(57)【要約】【課題】装置の複雑化やコストアップを防止しつつ触媒が硫黄被毒したか否かを判定する。【解決手段】本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒が硫黄被毒したか否かを判定する硫黄被毒判定装置に関する。硫黄被毒判定装置は、触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを備え、触媒後センサの出力変動量Ｈｒを定期的に検出し、検出された触媒後センサ出力変動量の時間に対する増加率Ｚを算出し、増加率Ｚに基づき触媒が硫黄被毒したか否かを判定する。【選択図】図１０
2014005797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒が硫黄被毒したか否かを判定する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを備え、該触媒後センサの出力変動量を定期的に検出し、該検出された触媒後センサ出力変動量の時間または積算吸入空気量に対する増加率を算出し、該増加率に基づき、前記触媒が硫黄被毒したか否かを判定する
ことを特徴とする硫黄被毒判定装置。
【請求項２】
前記触媒の上流側の排気空燃比を検出する触媒前センサを備え、前記触媒前センサの出力変動量が所定変動量よりも少ない場合に、該触媒前センサの出力変動量を増加させるようアクティブ空燃比制御を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の硫黄被毒判定装置。
【請求項３】
前記触媒後センサ出力変動量を検出するタイミング毎に前記増加率を算出し、該タイミングにおける前記触媒後センサ出力変動量と前記増加率とに基づき、前記触媒が硫黄被毒したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の硫黄被毒判定装置。
【請求項４】
前記増加率が、所定の時間または積算吸入空気量当たりの前記触媒後センサ出力変動量の増加量に基づく値である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の硫黄被毒判定装置。
【請求項５】
前記増加率が所定の判定値よりも大きい場合に、前記触媒が硫黄被毒したと判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の硫黄被毒判定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の硫黄被毒判定装置を備え、前記触媒の恒久的劣化の有無を診断する触媒劣化診断装置であって、
前記硫黄被毒判定装置により前記触媒が硫黄被毒したと判定された場合、前記診断を実行する触媒温度条件をより高温側に変更するか、または前記診断を禁止する
ことを特徴とする触媒劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硫黄被毒判定装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒が硫黄被毒したか否かを判定する装置に関する。
【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診断することが行われている。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（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、触媒の活性が低下すると共に、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。
【０００６】
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。よって触媒の劣化診断においては、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劣化（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００７】
かかる誤診断を防止するため、例えば触媒の前後に排気中のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘセンサを設け、これらセンサの検出値から触媒のＳ蓄積量を推定し、推定Ｓ蓄積量が多い場合に診断を禁止することが考えられる。しかし、これだと少なくとも二つのＳＯｘセンサを設けなければならないため、装置の複雑化やコストアップが懸念される。
【０００８】
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、装置の複雑化やコストアップを防止しつつ触媒が硫黄被毒したか否かを判定することができる硫黄被毒判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒が硫黄被毒したか否かを判定する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを備え、該触媒後センサの出力変動量を定期的に検出し、該検出された触媒後センサ出力変動量の時間または積算吸入空気量に対する増加率を算出し、該増加率に基づき、前記触媒が硫黄被毒したか否かを判定する
ことを特徴とする硫黄被毒判定装置が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記硫黄被毒判定装置は、前記触媒の上流側の排気空燃比を検出する触媒前センサを備え、前記触媒前センサの出力変動量が所定変動量よりも少ない場合に、該触媒前センサの出力変動量を増加させるようアクティブ空燃比制御を実行する。
