを所定時間毎に振動させることで空燃比センサのばらつき等に対する排ガス悪化を低減できると一般的に言われている。

目標中心Ａ／Ｆ、減算値及び加算値、振幅カウンタの初期値（振幅の周期時間）は、排気ガス性能が最良となるように予め設定されている。振幅カウンタは、加算値を加算継続する時間、及び減算値を減算継続する時間をカウントするカウンタであり、一定時間毎に加算、減算を繰り返すように構成される。ステップ３０１での判定の結果、振幅カウンタがゼロよりも大きければステップ３０３に進み振幅カウンタをカウントダウンする。ステップ３０１での判定の結果、振幅カウンタがゼロ以下であれば、ステップ３０２に進み空燃比フィードバック条件が成立した直後か否かを判定する。

ステップ３０２にて空燃比フィードバック条件が成立した直後ではないと判定した場合は、ステップ３０４に進み、今までリッチ側の制御である［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ−減算値］としていた場合は、リーン側の制御である［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ＋加算値］とし、リーン側の制御である［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ＋加算値］としていた場合は、リッチ側の制御である［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ−減算値］として、リッチ、リーンを反転する。次にステップ３１０にて振幅カウンタにカウントする値を設定する。

ステップ３０２にて空燃比フィードバック条件が成立した直後であると判定した場合は、ステップ３０５に進み、リッチ側の制御である［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ−減算値］として、ステップ３０６に進み振幅カウンタにカウントする値を設定する。尚、ステップ３０５に於いてリッチ側の制御を実施するのは、触媒１１０の浄化率特性によりリッチ側へ空燃比がオーバーする方が、リーン側にオーバーする場合に比べて有害ガスの浄化率低下が小さく、有害排ガスの大気への排出が抑制できるためである。

通常の目標Ａ／Ｆで燃料噴射量制御を実施している場合には、算出ＯＳＣは使用しないので、ステップ３０７で算出ＯＳＣをゼロにしておく。使用しないためにゼロにしておくのであり、この実施の形態１に於いては、特にゼロにしないことによる弊害はない。次に、ステップ３０８ではフラグＦ１をゼロにし、ステップ３０９でフラグＦ２をゼロにする。フラグＦ１は、診断前の目標Ａ／Ｆの算出時に振幅時間をコントロールするためのフラグであり、フラグＦ２は、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆの初回算出時にリッチ側の制御から開始するようにコントロールするためのフラグである。

図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて触媒劣化診断前に算出ＯＳＣをゼロにするための制御を示すフローチャートであり、前述の図３に於けるステップ２０６の詳細である。図５に於いて、算出ＯＳＣは、触媒１１０が酸素を全て排出した状態が「０」ｇで、酸素を吸蔵すると正の値をとるが、この実施の形態１では演算の容易性から、正常と診断すべき触媒劣化度の下限の実ＯＳＣの１／２をゼロとして、ゼロを中心にプラス、マイナスの表現で相対的な算出ＯＳＣとして取り扱う。

先ず、ステップ４０１に於いて［目標Ａ／Ｆ＝目標中心Ａ／Ｆ＋加算値］としてリーン側の制御とする。ステップ４０２にてフラグ［Ｆ１＝０］か否かを判定し、フラグＦ１がゼロであれば、ステップ４０３に進み振幅カウンタでカウントする初期値を通常目標Ａ／Ｆ制御時の１／２の時間を設定し、ステップ４０４にてフラグＦ１に「１」を設定する。次に、ステップ４０５で振幅カウンタがゼロ以下であるか否かを判定し、ゼロ以下でなければステップ４０７に進んで振幅カウンタをカウントダウンする。ステップ４０５で振幅カウンタがゼロ以下であれば、ステップ４０６に進んで触媒劣化診断条件が成立したとする。ステップ４０８では算出ＯＳＣをゼロに初期化する。

図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明する説明図である。図６に於いて、横軸は時間である。又、図に於いて、（ａ）は触媒劣化診断運転条件、（ｂ）は触媒劣化診断条件、（ｃ）は上流側Ａ／Ｆ、（ｄ）はＯＳＣ（触媒酸素吸蔵量）、（ｅ）は上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力電圧値（図６には、「フロントＯ２電圧値」と表示している）、（ｆ）は触媒正常時に於ける下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力電圧値（図６には、「リアＯ２電圧値」と表示している）、（ｇ）は触媒劣化時に於ける下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力電圧値（図６には、「リアＯ２電圧値」と表示している）を、夫々示している。

図６に於いて、時点Ａ以前（図に於いてＡより左側）が通常の目標Ａ／Ｆ制御を行っている状態である。上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出されるフロントＡ／Ｆに対する目標Ａ／Ｆ（破線で示される）がリーン側からリッチ側に変化する直前に実ＯＳＣ及び算出ＯＳＣが最大になり、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出されるフロントＡ／Ｆの目標Ａ／Ｆがリッチ側からリーン側に変化する直前に実ＯＳＣおよび算出ＯＳＣが最小になる。またリッチ側及びリーン側の夫々の中間点で実ＯＳＣ及び算出ＯＳＣがゼロとなる。触媒劣化診断を実施する前に、通常の目標Ａ／Ｆにより通常の周期の１／２だけリーン側の制御を実施する（図６に示す時点Ａ〜Ｂの間）ことで、実ＯＳＣをゼロにすることができる。

