(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の劣化度を表す指標値をそれぞれ計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された前記上流触媒の指標値に基づき前記下流触媒の指標値を推定する指標値推定手段と、
前記指標値推定手段によって推定された前記下流触媒の推定指標値と、前記計測手段によって計測された前記下流触媒の計測指標値とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記硫黄濃度推定手段は、前記下流触媒の推定指標値と計測指標値との差に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記硫黄濃度推定手段は、前記差が所定のしきい値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の計測指標値の値に応じて前記しきい値を可変設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の計測指標値の値が大きいほど、前記しきい値を大きな値に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
前記指標値は、酸素吸蔵容量からなる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【請求項７】
前記指標値は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点における触媒温度からなる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を行う温度条件をより高温側に変更することを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項１０】
変更された温度条件下で、前記計測手段により前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方の指標値を計測し、当該計測された指標値に基づき、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断することを特徴とする請求項９に記載の触媒異常診断装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
前記上流触媒の劣化度を表す指標値を計測する計測手段と、
前記下流触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記計測手段によって計測された前記上流触媒の指標値に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記温度検出手段によって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項１２】
前記硫黄濃度推定手段は、前記下流触媒の推定温度と検出温度との差に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１３】
前記硫黄濃度推定手段は、前記差が所定のしきい値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定する
ことを特徴とする請求項１２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１４】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の指標値の値に応じて前記しきい値を可変設定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１５】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の指標値の値が大きいほど、前記しきい値を大きな値に設定する
ことを特徴とする請求項１４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１６】
前記指標値は酸素吸蔵容量からなる
ことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１７】
前記下流触媒の温度は、前記上流触媒の指標値計測時における温度からなる
ことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項１９】
請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を行う温度条件をより高温側に変更することを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２０】
変更された温度条件下で、前記計測手段により前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方の指標値を計測し、当該計測された指標値に基づき、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断することを特徴とする請求項１９に記載の触媒異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に係り、特に、内燃機関の使用燃料の硫黄濃度を推定可能な燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
【０００３】
一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される。
【０００４】
ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【０００５】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００６】
例えば特許文献１に記載の装置では、前記Ｃｍａｘ法により触媒の吸蔵酸素量を計測すると共に、所定条件が成立した場合に空燃比をリッチからリーンに切り替えるタイミングを遅らせて再度吸蔵酸素量を計測する。そしてこれら計測値に基づき前者の計測値を補正し、計測値を低硫黄燃料使用時相当の値に補正した上で劣化診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−３６１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記誤診断を防止するためには、燃料性状、特に燃料の硫黄濃度を推定ないし判定するのが好適である。かかる推定ないし判定を行えば、燃料が高硫黄濃度であると判定したときに必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できるからである。
【０００９】
そこで本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の劣化度を表す指標値をそれぞれ計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された前記上流触媒の指標値に基づき前記下流触媒の指標値を推定する指標値推定手段と、