【００１１】
好ましくは、前記硫黄被毒判定装置は、前記触媒後センサ出力変動量を検出するタイミング毎に前記増加率を算出し、該タイミングにおける前記触媒後センサ出力変動量と前記増加率とに基づき、前記触媒が硫黄被毒したか否かを判定する。
【００１２】
好ましくは、前記増加率が、所定の時間または積算吸入空気量当たりの前記触媒後センサ出力変動量の増加量に基づく値である。
【００１３】
好ましくは、前記硫黄被毒判定装置は、前記増加率が所定の判定値よりも大きい場合に、前記触媒が硫黄被毒したと判定する。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、
前記硫黄被毒判定装置を備え、前記触媒の恒久的劣化の有無を診断する触媒劣化診断装置であって、
前記硫黄被毒判定装置により前記触媒が硫黄被毒したと判定された場合、前記診断を実行する触媒温度条件をより高温側に変更するか、または前記診断を禁止する
ことを特徴とする触媒劣化診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装置の複雑化やコストアップを防止しつつ触媒が硫黄被毒したか否かを判定することができるという、優れた作用効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の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】酸素吸蔵容量の計測方法を示すタイムチャートである。
【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】本実施形態に係る硫黄被毒判定装置の原理を説明するためのタイムチャートである。
【図７】実測データを示すタイムチャートである。
【図８】触媒後センサの出力変動量の具体例を説明するためのタイムチャートである。
【図９】触媒後センサの出力変動量を求めるためのマップを示す。
【図１０】触媒後センサの出力変動量の変化を示すタイムチャートである。
【図１１】触媒後センサの出力変動量とその増加率の関係を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係る硫黄被毒判定ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本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。
【００１９】
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。
【００２０】
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単位時間当たりの空気量すなわち吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
上流触媒１１の上流側及び下流側に、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は酸素センサ（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の上流側の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。このような空燃比フィードバック制御をストイキ制御という。
【００２６】
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の恒久的劣化ないしは異常の有無をＥＣＵ２０によって診断するようになっている。ここで診断対象である上流触媒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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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の恒久的劣化の有無を診断する触媒劣化診断装置が装備されている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵または放出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。
【００３２】
本実施形態の触媒劣化診断は、前述のＣｍａｘ法に基づき、以下の方法を基本とする。すなわち触媒劣化診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。このときＥＣＵ２０は、触媒上流側の空燃比、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、リッチおよびリーンに交互に制御する。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比も、リッチおよびリーンに交互に制御されることとなる。
【００３３】
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。
【００３４】
以下、図３及び図４を用いて、上流触媒１１の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンとするリーン制御が実行されている。このとき、目標空燃比Ａ／Ｆｔは所定のリーン空燃比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０．２Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔが所定のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これにより空燃比制御はリーン制御からリッチ制御に切り替えられ、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。