図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ算出処理を示すフローチャートであり、前述の図３に於けるステップ２０７の詳細を示す。図７に於いて、先ず、ステップ５０１により算出ＯＳＣが上限ＯＳＣ以上であるか否かを判定する。上限ＯＳＣは、正常判定すべき劣化度合いの下限の触媒が有する実ＯＳＣ最大量の１／２の値が設定されている。この値より小さい実ＯＳＣ量の触媒では、内燃機関の排気ガスにより触媒に流入する酸素が触媒の酸素吸蔵量をオーバーするため、酸素が触媒下流に流出し下流側空燃比センサの出力値に現れるため、触媒が劣化しているとして検出できる。

算出ＯＳＣは、図３のステップ２０８で算出される。その算出方法については後述する。ステップ５０１にて算出ＯＳＣが上限ＯＳＣ以上であると判定すると、ステップ５０３に進み、リーン側制御である［目標Ａ／Ｆ＝劣化診断用目標中心Ａ／Ｆ＋劣化診断用加算値］からリッチ側制御である［目標Ａ／Ｆ＝劣化診断用目標中心Ａ／Ｆ−劣化診断用減算値］に目標Ａ／Ｆを変更する。劣化診断用目標中心Ａ／Ｆは、通常制御時の目標中心Ａ／Ｆと同じでも良い。劣化診断用加算値は、通常での加算値よりも大きい値に設定する。劣化診断用減算値は、通常時の減算値よりも大きい値（振幅を大きくする）に設定する。これは、通常時は劣化と診断すべき触媒に於いても極力有害排ガスを大気に放出するのを防ぐために、触媒での浄化率を考慮しつつ振幅は小さく設定するべきであるためである。

ステップ５０１で算出ＯＳＣが上限ＯＳＣ未満であると判定し、ステップ５０２に進むと、算出ＯＳＣが下限ＯＳＣ以下であるか否かを判定する。ステップ５０２に於いて算出ＯＳＣが下限ＯＳＣ以下であると判定すると、ステップ５０４に進みリッチ側制御である［目標Ａ／Ｆ＝劣化診断用目標中心Ａ／Ｆ−劣化診断用減算値］からリーン側制御である［目標Ａ／Ｆ＝劣化診断用目標中心Ａ／Ｆ＋劣化診断用加算値］に目標Ａ／Ｆを変更する。

ステップ５０２にて算出ＯＳＣが下限ＯＳＣより大きいと判定すると、ステップ５０５に進みフラグＦ２がゼロであるかを判定し、フラグＦ２がゼロであると判定すると、ステップ５０６に於いてリッチ側制御である［目標Ａ／Ｆ＝劣化診断用目標中心Ａ／Ｆ−劣化診断用減算値］とし、ステップ５０７に進んでフラグＦ２を「１」にする。フラグＦ２は、触媒劣化診断条件成立直後の最初の触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ算出時には必ずリッチ制御側から実施するようにコントロールするためのフラグである。触媒劣化診断条件が不成立となった場合にはフラグＦ２はゼロクリア（図４に於けるステップ３０９）され、触媒劣化診断条件成立直後のリッチ側制御完了後にフラグＦ２を「１」にセットすることで実現する。次に、ステップ５０８でフラグＦ１を「０」にする。

このように、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆを算出し、実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆにフィードバック制御することで、算出ＯＳＣが上限ＯＳＣ及び下限ＯＳＣの範囲内になるように燃料噴射量をコントロールする。

図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける算出ＯＳＣの算出処理を示すフローチャートであり、前述の図３に於けるステップ２０８の詳細である。図８に於いて、ステップ６０１では上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出したＡ／Ｆ値が劣化診断用目標中心Ａ／Ｆを最初にリーン側からリッチ側に横切ったか否かを判定する。その判定の結果、検出したＡ／Ｆ値が劣化診断用目標中心Ａ／Ｆを最初にリーン側からリッチ側に横切った場合は、ステップ６０２に進み算出ＯＳＣを「０」にする。次にステップ６０３に進む。

ステップ６０３では、算出ＯＳＣを、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出したＡ／Ｆと吸気管圧力センサ１０５で検出した吸気管圧力値、吸気温センサで検出した吸気温等の情報に基づいて算出した吸入空気量から積算算出する。即ち、［算出ＯＳＣ＝算出ＯＳＣ＋（Ａ／Ｆ−中心Ａ／Ｆ）／中心Ａ／Ｆ×吸入空気量×０．２３×０．０１］の式に基づいて行なう。中心Ａ／Ｆは、劣化診断用目標中心Ａ／Ｆである。前述の図３に於けるステップ２０６では、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出したＡ／Ｆにより算出ＯＳＣをゼロに初期化するため、算出ＯＳＣと実ＯＳＣを一致した値にすることが可能となる。

