(57)【要約】【課題】触媒劣化の有無の誤判定を未然に回避する触媒劣化判定制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関１０の排ガスを浄化する触媒２５の上流側および下流側における酸素濃度をそれぞれ検出するフロント酸素センサ２７およびリア酸素センサ２８を備える車両に搭載される触媒劣化判定制御装置３０であって、フロント酸素センサとリア酸素センサの出力値に基づいて触媒の劣化診断を行う触媒劣化判定部と、内燃機関に供給する燃料の空燃比を強制的に変化させる空燃比変更部と、を備えて、触媒劣化判定部は、リア酸素センサの出力値が予め設定されている値以上に変化している場合に、内燃機関への供給燃料の空燃比を強制的に変化させる強制的空燃比制御の実行を禁止して、リア酸素センサの反応時間に基づいて触媒の正常もしくは劣化の診断を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスを浄化する触媒の上流側および下流側における前記排ガス中の酸素濃度をそれぞれ検出するフロント酸素センサおよびリア酸素センサを備える車両に搭載される触媒劣化判定制御装置であって、
前記フロント酸素センサと前記リア酸素センサの出力値に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化判定部と、前記内燃機関に供給する燃料の空燃比を強制的に変化させる強制的空燃比制御を実行する空燃比変更部と、を備えて、
前記触媒劣化判定部は、前記リア酸素センサの出力値が、前記強制的空燃比制御の実行前に予め設定されている値以上変化している場合に、前記強制的空燃比制御の実行を禁止して、当該リア酸素センサの反応時間に基づいて前記触媒の正常もしくは劣化の診断を行うことを特徴とする触媒劣化判定制御装置。
【請求項２】
前記触媒劣化判定部は、前記リア酸素センサの出力値が、前記強制的空燃比制御の実行前に予め設定されている値以上変化していない場合に前記強制的空燃比制御を実行し、当該リア酸素センサの反応時間に基づいて前記触媒の正常もしくは劣化の診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定制御装置に関し、詳しくは、その触媒劣化の誤判定を回避するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
走行駆動力を得るためのエンジンとして内燃機関を搭載する車両には、燃料の燃焼後に排気される排ガスを浄化する触媒が設けられている。この車両は、触媒の劣化を早期に発見して排ガス悪化を未然に防止するために、その触媒の劣化の有無を判定する診断機能を備える場合がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
触媒の劣化は、触媒前後に設置されているフロント酸素センサとリア酸素センサの出力電圧（出力値）から触媒の劣化の有無を判定して診断する。この触媒劣化診断では、浄化前のフロント酸素センサの出力電圧と、浄化後のリア酸素センサの出力電圧とを比較して所望の触媒機能を未だ備えているか否かを判定する。
詳細には、この触媒劣化診断では、フロント酸素センサの出力電圧の最大値と最小値の中心をスライスレベルとして、リア酸素センサの出力電圧がそのスライスレベルを横切る（跨ぐ）までの反応時間に応じて正常・劣化の判定をする。
例えば、図３に示すように、フロント酸素センサの出力電圧波形Ｗｆが内燃機関の稼働に応じて振幅するのに対して、リア酸素センサの出力電圧波形Ｗｂ２の場合には、短時間の反応時間ＳｔでスライスレベルＳＬを横切るので劣化判定をする。また、リア酸素センサの出力電圧波形Ｗｂ３の場合には、余裕のある反応時間ＬｔでスライスレベルＳＬを横切るので正常判定をする。なお、リア酸素センサの出力電圧波形Ｗｂ１の場合には、健全な触媒で劣化が少ないために、スライスレベルＳＬを横切らない性能であることが分かる。
【０００４】
この触媒劣化診断としては、精度よく判定できるように、空燃比のリッチとリーンを大きな振幅で強制的に繰り返させて、フロント酸素センサとリア酸素センサの出力電圧の変化から劣化状態を診断する処理が知られている。
しかしながら、この触媒劣化診断処理にあっては、図３におけるリア酸素センサの出力電圧波形Ｗｂ３のように変化している場合には、空燃比のリッチとリーンを強制的に大きく振る変動に引っ張られてしまう傾向がある。この場合には、リア酸素センサの出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを横切るまでの反応時間が短縮されて、正常であるのにも拘わらずに劣化と誤判定をしてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４―１７６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、触媒劣化の有無の誤判定を未然に回避する触媒劣化判定制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する触媒劣化判定制御装置に係る発明の第１の態様は、内燃機関の排ガスを浄化する触媒の上流側および下流側における前記排ガス中の酸素濃度をそれぞれ検出するフロント酸素センサおよびリア酸素センサを備える車両に搭載される触媒劣化判定制御装置であって、前記フロント酸素センサと前記リア酸素センサの出力値に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化判定部と、前記内燃機関に供給する燃料の空燃比を強制的に変化させる強制的空燃比制御を実行する空燃比変更部と、を備えて、前記触媒劣化判定部は、前記リア酸素センサの出力値が、前記強制的空燃比制御の実行前に予め設定されている値以上変化している場合に、前記強制的空燃比制御の実行を禁止して、当該リア酸素センサの反応時間に基づいて前記触媒の正常もしくは劣化の診断を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
