JP2000097014A

JP2000097014A - 内燃機関の触媒温度検出装置及び触媒劣化検出装置

Info

Publication number: JP2000097014A
Application number: JP10266716A
Authority: JP
Inventors: Noritake Mitsuya; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】排気通路に前触媒及び後触媒が配置される内
燃機関において、後触媒の温度を間接的に精度よく検出
するとともに、その後触媒温度を用いて後触媒の劣化を
精度よく検出する。【解決手段】前触媒６２及び後触媒６３の温度をそれ
ぞれ模擬する温度カウンタを設ける。機関吸入空気流量
と前触媒温度カウンタ値とに基づいて前触媒温度カウン
タの増減量を算出しその値を更新する。そして、前触媒
温度カウンタ値と機関吸入空気流量と後触媒温度カウン
タ値とに基づいて、後触媒温度カウンタの増減量を算出
しその値を更新する。後触媒下流側の空燃比センサ７６
出力に基づいて後触媒の劣化を検出する際、後触媒温度
カウンタにて表される後触媒温度を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気を浄化すべく
内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度及び劣化を
検出する装置に関し、特に、前触媒及び後触媒からなる
２個の触媒が設けられた内燃機関において後触媒の温度
及び劣化を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
化触媒より下流側の排気通路に配置された下流側空燃比
センサの出力に基づいて触媒の劣化の有無を判定する装
置が知られている。周知のように、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収し、
排気空燃比がリッチのときには吸収した酸素を放出す
る、いわゆるＯ₂ストレージ作用を奏する。このため、
三元触媒が正常であれば、触媒上流側で空燃比が多少変
動した場合であっても、触媒のＯ₂ストレージ作用によ
り触媒下流側での排気の空燃比の変動は小さくなり、下
流側空燃比センサ出力の軌跡長は比較的短くなる。しか
し、触媒のＯ₂ストレージ作用は触媒の劣化とともに低
下するため、触媒が劣化してくると、Ｏ₂ストレージ作
用による酸素の吸放出量が小さくなり、触媒下流側の排
気空燃比は、徐々に大きく変動するようになり、やがて
は触媒上流側の排気空燃比と同様に変動する。すなわ
ち、触媒が劣化すると、下流側空燃比センサ出力の軌跡
長も大きくなる。従って、触媒下流側空燃比センサ出力
の軌跡長を監視することにより触媒の劣化の度合いを知
ることができる。

【０００３】しかし、触媒下流側の空燃比変動は、上述
のように触媒のＯ₂ストレージ能力によっても変化する
が、触媒に流入する排気の流量や空燃比変動の様子によ
っても変化する。また、Ｏ₂ストレージ能力は、上述の
ように触媒の劣化の度合いによっても変化するが、触媒
の温度によっても変化する。そこで、このような観点か
ら誤検出防止を図った種々の触媒劣化検出装置が提案さ
れている。

【０００４】例えば、本願出願人によって先になされた
特願平９−２９４２９９号の願書に添付された明細書及
び図面は、触媒上流側空燃比センサの出力がストイキを
中心とする所定の空燃比範囲にあるときに触媒下流側空
燃比センサの出力に基づいて触媒下流側空燃比変動を監
視する触媒劣化検出装置であって、触媒温度に応じて当
該空燃比範囲を変更するものを開示している。この装置
においては、基本的に排気流量と運転時間とに応じて触
媒温度が推定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、三元触媒よ
り上流側の排気通路に更なる触媒を設置し、機関始動後
の暖機過程における排気浄化性能を確保する場合があ
る。このように上流側の前触媒と下流側の後触媒とから
なる２個の触媒が設けられる場合、前触媒に関しては、
上記した従来技術に示されるように、排気流量と運転時
間とから触媒温度を推定することが可能である。しかし
ながら、後触媒に関しては、前触媒の作用を考慮しなけ
ればならず、単純に排気流量と運転時間とから触媒温度
を推定することはできない。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたも
ので、その目的は、排気通路に排気浄化のために前触媒
及び後触媒が配置される内燃機関において、後触媒の温
度を間接的に精度よく検出することができる触媒温度検
出装置を提供することにある。また、本発明の更なる目
的は、前触媒及び後触媒が配置される内燃機関におい
て、正確な後触媒温度に基づいて後触媒の劣化を精度よ
く検出することができる触媒劣化検出装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、排気通路に排気浄化のために前触
媒及び後触媒が配置される内燃機関において後触媒の温
度を検出する装置であって、前触媒の温度を検出する前
触媒温度検出手段と、後触媒の温度を模擬する後触媒温
度カウンタと、前記前触媒温度検出手段によって検出さ
れる前触媒温度と、機関吸入空気流量と、前記後触媒温
度カウンタの値と、に基づいて、前記後触媒温度カウン
タの増減量を算出し、該増減量を用いて前記後触媒温度
カウンタの値を更新する後触媒温度カウンタ更新手段
と、を具備する、内燃機関の触媒温度検出装置が提供さ
れる。

【０００８】また、本発明によれば、好ましくは、前記
前触媒温度検出手段は、前触媒の温度を模擬する前触媒
温度カウンタと、機関吸入空気流量と、前記前触媒温度
カウンタの値と、に基づいて、前記前触媒温度カウンタ
の増減量を算出し、該増減量を用いて前記前触媒温度カ
ウンタの値を更新する前触媒温度カウンタ更新手段と、
を具備する。

【０００９】また、本発明によれば、排気通路に排気浄
化のために前触媒及び後触媒が配置されるとともに空燃
比が目標空燃比に制御される内燃機関において後触媒の
劣化を検出する装置であって、前記した内燃機関の触媒
温度検出装置と、該後触媒より下流側の排気通路に配置
され、該後触媒より下流側の排気空燃比を検出する下流
側空燃比センサと、少なくとも、前記触媒温度検出装置
によって検出される後触媒温度と前記下流側空燃比セン
サの出力とに基づいて、前記後触媒の劣化の有無を判定
する劣化判定手段と、を具備する、内燃機関の触媒劣化
検出装置が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る触媒温度検出装置及
び触媒劣化検出装置を備えた電子制御式内燃機関の全体
概要図である。内燃機関１は、独立噴射型直列多気筒４
ストロークサイクルレシプロガソリン機関であり、車両
に搭載される。機関１は、シリンダブロック２及びシリ
ンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、
上下方向へ延びる複数のシリンダ４が紙面の厚み方向へ
並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可
能に収容されている。各ピストン５は、コネクティング
ロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されて
いる。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッ
ド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換され
る。

【００１２】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
バルブ１１及び１２の上方には、それぞれ吸気側カムシ
ャフト１３及び排気側カムシャフト１４が回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ
１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６がそれ
ぞれ取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の
端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１
８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミン
グプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されて
いる。

【００１３】すなわち、クランクシャフト７の回転に伴
いタイミングプーリ１９が回転すると、その回転がタイ
ミングベルト２０を介してタイミングプーリ１７及び１
８に伝達される。その際、タイミングプーリ１９の回転
は、その回転速度が１／２に減速されてタイミングプー
リ１７及び１８に伝達される。タイミングプーリ１７の
回転にともない吸気側カムシャフト１３が回転すると、
カム１５の作用により吸気バルブ１１が往復動し、吸気
ポート９が開閉される。また、タイミングプーリ１８の
回転に伴い排気側カムシャフト１４が回転すると、カム
１６の作用により排気バルブ１２が往復動し、排気ポー
ト１０が開閉される。こうして、クランクシャフト７に
よってカムシャフト１３及び１４が回転駆動せしめら
れ、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が７２０°周期
の一定クランク角において開閉せしめられる。