【００３７】
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０．６Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられ、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。隣り合うリーン制御とリッチ制御の組をアクティブ空燃比制御の１周期とする。アクティブ空燃比制御は所定のＮ周期（Ｎは２以上の整数）実行される。
【００４０】
ここでリーン判定値ＶＬは、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定する。このリーン判定値ＶＬは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さい（リーン側の）値に予め定められている。
【００４１】
同様に、リッチ判定値ＶＲは、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定する。このリッチ判定値ＶＲは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きい（リッチ側の）値に予め定められている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
2014005797.tif 000003
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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常・劣化判定が行われる。
【００５０】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値ＯＳＣａｖを算出する。そしてこの平均値ＯＳＣａｖを所定の劣化判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値ＯＳＣａｖが劣化判定値αより大きいときには触媒１１を正常と判定し、平均値ＯＳＣａｖが劣化判定値α以下のときには触媒１１を劣化と判定する。なお触媒を劣化と判定した場合、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。
【００５１】
ところで前述したように、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、触媒の活性が低下すると共に、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。
【００５２】
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。よって触媒の劣化診断においては、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劣化（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【００５３】
かかる誤診断を防止するため、例えば診断対象の触媒の前後に排気中のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘセンサを設け、これらセンサの検出値から触媒のＳ蓄積量を推定し、推定Ｓ蓄積量が多い場合に診断を禁止することが考えられる。しかし、これだと少なくとも二つのＳＯｘセンサを設けなければならないため、装置の複雑化やコストアップが懸念される。
【００５４】
そこで、本実施形態は以下のような硫黄被毒判定装置を具備し、これにより装置の複雑化やコストアップを防止しつつ、触媒が硫黄被毒したか否かを判定することを可能としている。
【００５５】
まず、本実施形態に係る硫黄被毒判定装置の原理を説明する。図６において、（Ａ）は上流触媒１１のＳ蓄積量、（Ｂ）は上流触媒１１の酸素吸蔵能、（Ｃ）は触媒後センサ１８の出力変動量Ｈｒを示す。触媒後センサ１８の出力変動量Ｈｒとは、触媒後センサ１８の出力変動の大きさを表す値であり、より具体的には後述のように定義される。以下これを「センサ出力変動量Ｈｒ」ともいう。図中、線ａは、正常触媒且つ高Ｓ燃料の場合を示し、線ｂは、正常触媒且つ低Ｓ燃料の場合を示す。高Ｓ燃料とは、硫黄濃度が所定の許容上限値を超えるほどに高い燃料をいい、低Ｓ燃料とは、硫黄濃度が許容上限値以下に収まっている燃料をいう。線ｃは、劣化触媒且つ低Ｓ燃料の場合を示す。なお図示しないが劣化触媒且つ高Ｓ燃料の場合には劣化触媒且つ低Ｓ燃料の場合と同様の特性を呈する。
【００５６】
図示するように、高Ｓ燃料使用時だと、時間の経過と共に上流触媒１１のＳ蓄積量が次第に多くなっていく。そしてこれに伴い、上流触媒１１の活性が徐々に低下し、上流触媒１１の酸素吸蔵能は徐々に低下していく。これは上流触媒１１の見掛け上の酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち酸素吸蔵容量計測値が徐々に低下していくことと同義である。なおＳ蓄積量が相当程度増えると、酸素吸蔵能はほぼ最低レベルで一定となる。
【００５７】
一方、センサ出力変動量Ｈｒは、Ｓ蓄積量の増加につれ、初期にはほぼ一定だが中間期において増加し、後期にはまたほぼ一定になるという特性を呈する。
【００５８】