前記指標値推定手段によって推定された前記下流触媒の推定指標値と、前記計測手段によって計測された前記下流触媒の計測指標値とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記下流触媒の推定指標値と計測指標値との差に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００１２】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記差が所定のしきい値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定する。
【００１３】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の計測指標値の値に応じて前記しきい値を可変設定する。
【００１４】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の計測指標値の値が大きいほど、前記しきい値を大きな値に設定する。
【００１５】
好ましくは、前記指標値は、酸素吸蔵容量からなる。
【００１６】
好ましくは、前記指標値は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点における触媒温度からなる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、
第１の態様に係る燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、
第１の態様に係る燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を行う温度条件をより高温側に変更することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１９】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、変更された温度条件下で、前記計測手段により前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方の指標値を計測し、当該計測された指標値に基づき、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
前記上流触媒の劣化度を表す指標値を計測する計測手段と、
前記下流触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記計測手段によって計測された前記上流触媒の指標値に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記温度検出手段によって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【００２１】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記下流触媒の推定温度と検出温度との差に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００２２】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記差が所定のしきい値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定する。
【００２３】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の指標値の値に応じて前記しきい値を可変設定する。
【００２４】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の指標値の値が大きいほど、前記しきい値を大きな値に設定する。
【００２５】
好ましくは、前記指標値は酸素吸蔵容量からなる。
【００２６】
好ましくは、前記下流触媒の温度は、前記上流触媒の指標値計測時における温度からなる。
【００２７】
本発明の第５の態様によれば、
第４の態様に係る燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００２８】
本発明の第６の態様によれば、
第４の態様に係る燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段によって使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上であると推定されたとき、診断を行う温度条件をより高温側に変更することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００２９】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、変更された温度条件下で、前記計測手段により前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方の指標値を計測し、当該計測された指標値に基づき、前記上流触媒および下流触媒の少なくとも一方が正常か異常かを診断する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】上流触媒と下流触媒の酸素吸蔵容量の関係を示すグラフである。
【図７】下流触媒酸素吸蔵容量を推定するためのマップである。
【図８】第１実施形態の触媒異常診断処理のフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態の構成を示す概略図である。
【図１０】上流触媒と下流触媒の温度の関係を示すグラフである。
【図１１】第２実施形態の触媒異常診断処理のフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の触媒異常診断処理のフローチャートである。
【図１３】上流触媒酸素吸蔵容量と下流触媒温度の関係を示すグラフである。
【図１４】下流触媒温度を推定するためのマップである。
【図１５】第３実施形態の触媒異常診断処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００３３】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００３４】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００３５】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００３６】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００３７】
上流触媒１１の上流側及び下流側（前後）に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００３８】
また、下流触媒１１の下流側（後）に、触媒後センサ１８と同様の下流触媒後センサ２３が設けられている。