ステップ６０３に於ける算出ＯＳＣの算出は、図６に於ける時点Ｃのポイントで行われる。この算出ＯＳＣは、触媒劣化診断条件成立時期間では、図８のステップ６０３で演算されるので、図６の（ｄ）に示すＯＳＣの実線になるが、それ以外では「０」に設定される（図４のステップ３０７、図５のステップ４０８）ため、図６の（ｄ）に示すＯＳＣの一点鎖線になる。

図９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断を実施するための触媒劣化指標値演算の処理を示すスローチャートであり、前述の図３に於けるステップ２０９の詳細である。図９に於いて、先ず、ステップ７０１に於いて、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値である図６の（ｃ）に示すフロントＡ／Ｆを、λＯ２センサ相当の電圧値、即ち図６の（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値に変換する。下流側空燃比センサ１０９（１２０４）はλＯ２センサであり、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力値から算出した指標と上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値から算出した指標との相関性で触媒劣化診断を実施するため、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値をλＯ２センサ相当に変換するのである。

次に、ステップ７０２では、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値から変換したフロントＯ２電圧値に基づいて、一次フィルタ演算によりフロントＯ２電圧フィルタ値を算出する。ステップ７０３では、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力電圧値に基づいて、一次フィルタ演算によりリアＯ２電圧フィルタ値を算出する。

次に、ステップ７０４に於いて、フロントＯ２電圧フィルタ値が所定値以上か否かを判定する。その所定値は、例えばＡ／Ｆが理論空燃比よりもリッチ側であるか、リーン側であるかによりλＯ２センサ出力値が反転する０．４５Ｖである。ステップ７０４での判定の結果、フロントＯ２電圧フィルタ値が所定値以上であれば、ステップ７０５に進みフロントＯ２電圧フィルタ値はリッチ出力であると判定する。ステップ７０４での判定の結果、フロントＯ２電圧フィルタ値が所定値未満である場合は、ステップ７０６に進んでフロントＯ２電圧フィルタ値はリーン出力であると判定する。

ステップ７０７では、リアＯ２電圧フィルタ値が所定値以上か否かを判定する。その所定値は、例えばＡ／Ｆが理論空燃比よりもリッチ側であるか、リーン側であるかによりλＯ２センサ出力値が反転する０．４５Ｖである。ステップ７０７での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値が所定値以上であれば、ステップ７０８に進みリアＯ２電圧フィルタ値はリッチ出力であると判定する。ステップ７０７での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値が所定値未満である場合は、ステップ７０９に進み、リアＯ２電圧フィルタ値はリーン出力であると判定する。

次に、ステップ７１０に於いて、フロントＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したか否かを判定する。ステップ７１０での判定の結果、フロントＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したのであれば、ステップ７１１に進みフロントＯ２電圧値の振幅最大値を「０」とする。ステップ７１０での判定の結果、フロントＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したのでなければ、ステップ７１２に進み、フロントＯ２電圧値の振幅最大値を更新する。この更新は、ステップ７１２に［ＦＯ２振幅最大値＝ｍａｘ（ＦＯ２振幅最大値(n-1)、ＦＯ２電圧フィルタ値）］と表示しており、ＦＯ２振幅最
大値(n-1)とＦＯ２電圧フィルタ値とのうちの大きい方を取る。

次にステップ７１３に進み、フロントＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したか否かを判定する。ステップ７１３での判定結果が、フロントＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したのであれば、ステップ７１４に進みフロントＯ２電圧値の振幅最小値を最大値とする。ステップ７１３での判定結果が、フロントＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したのでなければ、ステップ７１５に進みフロントＯ２電圧値の振幅最小値を更新する。この更新は、ステップ７１５に［ＦＯ２振幅最小値＝ｍｉｎ（ＦＯ２振幅最小値(n-1)、ＦＯ２電圧フィルタ値）］と表示しており、ＦＯ２振幅最小値(n-1)とＦＯ２電圧フィルタ値とのうちの小さい方を取る。

次にステップ７１６に於いて、リアＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したか否かを判定する。ステップ７１６での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したのであれば、ステップ７１７に進み、リアＯ２電圧値の振幅最大値を「０」とする。ステップ７１６での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値がリーンからリッチに反転したのでなければ、ステップ７１８に進み、リアＯ２電圧値の振幅最大値を更新する。この更新は、ステップ７１８に［ＲＯ２振幅最大値＝ｍａｘ（ＲＯ２振幅最大値(n-1)、ＲＯ２電圧フィルタ値）］と表示しており、ＲＯ２振幅最大値(n-1)とＲＯ２電圧フィルタ値とのうち大きい方を取る。

ステップ７１９では、リアＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したか否かを判定する。ステップ７１９での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したのであれば、ステップ７２０に進み、リアＯ２電圧値の振幅最小値を最大値とする。ステップ７１９での判定の結果、リアＯ２電圧フィルタ値がリッチからリーンに反転したのでなければ、ステップ７２１に進み、リアＯ２電圧値の振幅最小値を更新する。この更新は、ステップ７２１に［ＲＯ２振幅最小値＝ｍｉｎ（ＲＯ２振幅最小値(n-1)、
ＲＯ２電圧フィルタ値）］と表示しており、ＲＯ２振幅最小値(n-1)とＲＯ２電圧フィル
タ値とのうちの小さい方を取る。