図中破線円で示すように、酸素吸蔵能が所定レベルｄを下回って低下すると、その低下の最中にセンサ出力変動量Ｈｒが増加する傾向にある。ここでいう所定レベルｄとは、通常制御時（ストイキ制御時）における上流触媒１１の上流側の排気空燃比の変動を上流触媒１１が吸収できなくなるような酸素吸蔵能の最大レベルをいう。言い換えれば、酸素吸蔵能がそのレベルを下回ってしまうと、上流触媒１１の上流側の排気空燃比の変動を上流触媒１１が吸収できなくなり、その排気空燃比の変動が上流触媒１１の下流側にも及び、センサ出力変動量Ｈｒを増加させる。この場合、上流触媒１１のＳ蓄積量は非常に多く、上流空燃比の変動を吸収できるほどの酸素吸蔵能および触媒活性はもはや残っていない。
【００５９】
よって本実施形態ではこの特性を利用する。すなわち、センサ出力変動量Ｈｒを定期的に検出し、この検出されたセンサ出力変動量Ｈｒの時間に対する増加率Ｚを算出し、この増加率Ｚに基づき上流触媒１１が硫黄被毒したか否かを判定する。増加率Ｚが所定の被毒判定値Ｚｓよりも大きい場合に、上流触媒１１が硫黄被毒したと判定する。
【００６０】
増加率Ｚは、図６（Ｃ）における例えば線ａの傾きに該当する。酸素吸蔵能が所定レベルｄを下回って低下すると、線ａの傾きが増し、増加率Ｚが増す。よって増加率Ｚは、上流触媒１１における酸素吸蔵能の低下度合いひいてはＳ蓄積量を表す好適な指標値をなす。それ故、増加率Ｚを利用することにより、ＳＯｘセンサを設けることなく、また装置の複雑化やコストアップを防止しつつ、触媒が硫黄被毒したか否かを好適に判定することができる。
【００６１】
なお、図６（Ｃ）において、線ａの場合の増加率Ｚは、初期にゼロに近いプラスの値、中間期に大きいプラスの値、後期にゼロに近いプラスの値である。線ｂの場合の増加率Ｚは常にゼロに近いプラスの値である。線ｃの場合の増加率Ｚは常に実質ゼロである。
【００６２】
上記の説明から分かるように、本実施形態では、酸素吸蔵能が所定レベルｄを下回って低下したとき、すなわち、上流触媒１１がその上流側の排気空燃比の変動を吸収できなくなるようなＳ蓄積量に達したとき、上流触媒１１がＳ被毒したと判定することとなる。
【００６３】
増加率Ｚは、センサ出力変動量Ｈｒの積算吸入空気量に対する増加率としてもよい。すなわち図６の横軸の「時間」は「積算吸入空気量」に置き換えることができる。積算吸入空気量とは、当業者に明らかなように、エアフローメータ５により検出された吸入空気量Ｇａを逐次的に積算してなる値である。この積算吸入空気量を用いると、時間的要素に加え、エンジン負荷の大きさも考慮することができるので、被毒判定精度をより向上できる可能性がある。かかる置き換えは以下の説明においても適宜可能である。
【００６４】
図７には、正常触媒且つ高Ｓ燃料の場合の実測データを示す。（Ａ）は吸入空気量Ｇａ、（Ｂ）は触媒温度Ｔｃ、（Ｃ）は触媒前センサ１７によって検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ、（Ｄ）は触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ、（Ｅ）は触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒ、（Ｆ）はＳＯ2濃度をそれぞれ示す。（Ｄ）の触媒後空燃比Ａ／Ｆｒは、上流触媒１１の下流側に試験用に設置した、触媒前センサ１７と同様の広域空燃比センサにより検出された空燃比であり、上流触媒１１の下流側の排気空燃比を表す。（Ｆ）において、線ａは上流触媒１１の上流側の排気ガスのＳＯ2濃度、線ｂは上流触媒１１の下流側の排気ガスのＳＯ2濃度を示す。
【００６５】
（Ａ）から分かるように、本データは、吸入空気量Ｇａが一定のエンジン定常運転中に測定されたデータであり、特にアイドル運転中且つストイキ制御中（（Ｃ）参照）に測定されたデータである。かかる運転条件だと（Ｂ）に示すように触媒温度Ｔｃが低下し、触媒にＳが蓄積し易くなる。そのためＳ被毒判定はかかる運転条件下で実行されるのが好ましい。
【００６６】
かかる運転条件での運転を継続すると、上流触媒１１におけるＳ蓄積量が次第に多くなり、ある時点から上流触媒１１の上流側の空燃比変動を上流触媒１１で吸収しきれなくなる。そして（Ｄ）、（Ｅ）に破線円で示されるように、上流触媒１１の下流側の触媒後空燃比Ａ／Ｆｒの変動が大きくなり、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒの変動が大きくなる。本実施形態ではこの触媒後センサ出力電圧Ｖｒの変動量の時間に対する変化率ないし増加率に着目し、当該増加率が所定の被毒判定値Ｚｓよりも大きくなったら上流触媒１１が硫黄被毒したと判定する。
【００６７】
ここで、触媒後センサ１８の出力変動量Ｈｒ（センサ出力変動量Ｈｒ）の具体例を幾つか述べる。なおここで示す例以外の方法でセンサ出力変動量Ｈｒを定義し、求めることも可能である。
【００６８】
図８において、（Ａ）は触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒの変動を示し、（Ｂ）は（Ａ）のｂ部拡大図を示す。
【００６９】
センサ出力変動量Ｈｒの第１の例は次の通りである。図８（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ２０は、所定のサンプル周期τ毎に、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒ（以下、センサ出力Ｖｒという）の値を取得する。そしてＥＣＵ２０は、サンプル周期τ毎に、センサ出力の今回値Ｖｒnと前回値Ｖｒn-1との差ΔＶｒn＝｜Ｖｒn−Ｖｒn-1｜を算出し、且つこの差ΔＶｒnを積算する。今回の積算値をΣΔＶｒnで表す。この積算を所定時間Ｔ（例えば１０（ｓ））だけ実行し、最終的な積算値ΣＶｒを所定時間Ｔで除してセンサ出力変動量Ｈｒを求める。すなわちこの第１の例にかかるセンサ出力変動量Ｈｒは、所定時間Ｔの間に積算されたセンサ出力の差の積算値ΣΔＶｒを所定時間Ｔで除して得られる値である（Ｈｒ＝ΣΔＶｒ／Ｔ）。