【００３９】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８、下流触媒後センサ２３のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００４０】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の出力に基づきフィードバック制御する。
【００４１】
ここで、主に異常診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００４２】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００４３】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００４４】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００４５】
このように、触媒１１の劣化度と酸素吸蔵能との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を間接的に検出し、上流触媒１１が正常か異常かを診断することとしている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。従って酸素吸蔵容量は触媒１１の劣化度を表す指標値（劣化指標値）をなす。
【００４６】
本実施形態の触媒異常診断は前述のＣｍａｘ法によるものを基本とする。そして異常診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替える。
【００４７】
また、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００４８】
本実施形態では、上流触媒１１および下流触媒１９の両方の酸素吸蔵容量を計測し、これら計測値に基づき両触媒を診断できるようになっている。しかしながらここでは、便宜上、図３及び図４を用いて、上流触媒１１のみの酸素吸蔵容量を単独で計測する場合の方法（基本方法という）を説明する。
【００４９】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００５０】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００５１】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）に切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００５２】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００５３】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。
【００５４】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００５５】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００５６】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
【００５７】
【数１】
0005494571.tif 000002
【００５８】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００５９】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
【００６０】
ここで分かるように、「酸素吸蔵容量」とは「放出酸素量」と「吸蔵酸素量」を総称する用語である。また「放出酸素量」とはリッチ制御中に触媒が放出する酸素量をいい、「吸蔵酸素量」とはリーン制御中に触媒が吸蔵する酸素量をいう。
【００６１】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００６２】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との複数の計測値の平均値を算出する。そしてこの平均値を所定の異常判定値α１と比較する。ＥＣＵ２０は、平均値が異常判定値α１より大きいときには上流触媒１１を正常と判定し、平均値が異常判定値α１以下のときには上流触媒１１を異常と判定する。なお上流触媒１１を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００６３】
ところで前述したように、本実施形態では、上流触媒１１および下流触媒１９の両方の酸素吸蔵容量を計測し、これら計測値に基づき両触媒を診断できるようになっている。
【００６４】
この場合、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えタイミングが前記基本方法と異なる。例えばリッチ制御中、前記基本方法では、触媒後センサ１８の出力がリッチに反転した時（ｔ２）に目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーンに切り替えた。しかしながら本実施形態では、このタイミングではなく、下流触媒後センサ２３の出力がリッチに反転した時に目標空燃比Ａ／Ｆｔをリーンに切り替える。
【００６５】
リッチ制御中、上流触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとリッチガスが上流触媒１１から流れ出し、触媒後センサ１８の出力がリッチに反転する。そしてこのリッチガスは下流触媒１９に供給され、下流触媒１９から吸蔵酸素を放出させる。下流触媒１９から吸蔵酸素が放出され尽くすとリッチガスが下流触媒１９から流れ出し、下流触媒後センサ２３の出力がリッチに反転する。この反転と同時にリッチ制御終了となり、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンに切り替えられる。
【００６６】
触媒後センサ１８の出力がリッチに反転するまでの期間では前記基本方法と同じ要領で上流触媒１１の放出酸素量が計測される。また、触媒後センサ１８の出力がリッチに反転した時から、下流触媒後センサ２３の出力がリッチに反転するまでの期間において、下流触媒１９の放出酸素量が計測される。すなわち当該期間中、式（１）に基づく演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に積算される。
【００６７】
リーン制御中にも同様の方法で、上流触媒１１と下流触媒１９の吸蔵酸素量が計測される。この場合、下流触媒後センサ２３の出力がリーンに反転した時にリーン制御終了となり、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチに切り替えられる。
【００６８】
下流触媒１９の正異常判定の方法は前記基本方法と同様である。すなわち、下流触媒１９の放出酸素量と吸蔵酸素量との複数の計測値の平均値を算出し、この平均値を、下流触媒用の別の異常判定値α２と比較する。そして平均値が異常判定値α２より大きいときには下流触媒１９を正常と判定し、平均値が異常判定値α２以下のときには下流触媒１９を異常と判定する。異常判定時に警告装置を起動させるのが好ましいのも前記同様である。
