(57)【要約】【課題】  排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃ＨＣに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる触媒劣化検出装置を提供する。【解決手段】  内燃機関５０で行われる燃焼の状態を改善するための気流制御弁５８と、排気ガス中の酸素を検知するＡ／Ｆセンサ２３及び酸素センサ２４と、排気ガスを浄化する三元触媒２２とを備える内燃機関システム１００で、Ａ／Ｆセンサ２３及び酸素センサ２４の出力を利用して三元触媒２２の劣化を検出するためのアクティブ劣化検出制御を実行するＥＣＵ１であって、気流制御弁５８による燃焼改善の度合いに応じて、アクティブ劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可手段を備える。劣化検出制御許可手段は、気流制御弁５８の開弁状態が半開のときにアクティブ劣化検出制御の実行を許可する。【選択図】  図５
2008175118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で行われる燃焼の状態を改善するための燃焼改善手段と、排気ガス中の酸素を検知する排気ガスセンサと、排気ガスを浄化する触媒とを備える内燃機関システムで、前記排気ガスセンサの出力を利用して前記触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出制御を実行する触媒劣化検出装置であって、
前記燃焼改善手段による燃焼改善の度合いに応じて、前記触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可手段を備えることを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記燃焼改善手段が、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成するために該内燃機関の吸気系の吸気通路に配設される気流制御弁であることを特徴とする請求項１記載の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記劣化検出制御許可手段が、前記気流制御弁の開弁状態に基づき前記触媒劣化検出制御の実行を許可することを特徴とする請求項２記載の触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触媒劣化検出装置に関し、特に排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃ＨＣに発生段階で対処して、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現する触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素を検知する排気ガスセンサ（例えば酸素センサやＡ／Ｆセンサ）の出力を利用して、内燃機関の排気系に配設された触媒の劣化を検出する技術が知られている。図９は触媒の劣化を検出する方法の一例を模式的に示す図である。触媒は排気空燃比がリッチのときに酸素を放出する一方で、リーンのときに酸素を吸蔵する性質（酸素吸蔵能）を有しており、触媒では係る性質を利用して排気の浄化が行われている。ところがこの酸素吸蔵能は触媒の劣化に伴い低下することから、例えば排気を十分に浄化できるような範囲内で燃料噴射を行うためには触媒の劣化度合いを把握する必要がある。
【０００３】
これに対して酸素吸蔵能は最大酸素吸蔵量で把握でき、最大酸素吸蔵量は例えば図９及び以下に示す演算式を利用して求めることができる。
【数１】
2008175118.tif 000003
この演算式は触媒に流入する酸素量のうち、触媒が吸蔵或いは放出する酸素量を算出するとともに、算出した酸素量を積算していくように構成されている。なお、この演算式では空燃比（ここでは制御Ａ／Ｆ−ストイキＡ／Ｆ）に燃料噴射量（ここでは単位時間当たりの燃料噴射量ｍｆｒ×燃料噴射時間Δｔ）を乗じることで空気量が求まることから、この空気量にさらに空気中の酸素濃度（ここでは０．２３）を乗じることで触媒が吸蔵或いは放出する酸素量を求めている。そしてこの酸素量は触媒が酸素を放出し切ったときを基準とすれば、図９に示す酸素吸蔵量として表すことができる。
【０００４】
このため触媒の下流に配設された酸素センサの出力に基づき、酸素センサの出力が反転したときに、排気空燃比もリッチ、リーン間で反転するように所定の燃料噴射量ｍｆｒ及び燃料噴射時間Δｔで燃料噴射制御を行うとともに、このときに触媒の上流に配設されたＡ／Ｆセンサで制御Ａ／Ｆを検出するようにすれば、上記演算式を利用して最大酸素吸蔵量を算出できる。さらに最大酸素吸蔵量と触媒の劣化度合いの間には図１０に示すような相関関係があることから、上記のようにして最大酸素吸蔵量を求めれば、図１０に示す関係に基づき触媒の劣化を判定及び検出できる（以下、上記のようにして触媒の劣化を検出する制御を単にアクティブ劣化検出制御と称す）。