【００７０】
センサ出力変動量Ｈｒの第２の例は次の通りである。図８（Ａ）に示すように、ＥＣＵ２０は、図示するようなセンサ出力Ｖｒの波形において、所定時間Ｔ中の波の数をカウントする。但し振幅が所定の不感帯Ａより大きい波のみをカウントする。そしてそのカウントされた波数を所定時間Ｔで除し、センサ出力変動量Ｈｒを求める。すなわちこの第２の例にかかるセンサ出力変動量Ｈｒは、所定時間Ｔの間において振幅が不感帯Ａより大きい波の数を所定時間Ｔで除して得られる値である。なおここでいう振幅とは、センサ出力の最大ピークＶＨと最小ピークＶＬの間の変化量をいう。
【００７１】
例えばＥＣＵ２０は、図８（Ａ）に示すように、センサ出力波形の最大ピークＶＨと最小ピークＶＬとを順次検知する。そして最大ピークＶＨから最小ピークＶＬに至るまでの前半分のセンサ出力変化量ΔＶ１と、最小ピークＶＬから次の最大ピークＶＨに至るまでの後半分のセンサ出力変化量ΔＶ２との両方がＡより大きいとき、１波とカウントする。
【００７２】
図示例では、最大ピークＶＨの到来時毎に波のカウントが行われ、時刻ｔ０からカウントが開始されている。時刻ｔ１で１波目が、時刻ｔ２で２波目がカウントされている。
【００７３】
次の時刻ｔ３では、時刻ｔ２の最大ピークＶＨから次の最小ピークＶＬまでの前半分のセンサ出力変化量がＡより大きいものの、その最小ピークＶＬから時刻ｔ３の最大ピークＶＨまでの後半分のセンサ出力変化量ΔＶ３がＡより小さいため、１波とカウントしない。
【００７４】
時刻ｔ４では、両方のセンサ出力変化量がＡより小さいため、１波とカウントしない。
【００７５】
時刻ｔ５では、時刻ｔ４の最大ピークＶＨから次の最小ピークＶＬまでの前半分のセンサ出力変化量ΔＶ４がＡより小さいため、その最小ピークＶＬから時刻ｔ５の最大ピークＶＨまでの後半分のセンサ出力変化量ΔＶ５がＡより大きいにも拘わらず、１波とカウントしない。
【００７６】
時刻ｔ６では、両方のセンサ出力変化量がＡより大きいため、１波とカウントし、計３波目をカウントする。時刻ｔ７でも、両方のセンサ出力変化量がＡより大きいため、１波とカウントし、計４波目をカウントする。この後所定時間Ｔが経過し、図示例では所定時間Ｔの間に４波がカウントされている。この４（波）をＴで除してセンサ出力変動量Ｈｒが得られる。
【００７７】
この第２の例のセンサ出力変動量Ｈｒは、所定時間Ｔ当たりの波数であるといえるから、センサ出力周波数と言い換えることができる。
【００７８】
第２の例については次のような変形例も可能である。例えば、最大ピークＶＨから最小ピークＶＬまでのセンサ出力変化量でＡより大きいものを１波とカウントし、且つ、最小ピークＶＬから最大ピークＶＨまでのセンサ出力変化量でＡより大きいものを１波とカウントする。つまり最大ピークＶＨと最小ピークＶＬの間のセンサ出力変化量でＡより大きければ方向を問わず（片道でも）１波とカウントするものである。
【００７９】
センサ出力変動量Ｈｒの第３の例は、第２の例のようなセンサ出力周波数に、センサ出力振幅を加味して得られる値である。センサ出力振幅は、例えばカウントされた１波の最大ピークＶＨと最小ピークＶＬの差からなる。第２の例の基本例では二つの当該差が存在するが、これらのうちの一方を用いたり、両方の平均値を用いたりすることができる。代替的に、当該差から不感帯Ａを減じて得られる値をセンサ出力振幅としてもよい。
【００８０】
これらセンサ出力周波数とセンサ出力振幅に基づき、図９に示すような所定のマップを用いて、センサ出力変動量Ｈｒが求められる。センサ出力周波数が大きいほど、またセンサ出力振幅が大きいほど、大きなセンサ出力変動量Ｈｒが得られる。なお、図中の破線円ａは、低Ｓ燃料且つ正常触媒の場合に得られるセンサ出力周波数とセンサ出力振幅の範囲を示す。触媒がＳ被毒したときには、図中の線ｂより大きいセンサ出力周波数とセンサ出力振幅が得られる。
【００８１】
さて、図１０には、図６（Ｃ）と同様のセンサ出力変動量Ｈｒの変化を示す。線ａは正常触媒且つ高Ｓ燃料の場合、線ｂは、正常触媒且つ低Ｓ燃料の場合、線ｃは劣化触媒且つ低Ｓ燃料の場合を示す。
【００８２】
図中のプロットで示すように、センサ出力変動量Ｈｒの値が定期的に検出される。今回の検出値をＨｒi、前回の検出値をＨｒi-1で表すと、今回の増加率はＺi＝Ｈｒi−Ｈｒi-1で表される。増加率Ｚiは、今回のセンサ出力変動量Ｈｒiと前回のセンサ出力変動量Ｈｒi-1との差からなる。このように増加率Ｚは、前回から今回までの所定時間当たりのセンサ出力変動量Ｈｒの増加量に基づく値である。なお、図中の横軸の時間を積算吸入空気量に置き換えてもよいことは前述した通りである。
【００８３】
図１１は、図１０の各プロットをセンサ出力変動量Ｈｒと増加率Ｚの関係で表したグラフである。
【００８４】
正常触媒且つ低Ｓ燃料の場合だと、センサ出力変動量Ｈｒと増加率Ｚは破線円ｂで示すような低増加率かつ低センサ出力変動量の領域に止まる傾向にある。また劣化触媒且つ低Ｓ燃料の場合だと、センサ出力変動量Ｈｒと増加率Ｚは破線円ｃで示すような低増加率かつ高センサ出力変動量の領域に止まる傾向にある。
【００８５】
その一方で、正常触媒且つ高Ｓ燃料の場合だと、図中に矢印ａおよびプロットで示すように、増加率Ｚは時間の経過と共に一旦上昇し、その後低下する傾向にある。またセンサ出力変動量Ｈｒは時間の経過と共に増加する傾向にある。
【００８６】
そこで本実施形態ではこれらの特性の違いを利用して上流触媒１１が硫黄被毒したか否かを判定する。基本的には、増加率Ｚが所定の被毒判定値Ｚｓよりも大きくなった場合に、上流触媒１１が硫黄被毒したと判定する。
【００８７】