【００６９】
なお、上流触媒１１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量計測値は必ずしも平均値でなくてもよい。
【００７０】
次に、本実施形態における燃料性状判定、具体的には燃料の硫黄濃度の推定について説明する。ここで、予め使用が予定されている硫黄濃度が低い燃料、即ち硫黄濃度が所定濃度未満の燃料を低Ｓ燃料という。また硫黄濃度が高い燃料、即ち硫黄濃度が当該所定濃度以上の燃料を高Ｓ燃料という。
【００７１】
一般に、触媒温度が低いほど触媒への硫黄影響は増加する。すなわち、燃料の硫黄濃度が一定であっても、触媒温度が低いほど触媒のＳ被毒度合いは大きくなり、また触媒の硫黄蓄積量は増加する。
【００７２】
また、上流触媒１１と下流触媒１９を比較した場合、下流触媒１９の方がより低温の排気ガスが供給されるので、より低温となる傾向がある。
【００７３】
従って、燃料の硫黄濃度が一定の場合、上流触媒１１の酸素吸蔵容量と下流触媒１９の酸素吸蔵容量との間には一定の相関関係がある。これを図示したのが図６である。
【００７４】
図６において、菱形および実線は低Ｓ燃料使用時のデータであり、四角および破線は高Ｓ燃料使用時のデータである。まず、燃料の硫黄濃度に拘わらず、下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２は常に上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１よりも小さい。その理由は下流触媒１９が上流触媒１１より低温だからである。そして燃料の硫黄濃度が一定の場合、すなわち低Ｓ燃料使用時と高Ｓ燃料使用時のいずれにおいても、下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２は上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１に対し比例関係にある。その理由は上流触媒１１と下流触媒１９の劣化が同程度に進むからである。
【００７５】
さらに、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が一定の場合、高Ｓ燃料使用時の下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２は低Ｓ燃料使用時の下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２よりも小さい。その理由は、上流触媒１１と比較してより低温な下流触媒１９の方が、相対的に高Ｓ燃料の硫黄影響を強く受け、Ｓ被毒度合いが大きくなるからである。
【００７６】
そこで本実施形態では、この特性を利用して燃料の硫黄濃度をＥＣＵ２０により推定する。すなわち、図６に示す如き低Ｓ燃料使用時の上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２との関係を予めマップ（関数でもよい。以下同様）の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。図７には図６のデータを反映したより具体的なマップを示す。そして、実際に計測された上流触媒１１の酸素吸蔵容量（計測上流酸素吸蔵容量という）ＯＳＣ１ａに対応した下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２を、当該マップから推定する。この推定された酸素吸蔵容量（推定下流酸素吸蔵容量という）ＯＳＣ２ｅは、図６の実線上の値となる。次いで推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと、実際に計測された下流触媒１９の酸素吸蔵容量（計測下流酸素吸蔵容量という）ＯＳＣ２ａとに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００７７】
具体的には、推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの差ΔＯＳＣ２＝｜ＯＳＣ２ｅ−ＯＳＣ２ａ｜が所定のしきい値β１以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上である、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料であると推定する。他方、差ΔＯＳＣ２が所定のしきい値β１未満のときには、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度未満である、すなわち使用燃料が低Ｓ燃料であると推定する。
【００７８】
低Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの差ΔＯＳＣ２が小さい筈なので、この場合には使用燃料を低Ｓ燃料と推定できる。しかしながら、高Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの差ΔＯＳＣ２が大きくなる。よってこの場合には使用燃料を高Ｓ燃料と推定する。
【００７９】
この推定方法には次の利点がある。まず、比較的高価な硫黄濃度センサを新たに設置する必要がないので装置全体を比較的低廉に抑えられるという利点がある。
【００８０】
次に、上流触媒１１および下流触媒１９の一方のみの酸素吸蔵容量低下量に基づき燃料の硫黄濃度を推定することが考えられるが、これだと、触媒劣化に起因する低下なのか、あるいは硫黄影響に起因する低下なのかを区別することができない。しかし、本実施形態の推定方法によれば、上流触媒１１および下流触媒１９の両方の酸素吸蔵容量計測値ないし情報を利用する。よって触媒劣化原因を排除し、硫黄影響原因のみに基づいて硫黄濃度を推定できる。従って好適でしかも高精度な方法により燃料の硫黄濃度を推定することが可能である。
【００８１】
ここで好ましくは、ＥＣＵ２０は、差ΔＯＳＣ２の比較対象であるしきい値β１を、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに応じて可変設定する。具体的には、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値が大きいほど、しきい値β１を大きな値に設定する。この設定は予め定めたマップを利用して行うことができる。
【００８２】
図６から理解されるように、推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの差ΔＯＳＣ２は、高Ｓ燃料使用時においては、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａが大きくなるほど大きくなる傾向がある。よってこの傾向に合わせて、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値が大きいほど、しきい値β１を大きくすることにより、図６の特性をより反映し、推定精度を一層向上することが可能となる。
【００８３】
なお、ここでの例では硫黄濃度を高低の二段階で推定したが、差ΔＯＳＣ２に応じて硫黄濃度を無段階で推定してもよい。また差ΔＯＳＣ２に代わって、推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの比Ｒ＝ＯＳＣ２ｅ／ＯＳＣ２ａを用いてもよい。この場合比Ｒが大きいほど高い硫黄濃度を推定することになる。