【００１４】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関
１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３
０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。ス
ロットルバルブ３２は、軸３２ａにより吸気通路３０に
回動可能に設けられている。軸３２ａは、ワイヤ等を介
して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連結され
ており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作に
連動してスロットルバルブ３２と一体で回動される。こ
の際のスロットルバルブ３２の傾斜角度に応じて、吸気
通路３０を流れる空気の量（吸入空気量）が決定され
る。サージタンク３３は、吸入空気の脈動（圧力振動）
を平滑化するためのものである。また、スロットルバル
ブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５に
は、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回
転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。

【００１５】吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられ
ている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そ
こから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４
３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イン
ジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流
れる空気とからなる混合気は、吸気行程において吸気バ
ルブ１１を介して燃焼室８へ導入され、圧縮行程におい
てピストン５により圧縮される。

【００１６】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時
には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル
５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流
が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５
０に供給される。点火ディストリビュータ５３は、クラ
ンクシャフト７の回転に同期して２次電流を各気筒の点
火プラグ５０に分配するものであり、カムシャフトによ
って駆動せしめられる。そして、燃焼室８へ導入された
混合気は、点火プラグ５０による点火によって燃焼せし
められる（膨張行程）。この際に生じた高温高圧の燃焼
ガスによりピストン５が往復動し、クランクシャフト７
が回転せしめられ、機関１の駆動力が得られる。

【００１７】燃焼した混合気は、排気行程において排気
ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導
かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、前
触媒としての触媒コンバータ６２、後触媒としての触媒
コンバータ６３等を備えた排気通路６０が接続されてい
る。触媒コンバータ６２及び６３には、不完全燃焼成分
であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化
と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成さ
れるＮＯ_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三
元触媒が収容されている。なお、触媒コンバータ６２
は、機関始動後の暖機過程における排気浄化性能を向上
させるべく設けられた、いわゆるスタート触媒である。
こうして触媒コンバータ６２及び６３において浄化され
た排気ガスが大気中に排出される。

【００１８】機関１には各種のセンサが取付けられてい
る。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温度
（冷却水温ＴＨＷ）を検出するための水温センサ７４が
取付けられている。吸気通路３０には、吸入空気流量
（ＧＡ）を検出するためのエアフローメータ７０が取り
付けられている。吸気通路３０においてエアクリーナ３
１の近傍には、吸入空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出
するための吸気温センサ７３が取付けられている。吸気
通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、
その軸３２ａの回動角度（スロットル開度ＴＡ）を検出
するためのスロットル開度センサ７２が設けられてい
る。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときに
は、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であ
るスロットル全閉信号がアクティブとなる。サージタン
ク３３には、その内部の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する
ための吸気圧センサ７１が取付けられている。

【００１９】排気通路６０の触媒コンバータ６２より上
流側の部分には、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性
を有するＡ／Ｆセンサ（リニア空燃比センサとも呼ばれ
る）７５が取付けられている。また、この機関は、Ａ／
Ｆセンサ７５による空燃比フィードバック制御の制御中
心を変動させることによりＡ／Ｆセンサ７５の出力特性
のばらつきを補償するサブ空燃比フィードバック制御を
実施する機関であり、触媒コンバータ６３より下流の排
気通路には、排気の空燃比が理論空燃比に対してリッチ
かリーンかを検出するための、いわゆるＺ特性を有する
Ｏ₂センサ７６が設けられている。なお、Ａ／Ｆセンサ
及びＯ₂センサの一般的な出力特性は、それぞれ図２及
び図３に示される。

【００２０】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転する２個のロータが内蔵
されており、クランクシャフト７の基準位置を検出する
ために一方のロータの回転に基づいてクランク角（Ｃ
Ａ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パル
スを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けら
れ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転速
度ＮＥ）を検出するために他方のロータの回転に基づい
て３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させる
クランク角センサ８１が設けられている。なお、車両に
は、トランスミッション出力軸の回転速度すなわち車速
ＳＰＤに比例した数の出力パルスを単位時間当たりに発
生する車速センサ８３が取り付けられている。

【００２１】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０
は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転速度制
御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、
そのハードウェア構成は、図４のブロック図に示され
る。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９３に格納されたプ
ログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）９１は、各種センサ及びスイッチからの信号をＡ
／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）９５又は入力インタフェース回
路９６を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処
理を実行し、その演算結果に基づき駆動回路９７ａ〜９
７ｄを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力す
る。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４は、その演
算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所とし
て使用される。また、バックアップＲＡＭ９９は、バッ
テリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の供
給を受け、イグニションスイッチがオフの状態において
も保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を格
納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の各
構成要素は、アドレスバス、データバス及びコントロー
ルバスからなるシステムバス９２を介して接続されてい
る。

【００２２】ＥＣＵ９０においては、各種制御のための
前処理として、吸入空気流量信号、吸気圧信号、スロッ
トル開度信号、吸気温信号及び冷却水温信号が、一定ク
ランク回転角毎に実行されるＡＤ変換ルーチンによって
取り込まれ、ＲＡＭ９４の所定領域にそれぞれ吸入空気
流量データＧＡ、吸気圧データＰＭ、スロットル開度デ
ータＴＡ、吸気温データＴＨＡ及び冷却水温データＴＨ
Ｗとして格納される。また、クランク角センサ８１のパ
ルス信号が入力する毎に、そのパルス間隔から図示しな
いルーチンにより機関回転速度が算出され、ＲＡＭ９４
の所定領域に機関回転速度データＮＥとして格納され
る。

【００２３】点火時期制御は、クランク角センサ８１か
ら得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号
により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期
を決定し、駆動回路９７ｂを介してイグナイタ５１に点
火信号を送るものである。また、アイドル回転速度制御
は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信号及
び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル状態
を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷却水
温度等によって決められる目標回転速度と実際の機関回
転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となる
ように制御量を決定し、駆動回路９７ｃを介してＩＳＣ
Ｖ３６を制御して空気量を調節することにより、最適な
アイドル回転速度を維持するものである。

【００２４】燃料噴射制御は、基本的には、機関１サイ
クル当たりの吸入空気量に基づいて、所定の目標空燃比
を達成する燃料噴射量すなわちインジェクタ４０による
噴射時間を演算し、所定のクランク角に達した時点で燃
料を噴射すべく、駆動回路９７ａを介してインジェクタ
４０を制御するものである。特に、本実施形態に係る機
関１は、三元触媒が常に一定の安定した浄化性能を発揮
しうるように空燃比を制御するものである。すなわち、
Ｏ₂ストレージ能力は、排気ガスがリーン状態にあると
きに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあ
るときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガス
を浄化するものであるが、このような能力は有限なもの
である。従って、Ｏ₂ストレージ能力を効果的に利用す
るためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリ
ーン状態のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵
されている酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量
の半分）に維持することが肝要であり、そのように維持
されていれば、常に一定のＯ₂吸着・放出作用が可能と
なり、結果として触媒による一定の酸化・還元能力が常
に得られる。