但しここでは、判定精度向上のため、増加率Ｚに加えセンサ出力変動量Ｈｒにも基づいて硫黄被毒判定を行う。すなわち、センサ出力変動量Ｈｒを検出するタイミング毎に増加率Ｚを算出し、当該タイミングにおける増加率Ｚとセンサ出力変動量Ｈｒとに基づき、上流触媒１１が硫黄被毒したか否かを判定する。
【００８８】
より具体的には、あるタイミングｉで今回のセンサ出力変動量Ｈｒiが検出されたら、これより１回前のタイミングｉ−１での前回のセンサ出力変動量Ｈｒi-1との差を求め、これを今回の増加率Ｚi＝Ｈｒi−Ｈｒi-1として算出する。次に、今回のセンサ出力変動量Ｈｒiに対応した被毒判定値Ｚｓiを、図１１に示すような形態で予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから算出する。この被毒判定値Ｚｓiよりも今回の増加率Ｚiが大きければ上流触媒１１が硫黄被毒した旨の被毒判定を行い、そうでなければ上流触媒１１が硫黄被毒してない旨の正常判定を行う。このように被毒判定値Ｚｓはセンサ出力変動量Ｈｒに応じて可変設定される。
【００８９】
図１１に示すように、被毒判定値Ｚｓは、センサ出力変動量Ｈｒが大きくなるほど小さくなる傾向にある。センサ出力変動量Ｈｒの小なる領域では、ノイズ等の影響で増加率Ｚがばらつく傾向にある。図示例ではかかる領域で被毒判定値Ｚｓが大きくされているので、ノイズ等の影響で増加率Ｚが上昇した場合に誤って被毒と判定することを防止できる。これにより判定精度を向上できる。
【００９０】
勿論、センサ出力変動量Ｈｒを考慮せず増加率Ｚのみに基づいて判定を行ってもよい。すなわち、今回の増加率Ｚiを一定の被毒判定値Ｚｓと比較して判定を行ってもよい。
【００９１】
ところで本実施形態では、より安定した判定を行うため、上流触媒１１の上流側の排気空燃比（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）の変動が所定変動量よりも少ない場合に、これを増加させるようアクティブ空燃比制御を実行する。
【００９２】
すなわち、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動があまりに少ないと、その影響で、触媒がＳ被毒しているにも拘わらず触媒後空燃比Ａ／Ｆｒの変動が少なくなり、誤って正常と誤判定する虞がある。よって本実施形態ではかかる場合に敢えて触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの追加の変動を加えるべく、アクティブ空燃比制御を実行する。これにより誤正常判定を未然に防止し、安定した判定を行うことが可能となる。アクティブ空燃比制御の実行により、触媒劣化診断のときと同様、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆはストイキを境にリッチ・リーンと交互に且つ所定時間毎に切り換えられる。
【００９３】
触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動としては、通常のストイキ制御時に得られるような変動を少なくとも得られるようにする。ストイキ制御時であっても加減速等により実際の触媒前空燃比Ａ／Ｆｆはある程度変動するが、こうした場合の最小の変動レベルを少なくとも得られるようにする。この変動レベルを得られない場合、アクティブ空燃比制御を実行する。定常運転状態において触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動が殆ど起こらない場合があり、この場合にはアクティブ空燃比制御を実行して空燃比変動を強制的に付加する。
【００９４】
ＥＣＵ２０は、触媒前センサ１７により触媒前空燃比Ａ／Ｆｆを検出し、この検出値に基づき触媒前センサ１７の出力変動量Ｈｆを算出する。出力変動量Ｈｆは、次式（２）で表される演算周期毎の出力変動量ｄＨｆを逐次的に所定期間積算してなる値である。所定期間は、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに対しリッチとなっている期間とリーンとなっている期間との合計期間（つまり１波の１周期）、またはその倍数である。
【００９５】
【数２】
2014005797.tif 000004
【００９６】
次いでＥＣＵ２０は、算出された出力変動量Ｈｆを所定の変動量しきい値Ｈｆｓと比較する。出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓ以上の場合、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆに十分な変動があるとみなして、アクティブ空燃比制御を実行しない。他方、出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓより少ない場合、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動が不足しているとみなして、アクティブ空燃比制御を実行する。これにより触媒前センサ１７の出力変動量Ｈｆが増加する。
【００９７】
アクティブ空燃比制御の実行時には、触媒劣化診断とほぼ同様の方法で吸蔵および放出酸素量が逐次的に計測される。但しここでは所定の中間量までの酸素の吸蔵および放出しか行わず、飽和状態までの吸蔵、および完全な放出は行わない。所定の中間量の吸蔵および放出酸素量が計測された時点で、触媒後センサ１８の出力が反転しなくとも、空燃比の切り替えを行う。
【００９８】
また酸素量計測に際しては、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの代わりに目標空燃比Ａ／Ｆｔを用いる（（１）式参照）。触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの検出値には、触媒前センサ１７の応答遅れ等に起因する遅れが存在するからである。