【００８４】
ところで、使用燃料が高Ｓ燃料であることを推定した場合、硫黄影響を考慮して触媒の異常診断を実施するのが好ましい。そこで以下にはそのような異常診断の好適例を示す。
【００８５】
図８に異常診断処理のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００８６】
まずステップＳ１０１において、診断に適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（１）エンジンが暖機状態にあり、（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にあり、（３）触媒前センサ１７、触媒後センサ１８および下流触媒後センサ２３が活性状態にあり、（４）エンジンが定常運転状態にある場合に、前提条件が成立する。
【００８７】
条件（１）の成否は図示しない水温センサの検出値に基づき判断され、例えば当該検出値が７５℃以上だと条件成立となる。条件（２）の成否は別途推定または検出される各触媒の温度に基づき判断される。条件（３）の成否は各センサの素子インピーダンスに基づく素子温度の検出値に基づき判断される。条件（４）の成否は、例えば吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転速度Ｎｅの所定期間内における変動幅が所定範囲内に収まっているか否かによって判断される。なお吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５により検出され、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ１４の出力から計算される。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【００８８】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進む。
【００８９】
ステップＳ１０２では、アクティブ空燃比制御が実行される。そしてステップＳ１０３では、アクティブ空燃比制御の実行中に、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とが計測される。
【００９０】
次いでステップＳ１０４では、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２との計測が完了したか否かが判断される。複数である所定数ずつの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２のデータが取得されたとき判断結果はイエスとなり、そうでなければ判断結果はノーとなり、処理が終了される。
【００９１】
判断結果がイエスのとき、ステップＳ１０５に進んで、推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅと計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａの差ΔＯＳＣ２＝｜ＯＳＣ２ｅ−ＯＳＣ２ａ｜が算出される。
【００９２】
このステップではまず、それぞれ計測された上流触媒１１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２の平均値が求められ、これらが最終的な計測値すなわち計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａおよび計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａとされる。
【００９３】
そして、図６および図７に示したようなマップから、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに対応した推定下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ｅが算出される。
【００９４】
さらに式：ΔＯＳＣ２＝｜ＯＳＣ２ｅ−ＯＳＣ２ａ｜に従い、差ΔＯＳＣ２が算出される。この差ΔＯＳＣ２が、使用燃料が高Ｓ燃料であるか否かを判定するための高Ｓ燃料判定指標値となる。
【００９５】
次に、ステップＳ１０６において、差ΔＯＳＣ２がしきい値β１と比較される。
【００９６】
差ΔＯＳＣ２がしきい値β１未満のときには、使用燃料が低Ｓ燃料であると推定され、通常通り、ステップＳ１０９において正常・異常判定が実行される。すなわち、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａおよび計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａがそれぞれ異常判定値α１およびα２と比較され、上流触媒１１および下流触媒１９が正常か異常かが判定される。これにより処理が終了される。
【００９７】
他方、差ΔＯＳＣ２がしきい値β１以上のときには、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定される。この場合、ステップＳ１０７に進んで、今回計測された計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａおよび計測下流酸素吸蔵容量ＯＳＣ２ａに基づく正常・異常判定が保留される。上流触媒１１および下流触媒１９がＳ被毒しており、誤診断する可能性があるからである。またこのステップＳ１０７では計測値データを破棄するなどの所定のクリア処理が行われる。
【００９８】
次いでステップＳ１０８において、ステップＳ１０１の前提条件のうちの触媒温度条件、すなわち前記条件（２）が、より高温側に変更される。すなわち前記条件（２）が、上流触媒温度が所定の第１温度Ｔｓ１以上且つ下流触媒温度が所定の第２温度Ｔｓ２以上であるとすると、触媒温度条件の変更後には、変更前の第１温度Ｔｓ１および第２温度Ｔｓ２がより高温側の値Ｔｓ１’およびＴｓ２’に変更される。これら変更後の値Ｔｓ１’およびＴｓ２’は、上流触媒１１および下流触媒１９のＳ被毒が解消するような十分高温な値であるのが好ましい。こうして触媒温度条件が変更されたら処理が終了される。
【００９９】
次回以降の再診断は、本ルーチンに従い、より高温な触媒温度条件が成立した場合に限って実行される。すなわち、ステップＳ１０１の前提条件成立時に上流触媒１１と下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２が計測され、これら計測値に基づき差ΔＯＳＣ２が算出される。このとき上流触媒１１および下流触媒１９の硫黄影響すなわちＳ被毒は解消している可能性が高い。よってこの場合には差ΔＯＳＣ２がしきい値β１未満となり、通常通り正常・異常判定が実行される。こうして、変更された触媒温度条件下で、計測された酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２に基づき、上流触媒１１および下流触媒１９が正常か異常かが診断される。
【０１００】