【００２５】そして、Ｏ₂ストレージ量を一定に制御す
るために、リニア空燃比センサ７５が用いられ、比例及
び積分動作（ＰＩ動作）によるフィードバック制御（Ｆ
／Ｂ制御）が行われる。すなわち、次回燃料補正量＝Ｋ_FP＊（今回燃料偏差）＋Ｋ_FI＊Σ（今までの燃料偏差）但し、燃料偏差＝実筒内燃料量−目標筒内燃料量実筒内燃料量＝実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量＝空気量検出値／空燃比検出値目標筒内燃料量＝筒内吸気を目標空燃比の混合気とする筒内燃料量＝空気量検出値／目標空燃比Ｋ_FP＝比例項ゲインＫ_FI＝積分項ゲインなる演算により、フィードバック燃料補正量が算出され
る。

【００２６】上記した燃料補正量の演算式において、そ
の比例項は、空燃比をストイキに維持すべく作用する成
分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）を消去す
るように作用する成分である。すなわち、この積分項の
作用により、触媒におけるＯ ₂ストレージ量が一定に維
持される結果となる。例えば、急加速等でリーンガスが
発生した場合には、かかる積分項の作用により、リッチ
ガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効果が相殺さ
れる。なお、本実施形態においては、Ａ／Ｆセンサ７５
の出力特性のばらつきを補償するために、Ｏ₂センサ７
６の出力に基づいてＡ／Ｆセンサ７５によるメイン空燃
比フィードバック制御の制御中心を変動させるサブ空燃
比フィードバック制御も実行される。以下、空燃比制御
に関連する処理ルーチンについて説明する。

【００２７】図５は、筒内空気量推定及び目標筒内燃料
量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートであ
る。本ルーチンは、所定のクランク角ごとに実行され
る。まず、本ルーチンの前回までの走行により得られて
いる筒内空気量ＭＣ_i及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_iを更
新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ−１）回
前のＭＣ_i及びＦＣＲ_iを、第“ｉ＋１”回前のＭＣ
_i+1及びＦＣＲ_i+1とする（ステップ１０２）。これ
は、図６に示されるように、過去ｎ回分の筒内空気量Ｍ
Ｃ_i及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_iのデータをＲＡＭ９４
内に記憶し、今回新たにＭＣ₀及びＦＣＲ₀を算出する
ためである。

【００２８】次いで、ＲＡＭ９４の所定領域から、現在
の吸気管圧力ＰＭ、機関回転速度ＮＥ、及びスロットル
開度ＴＡを求める（ステップ１０４）。次いで、これら
のＰＭ、ＮＥ、及びＴＡのデータより、筒内に供給され
る空気量ＭＣ₀を推定する（ステップ１０６）。なお、
一般に、筒内空気量は、吸気管圧力ＰＭ及び機関回転速
度ＮＥから推定可能であるが、本実施形態では、スロッ
トル開度ＴＡの値の変化より過渡状態を検出し、過渡状
態においても精密な空気量が算出されるようにしてい
る。

【００２９】次いで、筒内空気量ＭＣ₀及び理論空燃比
ＡＦＴに基づき、ＦＣＲ₀←ＭＣ₀／ＡＦＴなる演算を実行して、混合気をストイキとするために筒
内に供給されるべき目標燃料量ＦＣＲ₀を算出する（ス
テップ１０８）。このようにして算出された筒内空気量
ＭＣ₀及び目標筒内燃料量ＦＣＲ₀は、今回得られた最
新のデータとして、図６に示されるような形式でＲＡＭ
９４内に記憶される。

【００３０】図７は、メイン空燃比フィードバック制御
ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この
ルーチンは、所定のクランク角ごとに実行される。ま
ず、フィードバックを実行すべき条件が成立するか否か
を判定する（ステップ２０２）。例えば、冷却水温が所
定値以下の時、機関始動中、始動後増量中、暖機増量
中、Ａ／Ｆセンサ７５の出力信号変化がない時、燃料カ
ット中、等はフィードバック条件不成立となり、その他
の場合は条件成立となる。条件不成立のときには、フィ
ードバック制御による燃料補正量ＤＦを０とし（ステッ
プ２１６）、本ルーチンを終了する。

【００３１】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている燃料偏差（実筒
内燃料量と目標筒内燃料量との偏差）ＦＤ_iを更新す
る。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｍ−１）回前の
ＦＤ_iを第“ｉ＋１”回前のＦＤ_i+1とする（ステップ
２０４）。これは、過去ｍ回分の燃料量差ＦＤ_iのデー
タをＲＡＭ９４内に記憶するとともに、今回新たに燃料
偏差ＦＤ₀を算出するためである。

【００３２】次いで、Ａ／Ｆセンサ７５の出力電圧値Ｖ
ＡＦを検出する（ステップ２０６）。次いで、後述する
サブ空燃比フィードバック制御により算出されているＡ
／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶにより、ＶＡＦ←ＶＡＦ＋ＤＶなる演算を実行して、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦを補
正する（ステップ２０８）。このような補正により、サ
ブ空燃比フィードバック制御において目標電圧に達する
まで、空燃比変動の中心が徐々にシフトしていくことと
なる。そして、このような補正後のＶＡＦに基づき図２
の特性図を参照することにより、現在の空燃比ＡＢＦを
決定する（ステップ２１０）。なお、図２の特性図は、
マップ化されてＲＯＭ７３にあらかじめ格納されてい
る。

【００３３】次に、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量
算出ルーチンにより既に算出されている筒内空気量ＭＣ
_n及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_n（図６参照）に基づき、ＦＤ₀←ＭＣ_n／ＡＢＦ−ＦＣＲ_n なる演算により、実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量
すなわち実筒内燃料量と目標筒内燃料量との偏差を求め
る（ステップ２１２）。なお、このようにｎ回前の筒内
空気量ＭＣ_n及び目標筒内燃料量ＦＣＲ_nを採用する理
由は、現在Ａ／Ｆセンサ７５により検出されている空燃
比と実際の燃焼との時間差を考慮したためである。換言
すれば、過去ｎ回分の筒内空気量ＭＣ_i及び目標筒内燃
料量ＦＣＲ _iを記憶しておく必要があるのは、そのよう
な時間差のためである。

【００３４】次いで、ＤＦ←Ｋ_FP＊ＦＤ₀＋Ｋ_FI＊ΣＦＤ_i なる演算により、比例・積分制御（ＰＩ制御）による燃
料補正量ＤＦが決定される（ステップ２１４）。なお、
右辺第１項はＰＩ制御の比例項であり、Ｋ_FPは比例項ゲ
インである。また、右辺第２項はＰＩ制御の積分項であ
り、Ｋ_FIは積分項ゲインである。

【００３５】図８は、サブ空燃比フィードバック制御ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。このル
ーチンは、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの
場合よりも長い所定の時間周期で実行される。まず、メ
イン空燃比フィードバックの場合と同様に、サブ空燃比
フィードバック制御を実行すべき条件が成立するか否か
を判定する（ステップ３０２）。条件不成立の場合に
は、Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶを０に設定し（ス
テップ３１２）、本ルーチンを終了する。