上記課題を解決する触媒劣化判定制御装置に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記触媒劣化判定部は、前記リア酸素センサの出力値が、前記強制的空燃比制御の実行前に予め設定されている値以上変化していない場合に前記強制的空燃比制御を実行し、当該リア酸素センサの反応時間に基づいて前記触媒の正常もしくは劣化の診断を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
このように、本発明の上記の第１の態様によれば、リア酸素センサの出力値が強制的空燃比制御の実行前から予め設定されている値以上変化している場合に、強制的空燃比制御の実行を禁止して、リア酸素センサの反応時間に基づいて触媒の正常もしくは劣化の診断を行う。したがって、強制的空燃比制御を実行する前のリア酸素センサの出力値が予め設定されている値以上変化している場合には強制的空燃比制御の実行を禁止して、強制的空燃比制御の実行によって助長されたリア酸素センサの出力値に基づいて触媒の劣化診断を行うことを防止し、劣化判定するほど劣化してない触媒を劣化していると誤判定して診断してしまうことを防止することができる。
【００１０】
本発明の上記の第２の態様によれば、リア酸素センサの出力値が強制的空燃比制御の実行前から予め設定されている値以上変化していない場合に前記強制的空燃比制御を実行し、リア酸素センサの反応時間に基づいて前記触媒の正常もしくは劣化の診断を行う。したがって、強制的空燃比制御を実行する前のリア酸素センサの出力値が予め設定されている値以上変化していない場合には強制的空燃比制御を実行して、リア酸素センサの反応時間に基づいて触媒の劣化診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る触媒劣化判定制御装置の一実施形態を車両に搭載して内燃機関の排ガスを浄化する触媒の劣化判定をする場合の一例を示す図であり、その全体構成を示す概念関係図である。
【図２】図２は、その要部構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、その触媒劣化の有無を判定する際の酸素センサの出力電圧波形図である。
【図４】図４は、その触媒正常時の特性を説明する酸素センサの出力電圧波形図であり、（ａ）はその全体の変化を示す出力波形図、（ｂ）はその劣化判定制御前における一部拡大出力波形図である。
【図５】図５は、その触媒劣化時の特性を説明する酸素センサの出力電圧波形図であり、（ａ）はその全体の変化を示す出力波形図、（ｂ）はその劣化判定制御前における一部拡大出力波形図である。
【図６】図６は、その触媒劣化前の特性を説明する酸素センサの出力電圧波形図であり、（ａ）はその全体の変化を示す出力波形図、（ｂ）はその劣化判定制御前における一部拡大出力波形図である。
【図７】図７は、その触媒劣化判定制御処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図７は本発明に係る触媒劣化判定制御装置の一実施形態を車両に搭載して内燃機関の排ガスを浄化する触媒の劣化判定をする場合の一例を示す図である。
（内燃機関の構成）
図１において、内燃機関１０は、燃焼室１１内に導入する吸気空気と噴射燃料の混合気をイグニッションコイル１２で点火して燃焼膨張と排気を繰り返すことにより、ピストン１３を往復させて駆動力を発生する。この内燃機関１０は、吸気弁１５と排気弁１６とを駆動させて、吸気側マニホールド１７から混合気を導入するとともに、燃焼後の排ガスを排気側マニホールド１８を介して外部に排気する。
【００１３】
吸気側マニホールド１７には、燃焼室１１内に供給するガソリン燃料を噴射するインジェクタ２１と、燃焼空気（外気）の吸気量を調整するスロットルバルブ２２と、が配置されている。この吸気側マニホールド１７では、後述する制御装置３０がスロットルバルブ２２の開度を制御することによりインジェクタ２１の噴射するガソリン燃料と混合する燃焼空気の吸気量を調整して燃焼室１１に供給する混合気の空燃比を最適化する。
排気側マニホールド１８には、燃焼後の排ガスを浄化する触媒２５と、この触媒２５の上流側と下流側のそれぞれで浄化前後の排ガス中に含まれる酸素濃度を検出するフロント酸素センサ２７およびリア酸素センサ２８と、が配置されている。この排気側マニホールド１８では、燃焼後の排ガスを触媒２５で清浄にした後に外部に排気するとともに、後述する制御装置３０がフロント酸素センサ２７およびリア酸素センサ２８の検出情報に基づいて燃焼させる混合気の空燃比などを調整制御する。