上記診断処理によれば、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定された場合、正常・異常判定が保留され、診断は実質的に禁止される。よって、上流触媒１１および下流触媒１９がＳ被毒した状態で診断を行うことを禁止し、誤診断を未然に防止することができる。特に、本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまうことを防止できる。なお、低Ｓ燃料使用時には通常通り診断を行うことができるので、診断頻度確保との両立も図れる。
【０１０１】
また、この場合により高温な触媒温度条件下で再度診断を実行するので、上流触媒１１および下流触媒１９の硫黄影響を除去した上で診断を実行でき、誤診断の防止と診断頻度確保とが図れる。
【０１０２】
なお、上記異常診断処理においては正常・異常判定が保留ないし禁止された場合に触媒温度条件を変更した。しかしながら、これらは独立して一方のみ行うことが可能である。
【０１０３】
また、上記異常診断処理においては上流触媒１１と下流触媒１９の両方を診断した。しかしながら、これらのうちいずれか一方のみを診断するようにしてもよい。すなわち硫黄濃度推定に際しては両方の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２を計測するが、触媒異常診断はこれらのうちの一方の計測値のみを用いて一方の触媒についてのみ実行することができる。
【０１０４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお前記第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
【０１０５】
本実施形態の主な相違点は、上流触媒１１及び下流触媒１９の劣化指標値として、酸素吸蔵容量の代わりに、触媒温度、特にエンジンの冷間始動時から所定時間経過時点における触媒温度を用いる点である。
【０１０６】
図９には本実施形態のエンジン１の構成を示す。図示されるように、上流触媒１１及び下流触媒１９には、これらの温度をそれぞれ計測ないし検出するための上流温度センサ２１および下流温度センサ２２が設けられている。これら上流温度センサ２１および下流温度センサ２２はＥＣＵ２０に図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。第１実施形態において設けられていた下流触媒後センサ２３は省略されている。ＥＣＵ２０は、エンジンが冷間始動された時から所定時間経過した時点における上流触媒１１及び下流触媒１９の温度を上流温度センサ２１および下流温度センサ２２により検出する。
【０１０７】
ＥＣＵ２０は、図示しない水温センサの検出値が常温程度の所定範囲内にあるときにエンジンが始動された場合、エンジンが冷間始動されたと判断する。そしてこの冷間始動時から吸入空気量または燃料噴射量を逐次的に積算し、積算値が所定値に達した時に所定時間が経過したと判断する。所定時間は任意に定め得るが、例えば、正常な触媒が未活性から活性に変化するタイミングでの時間（第１の時間）としてもよいし、正常な触媒が活性化した後、暖機状態となってから、診断が行われるタイミングでの時間（第２の時間）としてもよい。
【０１０８】
触媒の劣化度が大きいほど、触媒反応が緩慢になるので、所定時間経過時点における触媒温度は低くなる。このように触媒の劣化度と触媒温度との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、所定時間経過時点における上流触媒１１及び下流触媒１９の触媒温度を計測ないし検出することにより、各触媒の劣化度を間接的に検出し、各触媒が正常か異常かを診断する。
【０１０９】
第１の時間を採用する場合、この第１の時間が経過した時点における上流触媒１１及び下流触媒１９の触媒温度が、それぞれ所定の異常判定値と比較される。触媒温度が異常判定値より大きい場合、触媒は正常と判定され、触媒温度上昇量が異常判定値以下の場合、触媒は異常と判定される。
【０１１０】
第２の時間を採用する場合、この第２の時間が経過した時点における上流触媒１１及び下流触媒１９の触媒温度が、それぞれ所定の異常判定値と比較される。異常判定値は、積算吸入空気量または積算燃料噴射量に基づき、所定のマップから算出される。そして触媒温度が異常判定値より大きい場合、触媒は正常と判定され、触媒温度が異常判定値以下の場合、触媒は異常と判定される。
【０１１１】
次に、本実施形態における燃料性状判定、具体的には燃料の硫黄濃度の推定について説明する。前述したように、下流触媒１９の方が上流触媒１１より低温となる傾向がある。また触媒温度が低いほど触媒への硫黄影響は増加し、触媒のＳ被毒度合いは大きくなり、触媒の硫黄蓄積量は増加する。
【０１１２】
よって燃料の硫黄濃度が一定の場合、上流触媒１１の温度と下流触媒１９の温度との間には一定の相関関係がある。これを図示したのが図１０である。
【０１１３】
図１０において、菱形および実線は低Ｓ燃料使用時のデータであり、四角および破線は高Ｓ燃料使用時のデータである。ここでは第２の時間を採用した場合、すなわち各触媒が活性化した後の暖機状態での値を示す。
【０１１４】
まず燃料の硫黄濃度に拘わらず、下流触媒温度Ｔ２は常に上流触媒温度Ｔ１よりも低い。そして燃料の硫黄濃度が一定の場合、すなわち低Ｓ燃料使用時と高Ｓ燃料使用時のいずれにおいても、下流触媒温度Ｔ２は上流触媒温度Ｔ１に対し比例関係にある。
【０１１５】
さらに、上流触媒温度Ｔ１が一定の場合、高Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２は低Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２よりも低い。その理由は、上流触媒１１よりも低温な下流触媒１９において、高Ｓ燃料による硫黄影響が大きくなり、Ｓ被毒度合いが大きくなり、触媒の反応熱が少なくなるからである。
【０１１６】
そこで本実施形態では、この特性を利用して燃料の硫黄濃度をＥＣＵ２０により推定する。すなわち、図示の如き低Ｓ燃料使用時の上流触媒温度と下流触媒温度の関係を予めマップの形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、上流温度センサ２１によって検出された実際の上流触媒温度（検出上流触媒温度という）Ｔ１ａに対応した下流触媒温度を、当該マップから推定する。この推定された下流触媒温度（推定下流触媒温度という）Ｔ２ｅは、図１０の実線上の値となる。次いで推定下流触媒温度Ｔ２ｅと、下流温度センサ２２によって検出された実際の下流触媒温度（検出下流触媒温度という）Ｔ２ａとに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【０１１７】
具体的には、第２の時間経過時点における推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａの差ΔＴ２＝｜Ｔ２ｅ−Ｔ２ａ｜が所定のしきい値β２以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度以上である、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料であると推定する。他方、差ΔＴ２がしきい値β２未満のときには、使用燃料の硫黄濃度が所定濃度未満である、すなわち使用燃料が低Ｓ燃料であると推定する。