【００３６】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている電圧偏差（実際
に検出されたＯ₂センサ出力電圧と目標Ｏ₂センサ出力
電圧との差）ＶＤ_iを更新する。すなわち、第ｉ（ｉ＝
０，１，…，ｐ−１）回前のＶＤ_iを第“ｉ＋１”回前
のＶＤ_i+1とする（ステップ３０４）。これは、過去ｐ
回分の電圧偏差ＶＤ_iのデータをＲＡＭ９４内に記憶
し、今回新たに電圧偏差ＶＤ₀を算出するためである。

【００３７】次いで、Ｏ₂センサ７６の出力電圧ＶＯＳ
を検出する（ステップ３０６）。次いで、そのＶＯＳ及
び目標Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳＴ（例えば０．５Ｖ）
に基づいて、ＶＤ₀←ＶＯＳ−ＶＯＳＴなる演算を実行することにより、最新の電圧偏差ＶＤ₀
を求める（ステップ３０８）。

【００３８】最後に、ＤＶ←Ｋ_VP＊ＶＤ₀＋Ｋ_VI＊ΣＶＤ_i なる演算により、ＰＩ制御によるＡ／Ｆセンサ出力電圧
補正量ＤＶを決定する（ステップ３１０）。なお、Ｋ_VP
及びＫ_VIは、それぞれ比例項及び積分項のゲインであ
る。こうして求められた補正量ＤＶは、前述したよう
に、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおい
て、Ａ／Ｆセンサによるフィードバック制御の制御中心
電圧を変化させるために使用される。

【００３９】図９は、燃料噴射制御ルーチンの処理手順
を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の
クランク角ごとに実行される。最初に、前述した筒内空
気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチンにおいて算出
された目標筒内燃料量ＦＣＲ ₀、及びメイン空燃比フィ
ードバック制御ルーチンにおいて算出されたフィードバ
ック補正量ＤＦに基づき、ＦＩ←ＦＣＲ₀＊α＋ＤＦ＋β なる演算を実行して、燃料噴射量ＦＩを決定する（ステ
ップ４０２）。なお、α及びβは、他の運転状態パラメ
ータによって定まる乗算補正係数及び加算補正量であ
る。例えば、αには、吸気温センサ７３、水温センサ７
４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正が含ま
れ、また、βには、燃料の壁面付着量（過渡運転状態に
おいて吸気管圧力の変化に伴い変化する）の変化に基づ
く補正が含まれている。最後に、求められた燃料噴射量
ＦＩをインジェクタ４０の駆動回路９７ａにセットする
（ステップ４０４）。

【００４０】次に、本実施形態における触媒劣化検出の
原理について説明する。本実施形態では、後述するよう
に上流側Ａ／Ｆセンサ７５出力の軌跡長と下流側Ｏ₂セ
ンサ７６出力の軌跡長とに基づいて後触媒６３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ストレージ作用を奏する。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、三元触媒の機能が最大
限に発揮される。

【００４１】また、上述のように、後触媒６３がＯ₂ス
トレージ作用を十分に発揮している場合には、後触媒６
３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、その変動は小さくなる。このため、後触媒６
３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７６出力の軌跡長ＬＶＯＳ（図１
０(B) ）は上流側Ａ／Ｆセンサ出力の軌跡長ＬＶＡＦ
（図１０(A) ）に比較して小さくなる。ところが、後触
媒６３が劣化するとそれに応じてＯ₂ストレージ作用も
低下するようになり、後触媒６３下流側の排気空燃比も
前触媒６２（後触媒が劣化している時点では一般に前触
媒６２も既に劣化している）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７６出力の軌跡長ＬＶＯＳは触媒の劣化とともに上流
側Ａ／Ｆセンサ７５出力の軌跡長ＬＶＡＦに近づくよう
になる。このため、下流側Ｏ₂センサ７６出力の軌跡長
ＬＶＯＳを監視することにより触媒の劣化程度を判定す
ることができる。

【００４２】しかし、下流側Ｏ₂センサ７６出力の変動
周期や振幅は後触媒のＯ₂ストレージ作用の許容空燃比
範囲内であっても後触媒６３に流入する排気の空燃比変
動の周期、振幅により変化する。そこで、本実施形態で
は、前触媒６２上流側の排気空燃比変動の状態の相違の
影響を排除するために、上流側Ａ／Ｆセンサ７５のサブ
フィードバック補正後の出力ＶＡＦの変動状態（すなわ
ち出力ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡＦ）と下流側Ｏ₂センサ７
６出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳとを比較することにより
正確な劣化判定を行なうようにしている。すなわち、本
実施形態では下流側Ｏ₂センサ７６出力ＶＯＳの軌跡長
ＬＶＯＳと上流側Ａ／Ｆセンサ７５のサブフィードバッ
ク補正後の出力ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡＦとの比ＬＶＯＳ
／ＬＶＡＦの値がある値より大きくなった場合に三元触
媒が劣化したと判定することができる。

【００４３】図１０(B) 、(C) は、上述した三元触媒の
劣化による下流側Ｏ₂センサ７６出力の変化を、上流側
Ａ／Ｆセンサ７５出力（図１０(A) ）と対応させて説明
する図である。図１０(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Ａ／Ｆセンサ出力の軌跡長ＬＶＡＦは、図
１０(A) に示すように比較的小さな値となる。

【００４４】一方、図１０(B) は、触媒に劣化を生じて
いない場合の下流側Ｏ₂センサ７６の出力波形を示す。
前述のように、触媒に劣化を生じていない場合には、触
媒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７
６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１０(B) に示すよう
に、下流側Ｏ₂センサ７６出力の軌跡長ＬＶＯＳは極め
て小さい値となり、これらの軌跡長の比ＬＶＯＳ／ＬＶ
ＡＦの値も小さくなる。

【００４５】図１０(C) は、触媒に劣化を生じた場合の
下流側Ｏ₂センサ７６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１０(A) ）とほぼ同じ周期で変動するようになるた
め、図１０(C) に示すように下流側Ｏ₂センサ７６の軌
跡長ＬＶＯＳが増大し、軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＡＦは
大きな値を取るようになる。

【００４６】図１１は、本実施形態における触媒劣化検
出に用いる判定値マップを示している。本実施形態で
は、上流側Ａ／Ｆセンサ７５軌跡長ＬＶＡＦの各値に応
じて劣化判定の際の軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＡＦの判定
値を設定している。このため、本実施形態における判定
値マップは、縦軸に下流側Ｏ₂センサ７６出力の軌跡長
ＬＶＯＳをとり、横軸に上流側Ａ／Ｆセンサ７５出力の
軌跡長ＬＶＡＦをとった形で図１１のように表される。

【００４７】図１１のように軌跡長比ＬＶＯＳ／ＬＶＡ
Ｆそのものの代わりにＬＶＯＳとＬＶＡＦとのマップを
用いて判定を行うのは、例えばＬＶＡＦが極端に大きな
値や小さな値であるとき（すなわち上流側の空燃比変動
が極めて大きい場合や小さい場合）には、軌跡長比を用
いて判定を行うと正確な判定ができない場合が生じるか
らである。