次に、ステップ７２２ではフロントＯ２電圧値の偏差積分値を算出する。この算出は、［ＦＯ２電圧偏差積分値＝ＦＯ２電圧偏差積分値(n-1)＋｜ＦＯ２電圧フィルタ値−ＦＯ
２電圧値｜］として行なう。ステップ７２３に進むと、リアＯ２電圧値の偏差積分値を算出する。この算出は、［ＲＯ２電圧偏差積分値＝ＲＯ２電圧偏差積分値(n-1)＋｜ＲＯ２
電圧フィルタ値−ＲＯ２電圧値｜］として行なう。

次に、ステップ７２４に進み、フロントＯ２電圧値がリッチからリーンもしくはリーンからリッチに反転したか否かを判定し、反転していれば、ステップ７２５に進みフロントＯ２電圧値の振幅積算値を算出する。この算出は、［ＦＯ２電圧振幅積算値＝ＦＯ２電圧振幅積算値(n-1)＋｜ＦＯ２振幅最大値−ＦＯ２振幅最小値｜］として行なう。次にステ
ップ７２６に進み、リアＯ２電圧値の振幅積算値を算出する。この算出は、［ＲＯ２電圧振幅積算値＝ＲＯ２電圧振幅積算値(n-1)＋｜ＲＯ２振幅最大値−ＲＯ２振幅最小値｜］
として行なう。

図１０は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断を実施する処理を示すフローチャートであり、図３のステップ２０４の詳細である。図１０に於いて、ステップ８０１では、触媒劣化指標値であるフロントＯ２電圧値の偏差積分値、リアＯ２電圧値の偏差積分値、フロントＯ２電圧値の振幅積算値、リアＯ２電圧値の振幅積算値の演算が実施され完了しているか否かの判定を行う。前述の図９での処理が正常に完了し、触媒劣化指標値である前述のフロントＯ２電圧値の偏差積分値、リアＯ２電圧値の偏差積分値、フロントＯ２電圧値の振幅積算値、リアＯ２電圧値の振幅積算値の４つの値が正常に演算されていれば、触媒劣化指標値の演算が完了したと判断される。

ステップ８０１での判定の結果、前述の４つの触媒劣化指標値の演算が完了していれば、ステップ８０２に進み、電圧偏差積分比を算出する。この算出は、［電圧偏差積分比＝ＲＯ２電圧偏差積分値／ＦＯ２電圧偏差積分値］として行なう、次に、ステップ８０３にて振幅積算比を算出する。この算出は、［振幅積算比＝ＲＯ２電圧振幅積算値／ＦＯ２電圧振幅積算値］として行なう。

次にステップ８０４に進み、触媒劣化診断値を算出する。この算出は、［触媒劣化診断値＝電圧偏差積分比×振幅積算比］として行なう。ステップ８０５では、触媒劣化診断値が判定値である所定値以上であるか否かを判定し、その判定の結果、所定値以上であればステップ８０７に進んで触媒が劣化しており故障と判定する。ステップ８０５での判定の結果、所定値未満であれば、ステップ８０６に進んで、触媒は劣化しておらず正常と判定する。次にステップ８０８に進んで、触媒劣化診断が完了したとしてこの処理を終了する。

図１１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断値の初期値設定のルーチンを示すフローチャートであり、前述の図３のステップ２０５の詳細である。触媒劣化診断の初期値設定の処理は、図示しないＥＣＵの電源投入時に起動される処理でも実施されるが、図３のステップ２０５での処理、即ち図１１に示す処理は、触媒劣化診断指標値演算が最後まで完了せずに途中で中断された場合に於いて、触媒劣化指標値演算を次回やり直すときに正常に演算されるように初期化するものである。

図１１に於いて、ステップ９０１では触媒劣化診断を未完了とする。次に、ステップ９０２に進み、触媒劣化診断条件を不成立とする。ステップ９０３でフロントＯ２電圧値の偏差積分値を「０」にする。次に、ステップ９０４に於いてリアＯ２電圧値の偏差積分値を「０」とする。更にステップ９０５ではフロントＯ２電圧値の振幅積算値を「０」とする。次にステップ９０６ではリアＯ２電圧値の振幅積算値を「０」とする。ステップ９０７に進むと電圧偏差積分比を「０」とする。更にステップ９０８で振幅積算比を「０」とし、ステップ９０９で触媒劣化診断値を「０」とする。以上が、触媒劣化診断値の初期値設定の処理である。

次に、前述の図６を用いて動作を説明する。図６は、前述したように横軸を時間として前述の夫々のフラグ、信号形態を示したものである。図６に於いて、時点Ａ以前（左側）では、触媒劣化診断運転条件が不成立の状態であり、（ｃ）に示すフロントＡ／Ｆは、通常目標Ａ／Ｆの算出処理で算出された目標Ａ／Ｆに対し、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出したＡ／Ｆ値が一致するようにフィードバック制御されている。時点Ａで触媒劣化診断運転条件が成立すると、診断前の目標Ａ／Ｆの算出により、通常の目標Ａ／Ｆの１／２の時間だけ目標Ａ／Ｆをリーン側に制御する（時点Ａ−Ｂ間）。