【００９９】
次に、本実施形態に係るＳ被毒判定ルーチンを図１２を参照して説明する。当該ルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期τ（例えば４（ｍｓ））毎に繰り返し実行される。
【０１００】
ステップＳ１０１では、所定の前提条件が成立したか否かが判断される。前提条件は例えば次の各条件が成立したときに成立する。
（１）上流触媒１１の触媒温度Ｔｃが所定温度（例えば７００℃）以下である。
（２）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している。
（３）エンジンが定常運転中である。
（４）ストイキ制御中である。
【０１０１】
条件（１）に関し、触媒温度Ｔｃは、エンジン運転状態に基づきＥＣＵ２０により推定されるが、温度センサで直接検出してもよい。所定温度は、Ｓ被毒が起こり得る温度範囲の最大値として設定されるのが好ましい。
【０１０２】
条件（２）は、ＥＣＵ２０によって推定される触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の検出素子の温度が所定の活性温度域に入っている場合に成立する。
【０１０３】
条件（３）は、クランク角センサ１４の出力に基づいて計算されるエンジン回転数と、エアフローメータ５により検出される吸入空気量Ｇａとの所定時間中の変動幅がそれぞれ所定値以内に収まっている場合に成立する。通常、アイドル運転中には条件（３）が満たされる。
【０１０４】
前提条件が成立していない場合、今回のルーチンが終了される。他方、前提条件が成立した場合には、ステップＳ１０２において、触媒前センサ１７の検出値である触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒ、および吸入空気量Ｇａの検出値それぞれの今回値Ａ／Ｆｆn、Ｖｒn、Ｇａnが取得される。
【０１０５】
ステップＳ１０３では、時間をカウントするタイマの値ｔが演算周期τに等しい値だけカウントアップされる。
【０１０６】
ステップＳ１０４では、タイマ値ｔが所定時間Ｔ（例えば１０（ｓ））に達したか否か、すなわちｔ≧Ｔになった否かが判断される。達してなければ今回のルーチンが終了され、達していればステップＳ１０５に進む。
【０１０７】
ステップＳ１０５では、タイマ値ｔが初期値のゼロから所定時間Ｔに達するまでの間に取得された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆおよび吸入空気量Ｇａの値に基づき、触媒前センサ１７の出力変動量Ｈｆが算出される。そしてこの出力変動量Ｈｆが所定の変動量しきい値Ｈｆｓと比較される。
【０１０８】
出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓより小さい場合、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動が不足していたと事後的にみなされ、ステップＳ１１５に進んでアクティブ空燃比制御が実行される。そしてステップＳ１１６で、触媒後センサ１８の出力変動量Ｈｒ（センサ出力変動量Ｈｒ）の算出回数カウンタの値ｉが１だけカウントアップされる。その後ステップＳ１１４で、タイマ値ｔがゼロにクリアされ、ルーチンが終了される。
【０１０９】
他方、出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓ以上の場合、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの変動が十分であったと事後的にみなされ、ステップＳ１０６に進んで、検出値としてのセンサ出力変動量の今回値Ｈｒiが、既に取得済みの触媒後センサ出力電圧Ｖｒのデータに基づいて算出される。そしてステップＳ１０７で、センサ出力変動量算出回数カウンタ値ｉが１だけカウントアップされる。
【０１１０】
次いで、ステップＳ１０８において、センサ出力変動量の１回前の前回値Ｈｒi-1の算出履歴の有無が判断される。当該履歴がない場合、ステップＳ１１４でタイマ値ｔがゼロにクリアされ、ルーチンが終了される。
【０１１１】
他方、当該履歴がある場合にはステップＳ１０９に進み、増加率の今回値Ｚi＝Ｈｒi−Ｈｒi-1が算出される。そしてステップＳ１１０で、被毒判定値の今回値Ｚｓiが、センサ出力変動量の今回値Ｈｒiに基づき図１１に示したようなマップから算出される。
【０１１２】
次いでステップＳ１１１において、増加率の今回値Ｚiが被毒判定値の今回値Ｚｓiと比較される。増加率の今回値Ｚiが被毒判定値の今回値Ｚｓiより大きい場合、ステップＳ１１２に進み、上流触媒１１がＳ被毒した旨のＳ被毒判定が行われる。そしてステップＳ１１４でタイマ値ｔがクリアされ、ルーチンが終了される。
【０１１３】
他方、増加率の今回値Ｚiが被毒判定値の今回値Ｚｓi以下の場合、ステップＳ１１３に進み、上流触媒１１がＳ被毒していない旨の正常判定が行われる。そしてステップＳ１１４でタイマ値ｔがクリアされ、ルーチンが終了される。
【０１１４】
以上のルーチンが実行されたときの具体的な作動は次の通りである。前提条件成立下において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆn、触媒後センサ出力電圧Ｖｒnおよび吸入空気量Ｇａnが演算周期τ毎に繰り返し取得され、ＥＣＵ２０に順次記憶されていく（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。この取得および記憶はタイマ値ｔが所定時間Ｔに達するまで行われる（ステップＳ１０３）。