【００４８】更に、図１１に示すように、本実施形態で
は触媒が劣化したと判定する領域（劣化領域）と触媒が
正常と判定する領域（正常領域）とは離れており、中間
にどちらにも属さない領域（不感帯）が設けられてい
る。後述するように、本実施形態では、軌跡長ＬＶＯＳ
とＬＶＡＦとの組合せが図１１の劣化領域に入った場合
には触媒が劣化したと判定し、図１１の正常領域に入っ
た場合には触媒が正常と判定するが、それ以外の場合に
は判定を行わない。このように、触媒の劣化判定マップ
に不感帯を設けているのは、触媒の劣化、正常の判定の
信頼度を向上させるためである。

【００４９】ところで、このように下流側Ｏ₂センサ７
６出力の軌跡長に基づいて触媒の劣化判定を行なう場合
には、前述したように触媒に流入する排気空燃比が正常
な触媒のＯ₂ストレージ作用における許容空燃比範囲を
越えて変動するような状態では、たとえ触媒に劣化が生
じていない場合でも触媒下流側での排気空燃比変動が大
きくなり、下流側Ｏ₂センサ７６出力の軌跡長ＬＶＯＳ
が大きくなってしまい、正常な触媒が劣化したと誤判定
されてしまう場合が生じる。

【００５０】また、触媒のＯ₂ストレージ作用は触媒温
度が高くなるほど増大するため、Ｏ ₂ストレージ作用に
おける許容空燃比範囲は触媒温度が高くなるほど広くな
る。このため、触媒温度が高い状態に適合させて上記許
容空燃比範囲を設定してしまうと、触媒温度が低い場合
には誤判定が生じる状態で触媒劣化判定が許可されてし
まう場合が生じる。また、触媒温度が低い状態に適合さ
せて上記許容空燃比範囲を設定してしまうと、触媒温度
が高い場合には本来触媒劣化判定が許可されるべき空燃
比範囲でも触媒劣化判定を行なわないことになり、不必
要に劣化判定頻度を低下させてしまう問題が生じる。

【００５１】そこで、本実施形態では触媒に流入する排
気の許容空燃比範囲を触媒温度に応じて設定し、触媒温
度が高くなるほど許容空燃比範囲が広く設定されるよう
にしている。

【００５２】本実施形態では、前述のように上流側Ａ／
Ｆセンサ７５のサブフィードバック補正後の出力ＶＡＦ
に基づいて触媒に流入する排気空燃比ＡＢＦが算出され
る。そこで、本実施形態では、予め正常な触媒を用いて
Ｏ₂ストレージ作用における許容空燃比範囲を実験によ
り求めておき、上流側空燃比センサ出力ＶＡＦがこの許
容空燃比範囲内に相当する出力範囲内にある場合にのみ
触媒劣化判定操作を行なうようにしている。図１２は、
本実施形態における許容空燃比範囲を示している。図１
２に示すように、本実施形態では許容空燃比範囲は目標
空燃比ＡＦＴ（理論空燃比）を中心として設定され、後
触媒の温度ＴＲが高くなるほど許容空燃比範囲の上限値
ＶＡＦＨは大きく、かつ下限値ＶＡＦＬは小さな値に設
定されている。

【００５３】ところで、上記のように後触媒温度ＴＲに
応じて許容空燃比範囲を設定するためには、機関運転中
の後触媒温度ＴＲを正確に知る必要がある。後触媒温度
ＴＲは後触媒６３の担体に温度センサを配置することに
よっても検出可能であるが、本実施形態では以下に説明
する方法により触媒に温度センサを設置することなく機
関運転状態に基づいて触媒温度を推定するようにしてい
る。

【００５４】以下、本実施形態の触媒温度検出方法につ
いて説明する。本実施形態のように前触媒６２と後触媒
６３とからなる２個の触媒が設けられる場合、前触媒６
２に関しては、従来技術と同様に、排気流量と運転時間
とから触媒温度を推定することが可能であるが、後触媒
６３に関しては、前触媒６２の作用を考慮しなければな
らず、単純に排気流量と運転時間とから触媒温度を推定
することはできない。まず、前触媒６２の温度の検出方
法について説明する。この検出方法は、触媒が１個しか
ない場合の触媒温度検出方法と同一である。

【００５５】実際の運転中には、触媒温度は機関運転状
態に応じて変動しているが、例えば機関空燃比が理論空
燃比にフィードバック制御されている場合には、機関燃
焼室内の燃焼温度は大きく変化しないため、触媒温度の
単位時間当たりの上昇速度と下降速度とは、排気流量
（機関吸入空気流量）とその時の触媒温度とによって定
まる。

【００５６】図１３、図１４は前触媒温度ＴＦの機関吸
入空気流量ＧＡによる時間変化を示すグラフであり、図
１３は温度上昇（加熱）、図１４は温度下降（冷却）の
場合を示している。図１３、図１４は横軸の単位時間と
して後述する前触媒温度検出ルーチンの実行間隔ｔを取
って示している。

【００５７】図１３から判るように、触媒温度は現在の
触媒温度が低いほど、また機関吸入空気量が大きいほど
急速に上昇し、触媒温度が高くなるにつれて上昇速度は
低下してある程度の時間が経過すると機関吸入空気流量
により定まる一定の温度に収束する。例えば、図１３に
おいて、機関吸入空気流量ＧＡ₂の場合について見る
と、初期温度がＴ₀であった場合には前触媒温度ＴＦは
最初は単位時間ｔ当たりＴ₂−Ｔ₀だけ上昇するが、初
期温度がＴ₄の場合には単位時間当たりＴ₅−Ｔ ₄しか
上昇せず、更に初期温度がＴ₅（機関吸入空気流量ＧＡ
₂の場合の最終到達温度）の場合には温度上昇は０とな
る。

【００５８】また、冷却の場合は、図１４に示すよう
に、触媒温度は、現在の触媒温度が高いほど、また機関
吸入空気流量が小さいほど急速に下降し、触媒温度が低
下するにつれて下降速度は低下してある程度の時間が経
過すると機関吸入空気流量により定まる一定の温度に収
束する。例えば、図１４において、機関吸入空気流量Ｇ
Ａ₂の場合について見ると、初期温度がＴ₉であった場
合には前触媒温度ＴＦは最初は単位時間あたりＴ₉−Ｔ
₇だけ下降するが、初期温度がＴ₇の場合には単位時間
当たりＴ₇−Ｔ₆しか下降せず、更に初期温度がＴ
₅（機関吸入空気流量ＧＡ₂の場合の最終到達温度）の
場合には温度降下は０となる。

【００５９】本実施形態では、各前触媒温度ＴＦにおけ
る単位時間当たりの変化量ΔＴＦと機関吸入空気流量Ｇ
Ａとの組合せについて図１３、図１４の関係を予め実験
等により求めて図１５に示すような形式の数値テーブル
（マップ）としてＥＣＵ９０のＲＯＭ９３に格納してあ
る。