時点Ｂで診断前の目標Ａ／Ｆ制御が終了すると、時点Ｂでは触媒劣化診断条件が成立し、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ算出制御に移行する。時点Ｃは、触媒劣化診断条件が成立してから最初にフロントＡ／Ｆ値が目標Ａ／Ｆの中心Ａ／Ｆをリーン側からリッチ側に横切った時点であり、この時点で算出ＯＳＣを「０」にリセットする。時点Ｄである触媒劣化診断条件が不成立となるまでは、触媒劣化診断用の目標Ａ／ＦによりＡ／Ｆのフィードバック制御を実施する。時点Ｄ以降は、通常の目標Ａ／Ｆ制御に戻る。

図６の（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値は、前述したように、フロントＡ／ＦからλＯ２センサでの電圧値相当に変換した値である。下流側空燃比センサ１０９（１２０４）がλＯ２センサを使用しており、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）と下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力値から算出した触媒劣化診断値を比較して触媒劣化診断を行うために、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力Ａ／ＦをλＯ２センサ相当に変換する。

上流側空燃比センサ１０８（１２０３）で検出されるＡ／Ｆが同じであっても、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力電圧値は触媒劣化状態によって異なる。触媒１１０が正常時は、触媒の実ＯＳＣが多く、触媒内の酸素量が実ＯＳＣの範囲内で増減し、触媒下流への酸素過剰によるＯ２、ＮＯｘの流出、酸素不足によるＣＯ、ＨＣの流出はないため、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力波形としては振幅が小さい状態となる（図６の（ｆ）に示すリアＯ２電圧値（触媒正常時））。

触媒１１０の劣化度合いが進むと、触媒の実ＯＳＣが減少し、触媒内の酸素量が実ＯＳＣの範囲を越えて増減するため、触媒下流へ酸素過剰によりＯ２、ＮＯｘが流出し、酸素不足によりＣＯ、ＨＣが流出することで、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力波形の振幅が大きくり、上流側空燃比センサ電圧値と波形が近くなる（図６の（ｇ）に示すリアＯ２電圧値（触媒劣化時））。

電圧偏差積分比は、上流側空燃比センサ、下流側空燃比センサのそれぞれの出力電圧値（図６の破線）と出力電圧フィルタ値（図６の実線）の差を積分した値（図６のフロントＯ２電圧値、リアＯ２電圧値の網掛け部分）の比率であり、触媒が劣化する程、下流側空燃比センサ出力値の振幅は大きくなり上流側空燃比センサ出力値に近くなるため、電圧偏差積分値＝ＲＯ２電圧偏差積分値／ＦＯ２電圧偏差積分値として算出した値は、大きくなる。（図６のリアＯ２の振幅面積である網掛け部分が、触媒正常時よりも触媒劣化時の方が大きくなっている。）

振幅積算比は、上流側空燃比センサ１０８（１２０３）、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の夫々の出力電圧フィルタ値（図６の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）の実線）の最大値と最小値の差の積算値の比率であり、触媒１１０が劣化する程、下流側空燃比センサ１０９（１２０４）の出力値の振幅は大きくなり上流側空燃比センサ１０８（１２０３）の出力値に近くなるため、［振幅積算値＝ＲＯ２電圧振幅積算値／ＦＯ２電圧振幅積算値］として算出した値は、大きくなる。つまり、図６の（ｇ）に示す触媒劣化時のリアＯ２電圧値の振幅が、（ｆ）に示す触媒正常時のそれよりも大きくなる。

よって、［触媒劣化診断値＝電圧偏差積分比×振幅積算比］として算出される値は、触媒劣化時ほど大きく、この値を予め触媒劣化と診断すべき値を確認して設定した所定値と比較することで触媒劣化の診断が可能となる。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作と比較するため、前述の従来の装置の動作を図１３により説明する。図１３は、従来の装置の動作を説明する説明図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、夫々図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に対応している。前述の従来の装置では、通常Ａ／Ｆ制御時の算出ＯＳＣは、正常と診断すべき触媒劣化度の下限の実ＯＳＣの１／２とみなすとしている。現在装着されている触媒が、正常と診断すべき劣化度合いの下限の触媒であれば、装着されている触媒の実ＯＳＣの最大値は、上限ＯＳＣと同じである。この触媒は、触媒劣化診断では、正常と診断されなければならない。

従来技術では、通常の目標Ａ／Ｆの制御状態では算出ＯＳＣは常に「０」としているため、触媒の実ＯＳＣを「０」にする制御を行うことなく、どの時点から触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ制御に切り替えても良い。図１３の時点Ａで触媒劣化診断運転条件及び触媒劣化診断条件が成立し、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ制御に移行する。時点Ａでは、通常の目標Ａ／Ｆ制御でのリーン状態でかつリッチ側への移行の直前にあり、触媒の実ＯＳＣは通常時の目標Ａ／Ｆでのフィードバックの範囲内で５０％（１／２）よりも大きく、かつ最大値となる（図１３のＯＳＣの実線）。

一方、算出ＯＳＣ（図１３のＯＳＣの破線）は、通常のフィードバックを実行している状態では「０」とみなすため、触媒劣化診断開始時点Ａでも「０」となっており、実ＯＳＣと算出ＯＳＣがずれた状態にある。