【００１４】
この内燃機関１０は、ＣＰＵやメモリなどにより構築されている制御装置３０を備えている。制御装置３０は、各種パラメータやセンサ情報などに基づいて予め格納する制御プログラムを実行して、燃焼室１１内に供給する燃料の空燃比制御を含めて車両全体を統括制御する。
【００１５】
（触媒劣化判定制御装置の構成）
制御装置３０は、触媒劣化判定部３１、空燃比変更部３２および触媒劣化報知部３３として動作するように上記制御プログラムが準備されており、これら各部が適宜稼働することで、触媒２５の劣化程度を判定して診断・報知する触媒劣化判定制御装置として機能する。
触媒劣化判定部３１は、触媒２５の劣化の有無判定を予め設定されているタイミングに実行するようになっており、フロント酸素センサ２７およびリア酸素センサ２８の検出情報に基づいて触媒２５の劣化程度を判定して健全性の診断を行う。
空燃比変更部３２は、触媒劣化判定部３１が触媒２５の劣化有無判定を行う際に、燃焼室１１内に供給する燃焼空気とガソリン燃料の空燃比をリッチ状態とリーン状態の双方に強制的に繰り返し変化させる。
触媒劣化報知部３３は、触媒２５が排ガスを必要な清浄度まで浄化できていないと触媒劣化判定部３１が判定して劣化診断したときに、例えば、インジケータを点滅させるなどして、触媒２５の交換などメンテナンスが必要なことをドライバに報知する。
【００１６】
ところで、フロント酸素センサ２７は触媒２５の上流側で浄化前の排ガス中の酸素濃度を検出することから、その検出情報（出力電圧値）は図３中に実線で示すように燃焼・排気に連動・同期するようにハイ／ロー間を大きく振幅する波形Ｗｆとなる。
これに対して、リア酸素センサ２８は触媒２５の下流側で浄化後の排ガス中の酸素濃度を検出することから、その触媒２５が健全な場合の検出情報は図３中に一点鎖線で示すようにハイ側で一定の出力電圧を維持する波形Ｗｂ１となる。しかしながら、交換が必要なほど触媒２５が劣化している場合には、図３中に鎖線で示すように、リア酸素センサ２８の出力電圧（検出情報）はフロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆから短い反応時間Ｓｔの遅延だけで連動する波形Ｗｂ２になる。この触媒２５は、図３中に二点鎖線で示すように、フロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆから設定反応時間Ｌｔ（例えば、Ｗｆの１サイクル）だけ遅延してその出力電圧値の中心レベルである、所謂、スライスレベルＳＬを横切る出力電圧波形Ｗｂ３程度までは期待する清浄能力を備えて使用可能な正常状態と判定・診断する。ここで、フロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆの中心レベルのスライスレベルＳＬは、以下では、単にスライスレベルＳＬともいう。
【００１７】
そこで、触媒劣化判定部３１は、触媒２５の劣化有無判定を実行する設定タイミング時に、空燃比変更部３２にリッチ状態とリーン状態とを強制的に繰り返させる強制的空燃比制御を予め設定されている期間Ｔだけ実行させるようになっている。この触媒劣化判定部３１は、その劣化有無判定期間Ｔ中に、リア酸素センサ２８の出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを横切るまでの時間で触媒２５の劣化程度を判定し健全性の診断をするようになっている。
【００１８】
例えば、図４（ａ）に示すように、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂ１がスライスレベルＳＬを横切ることがない場合がある。この場合には、触媒劣化判定部３１は、触媒２５の劣化は認められないと判定して健全であると診断する。この診断結果は、図４（ｂ）に示すように、劣化有無判定期間Ｔの前から、リア酸素センサ２８の出力はハイ側で一定の出力電圧波形Ｗｂ１となっていることからも推測される。
また、図５（ａ）に示すように、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂ２がフロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆに連動するように振幅して設定時間Ｌｔよりも短時間ＳｔにスライスレベルＳＬを横切る場合がある。この場合には、触媒劣化判定部３１は、触媒２５の排ガス清浄化機能が不十分との劣化判定をして交換が必要という診断をする。この診断結果は、図５（ｂ）に示すように、劣化有無判定期間Ｔの前から、リア酸素センサ２８の出力はフロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆに連動するように振幅する電圧波形Ｗｂ２となっていることからも推測される。
【００１９】
これに対して、図６（ａ）に示すように、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂ３がフロント酸素センサ２７の出力電圧波形Ｗｆに連動するほどではないが追従するように小さく振幅してスライスレベルＳＬを横切る場合がある。この触媒２５は、図６（ｂ）に示すように、劣化有無判定期間Ｔの前でも、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂ３が多少低下して確実に正常判定可能な正常指標ＧＬを下回っている場合に、その劣化有無判定（空燃比の強制的変更）により、スライスレベルＳＬを横切る場合がある。この劣化程度の場合には、触媒劣化判定部３１は、触媒２５の排ガス清浄化機能は低下しているが正常判定をして交換はまだ必要ないという診断をする必要がある。