【００６０】また、図１３から図１５は空燃比フィード
バック制御実行中の触媒温度変化について示したが、例
えば燃料増量中、燃料カット実施中にも図１３又は図１
４と同様な関係が成立する。本実施形態では、燃料増量
中、燃料カット実施中の前触媒温度の単位時間当たり変
化についても、別途図１５と同様な形式の数値テーブル
を予め実験等により作成し、ＲＯＭ９３に格納してあ
り、ＣＰＵ９１は、機関運転中にこれらのマップを用い
て前触媒温度ＴＦの単位時間当たりの変化ΔＴＦを積算
して現在の前触媒温度を常時算出している。

【００６１】図１６は、本実施形態の前触媒温度検出ル
ーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＣＰ
Ｕ９１により一定時間（図１３、図１４の単位時間ｔ）
毎に実行される。

【００６２】図１６においてルーチンがスタートする
と、ステップ５０２では現在の機関吸入空気流量ＧＡ
が、またステップ５０４では前回ルーチン実行時に算出
した前触媒温度ＴＦがそれぞれ読み込まれる。このＴＦ
は、前触媒６２の温度を模擬するカウンタとしてＲＡＭ
９４内に形成される。また、機関始動時には、ＴＦの初
期値として吸入空気温度ＴＨＡまたは冷却水温度ＴＨＷ
のうちいずれか高い温度が使用される。ステップ５０６
では、現在、燃料増量実施中か否か、ステップ５０８で
は現在、燃料カット実施中か否かが判定され、現在、燃
料増量も燃料カットも実施されていない場合（すなわ
ち、空燃比フィードバック制御中である場合）には、ス
テップ５１０に進み、図１５に示したマップから、現在
の機関吸入空気流量ＧＡと前触媒温度ＴＦとを用いて、
単位時間当たりの前触媒温度変化量ΔＴＦが決定され
る。

【００６３】次いで、ステップ５１２では、ΔＴＦを用
いて、今回のルーチン終了時の前触媒温度がＴＦ＋ΔＴ
Ｆとして算出される。また、ステップ５１４では、算出
したＴＦの値がＲＡＭ９４の所定領域に格納され、今回
のルーチン実行は終了する。また、ステップ５０６で現
在、燃料増量中、またはステップ５０８で現在、燃料カ
ット実施中であった場合には、それぞれステップ５１６
またはステップ５１８で別途、燃料増量時または燃料カ
ット時のΔＴＦのマップを用いてΔＴＦが算出され、こ
のΔＴＦの値を用いてステップ５１２以下が実行され
る。本ルーチン実行により、ＲＡＭ９４の所定領域に
は、常に現在の前触媒温度ＴＦが格納されるようにな
る。

【００６４】次に、後触媒６３の温度の検出方法につい
て説明する。上述のように、前触媒温度ＴＦの単位時間
当たり変化量ΔＴＦは、前触媒温度ＴＦと機関吸入空気
流量ＧＡとの２変数を入力とする２次元マップ（図１
５）上に定義されている。しかし、後触媒温度ＴＲは、
前触媒温度ＴＦの影響をも受けるため、後触媒温度ＴＲ
の単位時間当たり変化量ΔＴＲは、後触媒温度ＴＲと機
関吸入空気流量ＧＡと前触媒温度ＴＦとの３変数を入力
とする３次元マップ上に定義される。本実施形態では、
図１７に示すような形式の数値テーブル（マップ）がＲ
ＯＭ９３に格納されている。

【００６５】なお、図１７(A) は、前触媒温度ＴＦ＝Ｔ
Ｆ₁のときに吸入空気流量ＧＡと後触媒温度ＴＲとに応
じて後触媒温度変化量ΔＴＲを定める２次元マップであ
り、図１７(B) は、前触媒温度ＴＦ＝ＴＦ₂（＞Ｔ
Ｆ₁）のときに吸入空気流量ＧＡと後触媒温度ＴＲとに
応じて後触媒温度変化量ΔＴＲを定める２次元マップで
あり、図１７(C) は、前触媒温度ＴＦ＝ＴＦ_l（＞ＴＦ
_l-1）のときに吸入空気流量ＧＡと後触媒温度ＴＲとに
応じて後触媒温度変化量ΔＴＲを定める２次元マップで
あり、これらが全体として上述の３次元マップを構成す
ることとなる。

【００６６】図１７のマップ上の値は、実験等によって
適合せしめられることとなるが、前触媒温度ＴＦが高く
なると、吸入空気流量ＧＡが低いほど又は後触媒温度Ｔ
Ｒが低いほど、後触媒への流入排気温度が高い分、後触
媒温度変化量ΔＴＲは大きくなるという傾向を示す。な
お、本実施形態では、燃料増量中、燃料カット実施中の
後触媒温度の単位時間当たり変化についても、別途図１
７と同様な形式の数値テーブルを予め実験等により作成
し、ＲＯＭ９３に格納してある。

【００６７】図１８は、本実施形態の後触媒温度検出ル
ーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＣＰ
Ｕ９１により一定時間毎に実行される。図１８において
ルーチンがスタートすると、ステップ６０２では現在の
機関吸入空気流量ＧＡが、またステップ６０４では図１
６のルーチン実行により算出した前触媒温度ＴＦが、ま
たステップ６０６では前回の本ルーチン実行時に算出し
た後触媒温度ＴＲがそれぞれ読み込まれる。このＴＲ
は、後触媒６３の温度を模擬するカウンタとしてＲＡＭ
９４内に形成される。また、機関始動時には、ＴＲの初
期値として吸入空気温度ＴＨＡまたは冷却水温度ＴＨＷ
のうちいずれか高い温度が使用される。ステップ６０８
では、現在、燃料増量実施中か否か、ステップ６１０で
は現在、燃料カット実施中か否かが判定され、現在、燃
料増量も燃料カットも実施されていない場合（すなわ
ち、空燃比フィードバック制御中である場合）には、ス
テップ６１２に進み、現在の前触媒温度ＴＦと機関吸入
空気流量ＧＡと後触媒温度ＴＲとを用いて、図１７に示
したマップに基づく補間計算を行うことにより、単位時
間当たりの後触媒温度変化量ΔＴＲが決定される。

【００６８】次いで、ステップ６１４では、ΔＴＲを用
いて、今回のルーチン終了時の後触媒温度がＴＲ＋ΔＴ
Ｒとして算出される。また、ステップ６１６では、算出
したＴＲの値がＲＡＭ９４の所定領域に格納され、今回
のルーチン実行は終了する。また、ステップ６０８で現
在、燃料増量中、またはステップ６１０で現在、燃料カ
ット実施中であった場合には、それぞれステップ６１８
またはステップ６２０で別途、燃料増量時または燃料カ
ット時のΔＴＲのマップを用いてΔＴＲが算出され、こ
のΔＴＲの値を用いてステップ６１４以下が実行され
る。本ルーチン実行により、ＲＡＭ９４の所定領域に
は、常に現在の後触媒温度ＴＲが格納されるようにな
る。

【００６９】図１９、図２０は、本実施形態の後触媒劣
化検出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチ
ンは、ＣＰＵ９１により一定時間毎に実行されるルーチ
ンとして行なわれる。図１９においてステップ７０２で
は、まず機関回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭがＲＡＭ９４か
ら読み込まれるとともに、上流側Ａ／Ｆセンサ７５出力
ＶＡＦ及び下流側Ｏ₂センサ７６出力ＶＯＳが読み込ま
れる。