【０１１８】
この推定方法にも第１実施形態と同様の利点がある。
【０１１９】
好ましくは、ＥＣＵ２０は、差ΔＴ２の比較対象であるしきい値β２を、検出上流触媒温度Ｔ１ａに応じて可変設定する。具体的には、検出上流触媒温度Ｔ１ａが高いほどしきい値β２を大きな値に設定する。この設定は予め定めたマップを利用して行うことができる。
【０１２０】
図１０から理解されるように、推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２は、高Ｓ燃料使用時においては、上流触媒温度Ｔ１が高くなるほど大きくなる傾向がある。よってこの傾向に合わせて、検出上流触媒温度Ｔ１ａが高いほどしきい値を大きくすることにより、図１０の特性をより反映し、推定精度を一層向上することが可能となる。
【０１２１】
なお、硫黄濃度を無段階で推定してもよい点、差ΔＴ２に代わって比Ｒ＝Ｔ２ｅ／Ｔ２ａを用いてもよい点は前記同様である。
【０１２２】
図１１に本実施形態に係る異常診断処理のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１２３】
ステップＳ２０１は前記ステップＳ１０１と同様である。ステップＳ２０２では、上流触媒１１及び下流触媒１９の触媒温度Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ検出される。
【０１２４】
ステップＳ２０３では、推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２が算出される。まず図１０に示したようなマップから検出上流触媒温度Ｔ１ａに対応した推定下流触媒温度Ｔ２ｅが算出される。次いで式：ΔＴ２＝｜Ｔ２ｅ−Ｔ２ａ｜に従い、差ΔＴ２が算出される。この差ΔＴ２が、使用燃料が高Ｓ燃料であるか否かを判定するための高Ｓ燃料判定指標値となる。
【０１２５】
次に、ステップＳ２０４において、差ΔＴ２がしきい値β２と比較される。
【０１２６】
差ΔＴ２がしきい値β２未満のときには、使用燃料が低Ｓ燃料であると推定され、通常通り、ステップＳ２０７において検出上流触媒温度Ｔ１ａおよび検出下流触媒温度Ｔ２ａに基づく上流触媒１１および下流触媒１９の正常・異常判定が実行される。
【０１２７】
他方、差ΔＴ２がしきい値β２以上のときには、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定され、前記実施形態同様、ステップＳ２０５において正常・異常判定が保留され、ステップＳ２０６において触媒温度条件がより高温側に変更される。
【０１２８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。なお前記実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
【０１２９】
本実施形態の主な相違点は、上流触媒の劣化度を表す劣化指標値に基づき下流触媒の温度を推定し、この下流触媒の推定温度と、別途検出された下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する点にある。
【０１３０】
図１２には本実施形態のエンジン１の構成を示す。図示されるように、下流触媒１９には、その温度を検出するための温度検出手段たる下流温度センサ２２が設けられている。下流温度センサ２２はＥＣＵ２０に図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。第１実施形態において設けられていた下流触媒後センサ２３と、第２実施形態において設けられていた上流温度センサ２１とは省略されている。
【０１３１】
そして第１実施形態またはその基本方法と同様の方法で、上流触媒１１の劣化度を表す劣化指標値たる酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が計測される。なお併せて下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２を計測してもよい。
【０１３２】
この計測された上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１、すなわち計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに基づき、下流触媒１９の温度が推定される。
【０１３３】
前述したように、下流触媒１９の方が上流触媒１１より低温となる傾向がある。また触媒温度が低いほど触媒への硫黄影響は増加する。さらに上流触媒１１の劣化度が定まると、同程度に劣化した下流触媒１９の温度が自ずと定まる。
【０１３４】
よって燃料の硫黄濃度が一定の場合、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と下流触媒１９の温度との間には一定の相関関係がある。これを図示したのが図１３である。
【０１３５】
図１３に示すように、燃料の硫黄濃度に拘わらず、下流触媒温度Ｔ２は上流触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と比例関係にある。そして上流触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が一定の場合、高Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２は低Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２よりも低い。その理由は、上流触媒１１よりも低温な下流触媒１９において、高Ｓ燃料による硫黄影響が相対的に大きくなり、触媒の反応熱が少なくなるからである。
【０１３６】
そこで本実施形態では、この特性を利用して燃料の硫黄濃度をＥＣＵ２０により推定する。すなわち、図１３に示す如き低Ｓ燃料使用時の上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と下流触媒温度Ｔ２の関係を予めマップの形でＥＣＵ２０に記憶しておく。図１４には図１３のデータを反映したより具体的なマップを示す。そして、実際に計測された上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１すなわち計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに対応した下流触媒温度Ｔ２を、当該マップから推定する。この推定された下流触媒の温度すなわち推定下流触媒温度Ｔ２ｅは、図１３の実線上の値となる。次いで推定下流触媒温度Ｔ２ｅと、下流温度センサ２２によって検出された下流触媒温度すなわち検出下流触媒温度Ｔ２ａとに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【０１３７】
具体的には、推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａの差ΔＴ２＝｜Ｔ２ｅ−Ｔ２ａ｜が所定のしきい値β３以上のとき、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定する。他方、差ΔＴ２がしきい値β３未満のとき、使用燃料が低Ｓ燃料であると推定する。