この状態から触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ制御を開始すると、算出ＯＳＣは上限ＯＳＣと下限ＯＳＣの範囲内にあるが、実ＯＳＣは触媒劣化診断開始時点で増加側にずれていたことにより、図１３の丸１に示す部分が、上限ＯＳＣを越えることとなる。

上限ＯＳＣを越えた部分では触媒で吸蔵しきれない排ガス中の酸素はそのまま触媒の下流側に流出され、下流側空燃比センサ電圧値のリーン側の出力値の変動が図１３の丸２に示すように増加するので正常であると診断すべき触媒が装着されているのもかかわらず、劣化していると誤診断されることとなる。

図１３の時点Ａでの実ＯＳＣのずれが減少側にずれていた場合においても、下流側空燃比センサの出力値がリッチ側への変動増加となるため、実ＯＳＣが増加側へずれていた上記説明の場合と同様に触媒が劣化したと誤診断されることとなる。

次に、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置と、前述の従来の装置とを、触媒劣化診断値の演算に沿って更に詳細に説明する。この発明の実施の形態１に於ける図６で示される状態と、従来の装置に於ける図１３で示される状態に対し、触媒劣化診断値を算出する。
ここで、触媒劣化診断値と比較する所定値（判定値）は０．３に設定する。
この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける図６の触媒正常時では、
電圧偏差積分比＝ＲＯ２電圧偏差積分値／ＦＯ２電圧偏差積分値
＝１５．３８／４３．６１＝０．３５３
振幅積算比 ＝ＲＯ２電圧振幅積算値／ＦＯ２電圧振幅積算値
＝２．４／６．４＝０．３７５
触媒劣化診断値＝電圧偏差積分比×振幅積算比
＝０．３５３×０．３７５＝０．１３２
となり、触媒劣化診断値＜０．３であるため正常と判定される。

リアＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にリアＯ２電圧フィルタ値とリアＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図６の（ｆ）に示すリアＯ２電圧値（触媒正常時）の網掛け部分の面積に相当する。

フロントＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にフロントＯ２電圧フィルタ値とフロントＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図６の（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値の網掛け部分の面積に相当する。

ＲＯ２電圧振幅積算値は、ＲＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、ＲＯ２電圧最大値＝０．６５、ＲＯ２電圧最小値＝０．３５で、リッチ、リーンの反転が８回あるので｜０．６５−０．３５｜×８＝２．４となる。

フロントＯ２電圧振幅積算値は、（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、［フロントＯ２電圧最大値＝０．９］、［フロントＦＯ２電圧最小値＝０．１］で、リッチ、リーンの反転が８回あるので［｜０．９−０．１｜×８＝６．４］となる。

図６に於ける触媒劣化時では、
電圧偏差積分比 ＝２５．６４／４３．６１＝０．５８８
振幅積算比 ＝４．０／６．４＝０．６２５
触媒劣化診断値 ＝０．５８８×０．６２５＝０．３６８
となり、触媒劣化診断値≧０．３であるため劣化と診断される。

リアＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にリアＯ２電圧フィルタ値とリアＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図６の（ｆ）に示すリアＯ２電圧値（触媒正常時）の網掛け部分の面積に相当する。

フロントＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にフロントＯ２電圧フィルタ値とフロントＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図６の（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値の網掛け部分の面積に相当する。

リアＯ２電圧振幅積算値は、リアＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、［リアＯ２電圧最大値＝０．７５］、［リアＯ２電圧最小値＝０．２５］で、リッチ、リーンの反転が８回あるので［｜０．７５−０．２５｜×８＝４．０］となる。

フロントＯ２電圧振幅積算値は、フロントＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、［フロントＯ２電圧最大値＝０．９］、［フロントＯ２電圧最小値＝０．１］で、リッチ、リーンの反転が８回あるので［｜０．９−０．１｜×８＝６．４］となる。

これに対し、従来の装置に於ける図１３の触媒正常時では、
電圧偏差積分比 ＝２３．４３／４３．６１＝０．５３７
振幅積算比 ＝３．７６／６．４＝０．５８８
触媒劣化診断値 ＝０．５３７×０．５８８＝０．３１６
となり、触媒劣化診断値≧０．３であるため劣化と診断され、誤診断となる。

リアＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にリアＯ２電圧フィルタ値とリアＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図１３の（ｆ）に示すリアＯ２電圧値（触媒正常時）の網掛け部分の面積に相当する。

フロントＯ２電圧偏差積分値は、１０ｍｓ毎にフロントＯ２電圧フィルタ値とフロントＯ２電圧値の偏差を加算していった値であり、図１３の（ｅ）に示すフロントＯ２電圧値の網掛け部分の面積に相当する。

リアＯ２電圧振幅積算値は、リアＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、［リアＯ２電圧最大値＝０．６２］、［リアＯ２電圧最小値＝０．１５］で、リッチ、リーンの反転が８回あるので［｜０．６２−０．１５｜×８＝３．７６］となる。