【００７０】ステップ７０４では、触媒劣化判定実行条
件が成立しているか否かが判定される。ここで、劣化判
定実行条件は、例えば現在空燃比フィードバック制御が
実行中であること、機関運転状態が安定していること
（例えば機関回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭの変化速度が所
定値より小さいこと）等である。劣化判定条件が成立し
ていない場合にはステップ７０４実行後、本ルーチンは
直ちに終了する。

【００７１】ステップ７０４で触媒劣化判定条件が成立
する場合には、次いで、ステップ７０６とステップ７０
８で、現在の機関回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭ（すなわち
機関負荷）とが所定の範囲（ＮＥＬ＜ＮＥ＜ＮＥＨ及び
ＰＭＬ＜ＰＭ＜ＰＭＨ）にあるか否かが判定される。ス
テップ７０６とステップ７０８でＮＥ又はＰＭのいずれ
かが所定範囲にない場合には触媒劣化判定は実行せずそ
のままルーチンを終了する。すなわち機関回転速度と機
関負荷とのいずれかが極端に高いか低いかの運転状態で
は触媒劣化判定を実行しない。

【００７２】ステップ７０６と７０８とで機関回転速度
ＮＥと吸気圧ＰＭとの両方が所定範囲内にあった場合に
は、次いでステップ７１０で図１８のルーチンで算出し
た現在の後触媒温度ＴＲが読み込まれ、ステップ７１２
ではこの後触媒温度ＴＲに基づいて、図１２に示した関
係から現在の後触媒温度ＴＲにおけるＯ₂ストレージ作
用の許容空燃比範囲ＶＡＦＬとＶＡＦＨとが決定され
る。そして、ステップ７１４では、ステップ７０２で読
み込んだ現在の触媒上流側排気空燃比が上記許容空燃比
範囲（ＶＡＦＬ≦ＶＡＦ≦ＶＡＦＨ）内にあるか否かが
判定される。ステップ７１４で現在の触媒上流側空燃比
が許容範囲にない場合（ＶＡＦ＜ＶＡＦＬまたはＶＡＦ
＞ＶＡＦＨ）にはステップ７１６以下の操作は行なわれ
ず、ルーチンはそのまま終了する一方、現在の触媒上流
側空燃比が許容範囲にある場合（ＶＡＦＬ≦ＶＡＦ≦Ｖ
ＡＦＨ）のみステップ７１６以下の触媒劣化判定操作を
行なう。すなわち、本実施形態では後触媒温度ＴＲを推
定し、この後触媒温度ＴＲに応じて触媒劣化診断実行空
燃比範囲が設定される。

【００７３】ステップ７１４で現在の触媒上流側空燃比
が診断実行空燃比範囲にあった場合には、次にステップ
７１６で上流側Ａ／Ｆセンサ出力ＶＡＦの軌跡長ＬＶＡ
Ｆと下流側Ｏ₂センサ出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳとが
算出される。本実施形態では、センサ出力の軌跡長は近
似的に前回ルーチン実行時のセンサ出力と今回ルーチン
実行時のセンサ出力との差の絶対値を積算することによ
り求められる（図２１参照）。なお、ＶＡＦＯ、ＶＯＳ
Ｏは前回ルーチン実行時のＶＡＦ及びＶＯＳの値であり
ルーチン実行毎にステップ７１８で更新される。

【００７４】上記により軌跡長ＬＶＡＦとＬＶＯＳとを
積算した後、ステップ７２０では、計時カウンタＣＴの
値が１増加される。すなわち、カウンタＣＴの値は、ス
テップ７０４から７０８まで及びステップ７１４の条件
が成立している間はルーチン実行毎に１ずつ増大する。
そして、ステップ７２２で計時カウンタＣＴの値がＣＴ
₀に到達したと判定される場合には、ステップ７２４以
下の劣化判定操作が実行される。なお、ＣＴ₀は２０／
Δｔ程度（Δｔは本ルーチンの実行間隔（秒））の値と
される。このように、本実施形態では軌跡長ＬＶＡＦと
ＬＶＯＳとを断続的にであっても２０秒程度の間積算で
きた場合にはステップ７２４以下の劣化判定操作が実行
されることになる。

【００７５】次にステップ７２４以下の劣化判定操作に
ついて説明する。ステップ７２４では、上記により積算
した上流側Ａ／Ｆセンサと下流側Ｏ₂センサの軌跡長Ｌ
ＶＡＦとＬＶＯＳとが前述の劣化判定マップの劣化領域
（図１１参照）に入っているか否かが判定され、劣化判
定領域にある場合にはステップ７２６で劣化フラグＸＦ
の値が１（劣化）にセットされる。また、ＬＶＡＦ、Ｌ
ＶＯＳの値が劣化領域にない場合には次にステップ７２
８でＬＶＡＦ、ＬＶＯＳの値が正常領域（図１１参照）
にあるか否かが判定される。そして、正常領域にある場
合にはステップ７３０で劣化フラグＸＦの値は０（正
常）にリセットされる。また、ステップ７２４とステッ
プ７２８とで劣化、正常のいずれの判定実行条件も成立
しなかった場合には、劣化フラグＸＦの値は変更されず
そのままに保持される。なお、劣化フラグＸＦの値は、
ＥＣＵ９０のバックアップＲＡＭ９９に格納され次回の
点検、修理に備えられるとともに、劣化フラグＸＦの値
が１にセットされるとＣＰＵ９１により実行されるルー
チンによりアラームランプ６８（図１参照）が点灯さ
れ、運転者に触媒の劣化が生じていることが報知され
る。

【００７６】ステップ７３２は劣化判定終了後の操作を
示す。すなわち、ステップ７３２では計時カウンタＣ
Ｔ、及び今までに算出した軌跡長ＬＶＡＦとＬＶＯＳの
積算値が全てクリアされる。これにより次回のルーチン
実行時からは新たに軌跡長ＬＶＡＦとＬＶＯＳとの積算
が開始される。

【００７７】以上の実施形態では、前触媒温度カウンタ
及び後触媒温度カウンタがそれぞれ１個設けられている
が、劣化判定用と正常判定用とで別々に温度カウンタを
設けて精度向上を図ることができる。すなわち、劣化判
定の場合、触媒温度が高すぎると、劣化触媒であっても
活性化して正常であると誤判定されるおそれがある。そ
れを防止するためには、触媒温度が高すぎないようにす
ることが必要であるが、そのためには、温度カウンタが
実際の温度より高くなることがないようにしなければな
らない。こうするためには、図１５及び図１７のマップ
を作成するときに、最も温度の上がりにくい前触媒及び
後触媒の組み合わせを用いて適合すればよい。

【００７８】一方、正常判定の場合、触媒温度が低すぎ
ると、正常触媒であっても活性化せず劣化していると誤
判定されるおそれがある。それを防止するためには、触
媒温度が低すぎないようにすることが必要であるが、そ
のためには、温度カウンタが実際の温度より低くなるこ
とがないようにしなければならない。こうするために
は、図１５及び図１７のマップを作成するときに、最も
温度の上がりやすい前触媒及び後触媒の組み合わせを用
いて適合すればよい。かくして、前触媒温度カウンタ及
び後触媒温度カウンタについてそれぞれ劣化判定用と正
常判定用とを設けることで、触媒劣化検出精度が向上す
る。