【００２０】
このことから、触媒劣化判定部３１は、例えば、図６に示すように、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂが正常判定する正常指標ＧＬを下回る程度で清浄化機能が劣化診断するまで劣化していない触媒２５の場合には正常判定することにより、交換が必要との劣化診断を回避（健全診断）する触媒劣化判定制御処理（方法）を実行する。
【００２１】
（触媒劣化判定制御処理）
具体的には、触媒劣化判定部３１は、図７のフローチャートに示すように、まずは、空燃比変更部３２による強制的な空燃比制御を実行する設定期間Ｔの前に、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂが図６（ｂ）に示す正常判定指標ＧＬを下回るほどの振幅幅、つまり出力電圧波形Ｗｂが予め定められている振幅値以上で変化しているか否かを確認する(ステップＳ１１)。
このステップＳ１１の時点で、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂの振幅値が正常判定指標ＧＬを下回っていることが確認された場合には、さらに、空燃比変更部３２による強制的空燃比制御の実行を禁止し（ステップＳ１２）、その出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを下回るほど（超えるほど）変化しており、かつリア酸素センサ２８の反応時間が所定の反応時間を下回って変化しているか否かを確認する (ステップＳ１３)。
【００２２】
また、ステップＳ１１において、リア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂの振幅が正常判定指標ＧＬを下回っていることが確認されなかった場合には、空燃比変更部３２は強制的空燃比制御処理を実行させて、リーン状態とリッチ状態とを設定周期で繰り返させ(ステップＳ２２)、その出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを下回るほど（超えるほど）変化しており、かつリア酸素センサ２８の反応時間が所定の反応時間を下回って変化しているか否かを確認する (ステップＳ１３)。
このステップＳ１３の時点で、リア酸素センサ２８の出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを下回っていることが確認された場合には、リア酸素センサ２８の反応時間を計測し、その反応時間が所定の反応時間を下回った場合（反応時間が、例えば、所定の反応時間Ｌｔ（図３を参照）よりも短い場合）に触媒２５の排ガス清浄化機能が不十分と劣化判定をして交換が必要との診断をし、触媒劣化報知部３３にその旨をドライバに報知させる制御処理を実行させて(ステップＳ１４)、この処理を終了する。
また、ステップＳ１３の時点で、リア酸素センサ２８の出力電圧波形ＷｂがスライスレベルＳＬを下回っていることが確認されず、または、リア酸素センサ２８の反応時間が所定の反応時間を下回っていることが確認されなかった場合には、触媒２５の排ガス清浄化機能は十分という正常判定をして交換不要との診断をし(ステップＳ２４)、触媒劣化報知部３３による報知制御処理を実行させることなく、この処理を終了する。
【００２３】
したがって、触媒劣化判定部３１は、空燃比変更部３２が強制的空燃比制御を実行する前からリア酸素センサ２８の出力電圧波形Ｗｂの振幅が正常判定指標ＧＬを下回る場合や、その出力電圧波形Ｗｂは正常判定指標ＧＬを下回っていないが強制的空燃比制御を実行するとスライスレベルＳＬを下回る場合に、まだ正常であるのにも拘わらずに劣化判定して誤診断してしまうことを回避することができる。
このように本実施形態においては、劣化判定するほど清浄化機能の低下していない触媒２５を劣化していると誤判定してしまうことを防止することができ、交換時期に達していないにも拘わらずに触媒２５のメンテナンス指示を報知してしまうことを未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００２５】
１０   内燃機関
１１   燃焼室
１７   吸気側マニホールド
１８   排気側マニホールド
２１   インジェクタ
２２   スロットルバルブ
２５   触媒
２７   フロント酸素センサ
２８   リア酸素センサ
３０   制御装置
３１   触媒劣化判定部
３２   空燃比変更部
３３   触媒劣化報知部
ＧＬ   正常判定指標
ＳＬ   スライスレベル
Ｗｂ、Ｗｂ１、Ｗｂ２、Ｗｂ３       リア酸素センサの出力電圧波形
Ｗｆ   フロント酸素センサの出力電圧波形
【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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