【０１３８】
この推定方法にも第１および第２実施形態と同様の利点がある。
【０１３９】
ここで好ましくは、ＥＣＵ２０は、しきい値β３を、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値に応じて可変設定する。具体的には、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値が大きいほどしきい値β３を大きな値に設定する。この設定は予め定めたマップを利用して行うことができる。
【０１４０】
図１３から理解されるように、推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２は、高Ｓ燃料使用時においては、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値が高くなるほど大きくなる傾向がある。よってこの傾向に合わせて、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａの値が大きいほど、しきい値β３を大きくすることにより、図１３の特性をより反映し、推定精度を一層向上することが可能となる。
【０１４１】
なお、硫黄濃度を無段階で推定してもよい点、差ΔＴ２に代わって比Ｒ＝Ｔ２ｅ／Ｔ２ａを用いてもよい点は前記同様である。
【０１４２】
図１５に本実施形態に係る異常診断処理のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１４３】
ステップＳ３０１，Ｓ３０２は前記ステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様である。ステップＳ３０３では、アクティブ空燃比制御実行中に上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１が計測されると共に、検出下流触媒温度Ｔ２ａの値が積算される。なお併せて下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２を計測してもよい。
【０１４４】
ステップＳ３０４では、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１の計測が完了したか否かが判断される。完了してなければ処理が終了され、完了していればステップＳ３０５に進む。この完了と同時に検出下流触媒温度Ｔ２ａの積算も終了される。
【０１４５】
ステップＳ３０５では、推定下流触媒温度Ｔ２ｅと検出下流触媒温度Ｔ２ａとの差Δが算出される。
【０１４６】
まず、計測された複数の上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１の平均値が求められ、これが最終的な計測値すなわち計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａとされる。
【０１４７】
そして、図１３および図１４に示したようなマップから、計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに対応した推定下流触媒温度Ｔ２ｅが算出される。
【０１４８】
他方、検出下流触媒温度Ｔ２ａの積算値がサンプル数で除され、検出下流触媒温度Ｔ２ａの平均値が算出される。この平均値が最終的な検出下流触媒温度Ｔ２ａの値とされる。すなわち、検出下流触媒温度Ｔ２ａは、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１の計測時における下流触媒温度Ｔ２の検出値であり、より具体的には、上流触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１の計測中に検出された下流触媒温度Ｔ２の平均値である。なお必ずしも平均値とする必要はなく、ＯＳＣ１計測中の任意の時点における下流触媒温度Ｔ２を検出下流触媒温度Ｔ２ａとすることができる。
【０１４９】
次いで式：ΔＴ２＝｜Ｔ２ｅ−Ｔ２ａ｜に従い、差ΔＴ２が算出される。この差ΔＴ２が、使用燃料が高Ｓ燃料であるか否かを判定するための高Ｓ燃料判定指標値となる。
【０１５０】
次に、ステップＳ３０６において、差ΔＴ２がしきい値β３と比較される。
【０１５１】
差ΔＴ２がしきい値β３未満のときには、使用燃料が低Ｓ燃料であると推定され、通常通り、ステップＳ３０９において計測上流酸素吸蔵容量ＯＳＣ１ａに基づき上流触媒１１の正常・異常判定が実行される。なお下流触媒１９の酸素吸蔵容量ＯＳＣ２を併せて計測した場合には、下流触媒１９の正常・異常判定を併せて実行してもよい。
【０１５２】
他方、差ΔＴ２がしきい値β３以上のときには、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定され、前記実施形態同様、ステップＳ３０７において正常・異常判定が保留され、ステップＳ３０８において触媒温度条件がより高温側に変更される。
【０１５３】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。上流触媒１１および下流触媒１９の劣化指標値は上記以外の値を用いることが可能であり、例えば空燃比センサ出力の軌跡長を用いることが可能である。公知のように、空燃比センサ出力の軌跡長とは、空燃比センサ出力の１演算周期間の差（微分値）を逐次的に積算した値である。例えば上流触媒１１について述べると、アクティブ空燃比制御中、触媒劣化度が大きいほど触媒前センサ出力軌跡長に対して相対的に触媒後センサ出力軌跡長が大きくなる傾向にあるので、この特性を利用して上流触媒１１の正常・異常を診断可能である。
【０１５４】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１  内燃機関（エンジン）
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
１９  下流触媒
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１  上流温度センサ
２２  下流温度センサ
２３  下流触媒後センサ
【図１】
0005494571.tif 000003
【図２】
0005494571.tif 000004
【図３】
0005494571.tif 000005
【図４】
0005494571.tif 000006
【図５】
0005494571.tif 000007
【図６】
0005494571.tif 000008
【図７】
0005494571.tif 000009
【図８】
0005494571.tif 000010
【図９】
0005494571.tif 000011
【図１０】
0005494571.tif 000012
【図１１】
0005494571.tif 000013
【図１２】
0005494571.tif 000014
【図１３】
0005494571.tif 000015
【図１４】
0005494571.tif 000016
【図１５】
0005494571.tif 000017