フロントＯ２電圧振幅積算値は、フロントＯ２電圧値がリッチ及びリーン反転する毎にリッチ側最大値とリーン側最小値の差分を算出し、累積した値であり、［フロントＯ２電圧最大値＝０．９、ＦＯ２電圧最小値＝０．１］で、リッチ、リーンの反転が８回あるので［｜０．９−０．１｜×８＝６．４］となる。

このように、従来システムでは通常の目標Ａ／Ｆ制御を行っている状態での算出ＯＳＣを５０％（１／２）とみなしていることにより、触媒劣化診断時に算出ＯＳＣと触媒の実ＯＳＣにずれが生じることとなり、正常と診断すべき触媒が装着された状態であっても劣化と誤診断されることがあるが、本実施の形態によればそのような誤診断の発生はなく、精度の良い触媒劣化診断が可能となる。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、触媒劣化診断開始前に、図３のステップ２０６に示すように診断前の目標Ａ／Ｆでの制御を実施し、触媒劣化診断開始時の触媒の実ＯＳＣ量を正常状態と診断すべき触媒の下限ＯＳＣ量の１／２にコントロールしてから触媒劣化診断を開始することで、触媒劣化診断時に触媒の実ＯＳＣ量を越えることがなくなり、触媒劣化診断精度が向上するとともに、触媒劣化診断時の排ガス性能の悪化を防止することが可能となる。

又、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ制御に移行する前に、図５のステップ４０３にて振幅カウンタを通常時の振幅時間の１／２に設定することで、触媒劣化診断開始前に触媒の実ＯＳＣ量を正常状態と診断すべき触媒の下限ＯＳＣ量の１／２にコントロールし、触媒劣化診断開始時に触媒の実ＯＳＣ量がずれていたことによる触媒劣化診断の診断精度の悪化と、触媒劣化診断時の排ガス性能の悪化を防止することが可能となる。

更に、触媒劣化診断をリッチ制御側から行うために、触媒劣化診断開始前の制御をリーン側にすることで触媒劣化診断時の過剰なリッチ制御がなくなり、触媒劣化診断精度の向上および触媒劣化診断時の排ガス悪化を防止することが可能となる。

更に、触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆの算出を最初に実行する場合には、図７のステップ５０６にてリッチ側での制御し、リーン側では触媒浄化率が急に低下することで、有害ガス（ＮＯｘ）が急に増大するが、リッチ側では触媒浄化率の低下はリーン側に比べて緩やかなので、有害ガス（ＨＣ、ＣＯ）の増加が急には発生せずに、触媒劣化診断に移行できるので、排ガス悪化を防止することが可能となる。

又、算出ＯＳＣの算出開始時には、図８のステップ６０２により「０」にリセットして、正常状態と診断すべき触媒の下限ＯＳＣ量の１／２にすることで、触媒の実ＯＳＣ量とＥＣＵ内での算出ＯＳＣを一致させるので、触媒の実ＯＳＣ量と算出ＯＳＣの誤差による触媒劣化診断精度の悪化を防止することが可能となる。

更に、図８のステップ６０１のようにＡ／Ｆが中心Ａ／Ｆをリーン側からリッチ側に横切った時点で算出ＯＳＣをゼロにリセットして算出ＯＳＣの演算を開始することで、触媒に供給される酸素量がＡ／Ｆで決まるため、触媒の実ＯＳＣと算出ＯＳＣを精度良く一致させることができ、さらなる触媒劣化診断精度の向上が可能となる。

実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の診断前目標Ａ／Ｆの処理を示すフローチャートである。実施の形態２での前述の図３の処理は、この実施の形態２に於いても同様である。前述の実施の形態１では図３のステップ２０６の詳細が図５での処理であるが、この実施の形態２では図３のステップ２０６の詳細が図１２となる。その他の詳細の処理については、実施の形態１と同様である。以下の説明では、実施の形態１の場合の処理の異なる図１２についてのみ説明する。

図１２に示すフローチャートの処理は、実施の形態１に於ける図５の処理に置き換わる処理であり、触媒劣化診断前に実施する目標Ａ／Ｆの演算処理である。実施の形態１の場合と同一の処理については同一符号でステップを記載しており、そのステップとの説明は省略する。

図１２に於いて、ステップ１００１では、リーン側への目標Ａ／Ｆ値を通常の１／２とする。例えば、目標中心Ａ／Ｆが「１４．５」、加算値が「０．１」としてリーン側の目標Ａ／Ｆが「１４．６」（＝１４．５＋０．１）の場合、ステップ１００１では「１４．５５」（＝１４．５＋０．０５）となる。次に、ステップ４０２での判定の結果、Ｆ１＝０の場合は、ステップ１００２に進み、振幅カウンタに値をセットして、目標Ａ／Ｆが通常よりもリーン度合いが１／２である状態を通常と同じ時間実施することで、算出ＯＳＣを「０」に制御するものである。

前述の実施の形態１での動作説明に於ける図６では、時点Ａから時点Ｂの間の診断前目標Ａ／Ｆは、通常目標Ａ／Ｆ値の１／２時間であるが、この実施の形態２では、時点Ａから時点Ｂの時間は通常の目標Ａ／Ｆ値の場合と同じであるが、リーン側に設定している目標Ａ／Ｆ値が１／２となるため、実施の形態１と同様の効果が得られる。