【０１１５】
タイマ値ｔが所定時間Ｔに達すると、取得済みの触媒前空燃比Ａ／Ｆｆnおよび吸入空気量Ｇａnのデータに基づき、触媒前センサ１７の出力変動量Ｈｆが算出される（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）。
【０１１６】
このセンサ出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓ以上の場合、取得済みの触媒後センサ出力電圧Ｖｒnに基づき、センサ出力変動量Ｈｒiが算出される（ステップＳ１０６）。そして算出回数カウンタ値ｉが１だけカウントアップされる（ステップＳ１０７）。
【０１１７】
次いでセンサ出力変動量の１回前の前回値Ｈｒi-1の算出履歴の有無が判断される（ステップＳ１０８）。当該履歴がある場合には、増加率Ｚiの算出と、被毒判定値Ｚｓiの算出とが行われ、上流触媒１１のＳ被毒の有無が判定される（ステップＳ１０８〜Ｓ１１３）。
【０１１８】
他方、当該履歴がない場合とは、前回にセンサ出力変動量Ｈｆが変動量しきい値Ｈｆｓ未満だったため、好適なセンサ出力変動量Ｈｒの値を得るべくアクティブ空燃比制御のみが実行され、センサ出力変動量の前回値Ｈｒi-1の算出が行われなかった場合である（ステップＳ１０５，Ｓ１１５）。この場合には１回前の前回値Ｈｒi-1が無いため、増加率Ｚiは算出されない。例えば２回前の前回値Ｈｒi-2を用いて今回の増加率Ｚiを算出するようなことはしない。時間間隔が倍になって真値より大きな増加率が算出されてしまうからである。例えば次回の検出タイミングｉ＋１において、次回値Ｈｒi+1と今回値Ｈｒiを用いて増加率Ｚi+1が算出される。
【０１１９】
このルーチンの説明から分かるように、図１０に示した各プロットは、所定時間Ｔ毎に検出されたセンサ出力変動量Ｈｒiのデータとすることができる。時間の代わりに積算吸入空気量を用いてもよいことは前述した通りである。すなわち、ステップＳ１０３で吸入空気量Ｇａを積算し、ステップＳ１０４で積算吸入空気量を所定のしきい値と比較してもよい。
【０１２０】
上記のルーチンは常時実行され、従って前提条件が成立している限り所定時間Ｔ毎にＳ被毒の有無が判断されることになる。よって実際にＳ被毒が発生した場合にこれを即座に検出することができる。
【０１２１】
ところで、本実施形態によれば、かかる硫黄被毒判定装置を備えた触媒劣化診断装置も提供される。そして硫黄被毒判定装置により上流触媒１１がＳ被毒したと判定された場合、触媒劣化診断装置は、診断を実行する触媒温度条件をより高温側に変更する。
【０１２２】
すなわち、上流触媒１１がＳ被毒したと判定されてないとき、触媒劣化診断は、上述の前提条件（ステップＳ１０１）のうちの条件（２）〜（４）と、次の条件（１）’とが成立した場合に限って実行される。
（１）’上流触媒１１の触媒温度Ｔｃが所定の第１温度範囲内にある。第１温度範囲は例えば６００℃以上８５０℃以下の範囲である。
【０１２３】
しかし、上流触媒１１がＳ被毒したと判定されたときには、条件（１）’が次の条件（１）”に変更される。
（１）”上流触媒１１の触媒温度Ｔｃが所定の第２温度範囲内にある。第２温度範囲は例えば７５０℃以上８５０℃以下の範囲である。
【０１２４】
この例では、第１温度範囲のうち、６００℃以上７５０℃未満の低温側を実質的に診断禁止として、触媒温度条件をより高温側に厳しくしている。これにより、Ｓ被毒が起こりづらい高温条件でのみ触媒劣化診断を実行でき、Ｓ被毒の発生に起因する誤診断を未然に防止できる。そして同時に診断頻度をも確保することができる。
【０１２５】
なお上記の数値は一例であり、適宜変更可能である。また触媒温度条件の変更の仕方も他の方法が可能である。
【０１２６】
代替的に、硫黄被毒判定装置により上流触媒１１がＳ被毒したと判定された場合、触媒劣化診断装置は、診断を禁止する。これによりＳ被毒した上流触媒１１を誤って恒久的劣化とする誤診断を確実に防止できる。
【０１２７】
このように本実施形態の触媒劣化診断装置はＳ被毒による誤診断を防止できる。そのため、上流触媒１１において、Ｓ被毒影響分の酸素吸蔵能の余裕を貴金属（触媒成分３２）で確保する必要がなくなり、触媒の貴金属量を低減することができる。
【０１２８】
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。上記の説明ではリーン側とリッチ側若しくは吸蔵側と放出側の一方のみしか説明していない箇所があるが、この一方に対する説明によって他方も理解されることが当業者にとって明らかであろう。
【０１２９】
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】
【０１３０】
１  内燃機関（エンジン）
５  エアフローメータ
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
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2014005797.tif 000005
【図２】
2014005797.tif 000006
【図３】
2014005797.tif 000007
【図４】
2014005797.tif 000008
【図５】
2014005797.tif 000009
【図６】
2014005797.tif 000010
【図７】
2014005797.tif 000011
【図８】
2014005797.tif 000012
【図９】
2014005797.tif 000013
【図１０】
2014005797.tif 000014
【図１１】
2014005797.tif 000015
【図１２】
2014005797.tif 000016