【００７９】また、上述の実施形態では、後触媒温度Ｔ
Ｒの単位時間当たり変化量ΔＴＲは、後触媒温度ＴＲと
機関吸入空気流量ＧＡと前触媒温度ＴＦとの３変数を入
力とする３次元マップ（図１７）上に定義され、このマ
ップを用いた補間計算が実行されることとなるが、この
補間計算がＣＰＵにとって大きな負荷となる可能性があ
る。そこで、図２２（Ａ）に示されるような、後触媒温
度ＴＲと機関吸入空気流量ＧＡとから基本的な後触媒温
度変化量ΔＴＲを求めるマップと、図２２（Ｂ）に示さ
れるような、前触媒温度ＴＦからΔＴＲに対する補正量
ΔＴＲＤを求めるマップを準備しておき、ＴＲ←ＴＲ＋ΔＴＲ＋ΔＴＲＤなる演算により、後触媒温度カウンタＴＲを更新してい
くようにすることもできる。この場合、上記実施形態に
比較して若干精度が落ちるが、演算量が低減するという
効果がある。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気通路に排気浄化のために前触媒及び後触媒が配置さ
れる内燃機関において、後触媒の温度が間接的に精度よ
く検出されるとともに、その正確な後触媒温度を利用し
て後触媒の劣化が精度よく検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る触媒温度検出装置及び触媒劣化検
出装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。

【図２】空燃比とＡ／Ｆセンサ出力電圧との関係を示す
特性図である。

【図３】空燃比とＯ₂センサ出力電圧との関係を示す特
性図である。

【図４】機関ＥＣＵのハードウェア構成の例を示すブロ
ック図である。

【図５】筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図６】推定された筒内空気量及び算出された目標筒内
燃料量の記憶状態を説明するための図である。

【図７】メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処
理手順を示すフローチャートである。

【図８】サブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理
手順を示すフローチャートである。

【図９】燃料噴射制御ルーチンの処理手順を示すフロー
チャートである。

【図１０】触媒の劣化による下流側Ｏ₂センサ出力の変
化を説明する図である。

【図１１】上流側空燃比センサ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く触媒劣化判定マップ
を示す図である。

【図１２】触媒劣化診断実行空燃比範囲の一例を示す図
である。

【図１３】触媒温度変化（上昇時）と排気流量との関係
を示す図である。

【図１４】触媒温度変化（下降時）と排気流量との関係
を示す図である。

【図１５】前触媒温度の算出に用いる数値マップの形式
を示す図である。

【図１６】前触媒温度検出ルーチンの処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１７】後触媒温度の算出に用いる数値マップの形式
を示す図である。

【図１８】後触媒温度検出ルーチンの処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１９】後触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフ
ローチャートの一部である。

【図２０】後触媒劣化検出ルーチンの処理手順を示すフ
ローチャートの一部である。

【図２１】センサ出力の軌跡長の近似計算方法を説明す
る図である。

【図２２】他の実施形態において後触媒温度の算出に用
いる数値マップの形式を示す図である。

【符号の説明】

１…直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン
機関２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…シリンダ５…ピストン６…コネクティングロッド７…クランクシャフト８…燃焼室９…吸気ポート１０…排気ポート１１…吸気バルブ１２…排気バルブ１３…吸気側カムシャフト１４…排気側カムシャフト１５…吸気側カム１６…排気側カム１７，１８，１９…タイミングプーリ２０…タイミングベルト３０…吸気通路３１…エアクリーナ３２…スロットルバルブ３２ａ…スロットルバルブの軸３３…サージタンク３４…吸気マニホルド３５…アイドルアジャスト通路３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）４０…インジェクタ４１…燃料タンク４２…燃料ポンプ４３…燃料配管５０…点火プラグ５１…イグナイタ５２…点火コイル５３…点火ディストリビュータ６０…排気通路６１…排気マニホルド６２…触媒コンバータ（前触媒）６３…触媒コンバータ（後触媒）６８…アラームランプ７０…エアフローメータ７１…吸気圧センサ７２…スロットル開度センサ７３…吸気温センサ７４…水温センサ７５…Ａ／Ｆセンサ７６…Ｏ₂センサ８０…クランク基準位置センサ８１…クランク角センサ８２…アイドルスイッチ８３…車速センサ９０…機関ＥＣＵ９１…ＣＰＵ９２…システムバス９３…ＲＯＭ９４…ＲＡＭ９５…Ａ／Ｄ変換回路９６…入力インタフェース回路９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄ…駆動回路９９…バックアップＲＡＭ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６０Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６０ＣＦターム(参考） 3G084 AA03 BA09 BA13 BA15 BA17 BA33 DA10 DA27 EB11 EB17 FA05 FA07 FA11 FA20 FA26 FA29 FA30 FA33 FA36 FA39 3G091 AA02 AA17 AA23 AA28 AB03 BA14 BA15 BA19 BA32 BA33 BA34 CB02 CB03 CB05 CB06 DB06 DB07 DB10 DB13 DC01 DC02 EA01 EA05 EA06 EA07 EA14 EA16 EA26 EA31 EA34 EA39 FB10 FB11 FB12 FC01 HA08 HA36 HA37 HA42 HA47 3G301 HA01 HA06 JA25 JA26 JA33 JB09 JB10 LB02 MA01 MA11 MA18 NA06 NA09 ND01 ND21 NE01 NE06 NE14 PA01A PA07A PA10A PA11A PA14A PD02A PD08A PD09A PD12A PE01A PE03A PE04A PE05A PE08A PF01A

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に排気浄化のために前触媒及び
後触媒が配置される内燃機関において後触媒の温度を検
出する装置であって、前触媒の温度を検出する前触媒温度検出手段と、後触媒の温度を模擬する後触媒温度カウンタと、前記前触媒温度検出手段によって検出される前触媒温度
と、機関吸入空気流量と、前記後触媒温度カウンタの値
と、に基づいて、前記後触媒温度カウンタの増減量を算
出し、該増減量を用いて前記後触媒温度カウンタの値を
更新する後触媒温度カウンタ更新手段と、を具備する、内燃機関の触媒温度検出装置。
【請求項２】前記前触媒温度検出手段は、前触媒の温度を模擬する前触媒温度カウンタと、機関吸入空気流量と、前記前触媒温度カウンタの値と、
に基づいて、前記前触媒温度カウンタの増減量を算出
し、該増減量を用いて前記前触媒温度カウンタの値を更
新する前触媒温度カウンタ更新手段と、を具備する、請求項１に記載の内燃機関の触媒温度検出
装置。
【請求項３】排気通路に排気浄化のために前触媒及び
後触媒が配置されるとともに空燃比が目標空燃比に制御
される内燃機関において後触媒の劣化を検出する装置で
あって、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の触媒温度検出
装置と、該後触媒より下流側の排気通路に配置され、該後触媒よ
り下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比センサ
と、少なくとも、前記触媒温度検出装置によって検出される
後触媒温度と前記下流側空燃比センサの出力とに基づい
て、前記後触媒の劣化の有無を判定する劣化判定手段
と、を具備する、内燃機関の触媒劣化検出装置。