このように、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置によれば、触媒劣化開始前に通常よりもリーン度合いが１／２の目標Ａ／Ｆ値を通常と同じ時間設定しても、通常目標Ａ／Ｆ値を１／２時間設定するのと同様に、触媒の実ＯＳＣ量を正常状態と診断すべき触媒の実ＯＳＣ量の１／２に制御することが可能であり、触媒劣化診断精度の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概念構成を示す概念構成図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて目標Ａ／Ｆの算出と触媒劣化診断に関する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて通常の目標Ａ／Ｆを算出する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて触媒劣化診断前に算出ＯＳＣをゼロにするための制御を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断用の目標Ａ／Ｆ算出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける算出ＯＳＣの算出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断を実施するための触媒劣化指標値演算の処理を示すスローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断を実施する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける触媒劣化診断値の初期値設定のルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の診断前目標Ａ／Ｆの処理を示すフローチャートである。 従来の装置の動作を説明する説明図である。

符号の説明

１０１ 内燃機関
１０２ エアクリーナ
１０３ 吸気管
１０４ スロットルバルブ
１０５ 吸気管圧力センサ
１０６ インジェクタ
１０７ 排気管
１０８、１２０３ 上流空燃比センサ
１０９、１２０４ 下流空燃比センサ １１０ 三元触媒
１１１ 点火コイル
１１２ 点火プラグ
１１３ カム角センサ
１１４ カム角センサプレート
１１５ クランク角センサ
１１６ クランク角センサプレート
１１７ ウォータジャケット
１１８ 水温センサ
１１９ ＥＣＵ
１２０１ 触媒酸素吸蔵量初期化手段
１２０２ 吸入空気量算出手段
１２０５ 触媒酸素吸蔵量算出手段
１２０６ 空燃比振幅手段
１２０７ 触媒劣化診断手段

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、リニア空燃比センサにより構成され前記触媒の上流側に配設されて前記上流側の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に配設されて前記下流側の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記触媒の酸素吸蔵量を算出する触媒酸素吸蔵量算出手段と、前記空燃比を振幅制御する空燃比振幅手段と、前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出する触媒酸素吸蔵量を初期化する触媒酸素吸蔵量初期化手段と、前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段により前記触媒の劣化診断を開始するときには、前記触媒酸素吸蔵量初期化手段により前記触媒酸素吸蔵量が正常状態と診断されるべき触媒の下限最大酸素吸蔵量の１／２の量に初期化制御を行ない、前記上流側空燃比センサの出力値を目標空燃比に追従するように燃料噴射量を制御し、前記空燃比振幅手段により前記目標空燃比を中心値を挟んだ所定の振幅により振動させるようにした内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から前記触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、前記振動の周期を前記通常の振動に於ける周期の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の前記振動に移行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、リニア空燃比センサにより構成され前記触媒の上流側に配設されて前記上流側の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に配設されて前記下流側の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記触媒の酸素吸蔵量を算出する触媒酸素吸蔵量算出手段と、前記空燃比を振幅制御する空燃比振幅手段と、前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出する触媒酸素吸蔵量を初期化する触媒酸素吸蔵量初期化手段と、前記触媒の劣化を診断する触媒劣化診断手段とを備え、前記触媒劣化診断手段により前記触媒の劣化診断を開始するときには、前記触媒酸素吸蔵量初期化手段により前記触媒酸素吸蔵量が正常状態と診断されるべき触媒の下限最大酸素吸蔵量の１／２の量に初期化制御を行ない、前記上流側空燃比センサの出力値を目標空燃比に追従するように燃料噴射量を制御し、前記空燃比振幅手段により前記目標空燃比を中心値を挟んだ所定の振幅により振動させるようにした内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化診断前に於ける通常の前記振動から前記触媒の劣化診断時の前記振動に移行するときは、前記振動の振幅を前記通常の振動に於ける振幅の１／２とする触媒酸素吸蔵量初期化制御の過程を経て触媒劣化診断用の前記振動に移行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記触媒酸素吸蔵量初期化制御は、前記空燃比をリーン側にすることを特徴とする請求項第１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記触媒劣化診断手段による前記触媒の劣化診断開始時には、前記空燃比振幅手段により行なう前記振幅制御に於ける前記空燃比をリッチ側から開始することを特徴とする請求項第１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記触媒劣化診断手段による前記触媒の劣化診断開始時には、触媒酸素吸蔵量初期化手段により、前記上流空燃比センサの出力値が前記目標空燃比の中心値になった時点で前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出される酸素吸蔵量を正常状態と診断されるべき触媒状態の下限最大酸素吸蔵量の１／２に初期化することを特徴とする請求項第１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記触媒劣化診断手段による前記触媒の劣化診断開始時には、前記上流空燃比センサの出力値がリーン側からリッチ側へ移行するときに、触媒酸素吸蔵量初期化手段により、前記目標空燃比の中心値になった時点で前記触媒酸素吸蔵量算出手段により算出される酸素吸蔵量を正常状態と診断されるべき触媒状態の下限最大酸素吸蔵量の１／２に初期化することを特徴とする請求項第５に記載の内燃機関の制御装置。

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