なお、例えば特許文献１などで排気ガスセンサの出力を利用して触媒の劣化を検出する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６４４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで排気ガスには酸素のほかにも水素や未燃ＨＣなどが含まれている。そして水素や未燃ＨＣのうちでもメタンなどは酸素よりもガス拡散し易いことから、酸素よりも速く排気ガスセンサの電極に到達する。この状態は、本来電極に到達すべき酸素が水素の影響で電極に到達できなくなっている状態であり、このときには排気ガスセンサの出力に基づき、排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチ寄りに検出されてしまう。すなわち、水素やメタンは排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチであると誤検出するように排気ガスセンサに作用してしまう。このため、このときには排気ガスセンサの出力特性がずれてくることに起因して、酸素センサの出力が反転したときに行われる燃料噴射制御のタイミングが不適切になることなどから最大酸素吸蔵量を正確に求めることができなくなり、この結果、触媒劣化検出精度が低下してしまう虞があった。
【０００７】
一方、水素や未燃ＨＣは濃い混合気が燃焼した際に生成され易いことから、混合気のミキシング性が悪いと水素やメタンの発生量も増加する。これに対して、燃焼室内にタンブル流やスワール流といった旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設されている場合、燃焼改善等を目的として強い旋回気流で混合気のミキシング性を向上させるために気流制御弁は例えば半開に制御される。図１１は気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。気流制御弁は例えば図１１に示すように燃焼改善を目的として全開から半開に適宜制御される。このように気流制御弁が制御されると半開時に混合気のミキシング性が向上する一方で、気流制御弁の開弁状態（例えば全開）によっては混合気のミキシング性が相対的に低下することから、水素や未燃ＨＣの発生量が相対的に増大することになる。この場合には、その分水素やメタンが排気ガスセンサに大きく作用し易くなることから、触媒劣化検出精度が低下してしまう虞がある。
【０００８】
これに対して、三元触媒では水素や未燃ＨＣが酸素と反応して燃焼することから、三元触媒の下流側では一般に水素や未燃ＨＣが大幅に減少する。ところが内燃機関の気筒間で空燃比がばらついた場合には、各気筒のうち、空燃比がリッチとなった気筒から排出される排気ガスに含まれる水素が三元触媒の上流だけでなく、下流の排気ガスセンサに対しても同様に悪影響を及ぼしてしまう。図１２は内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。図１２では直列４気筒の内燃機関で計測した場合の水素濃度を示しており、また各気筒の空燃比を順番にリッチ、リーン、リーン、リッチにすることで空燃比にばらつきがある場合を再現している。なお、水素濃度を示す縦軸はログスケールとなっている。
【０００９】
図１２より、水素濃度は内燃機関から排出される場合（内燃機関後の場合）と三元触媒から排出される場合（三元触媒後の場合）とでともに気筒間で空燃比のばらつきがあるほうが高くなっていることがわかる。ここで、特に三元触媒から排出される場合にも水素濃度が高くなっているのは、三元触媒内の酸素量が不足し、空燃比がリッチとなった気筒から排出された水素が酸素と十分に反応できなくなった結果と考えられる。また、係る傾向は未燃ＨＣについても同様に成立すると考えられる。図１２から気筒間で空燃比がばらつくと排気ガス中の水素濃度が高くなり排気ガスセンサに悪影響を及ぼす虞が増大することがわかるが、このように気筒間で空燃比がばらつくといった不確定な外乱的要素に対しては、まず発生源対策といった観点で水素や未燃ＨＣに対処してアクティブ劣化検出制御等の触媒劣化検出制御を実行することが有効であるといえる。
【００１０】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃ＨＣに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関で行われる燃焼の状態を改善するための燃焼改善手段と、排気ガス中の酸素を検知する排気ガスセンサと、排気ガスを浄化する触媒とを備える内燃機関システムで、前記排気ガスセンサの出力を利用して前記触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出制御を実行する触媒劣化検出装置であって、前記燃焼改善手段による燃焼改善の度合いに応じて、前記触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可手段を備えることを特徴とする。ここで燃焼改善の度合いが高ければ、水素や未燃ＨＣの燃焼が図られることから燃焼室から排出される水素や未燃ＨＣの量も少なくなる。さらに係る状態であれば、仮に各気筒の空燃比がばらついた場合でも空燃比がリッチとなった気筒から排出される水素や未燃ＨＣの量も低減できる。本発明は係る点に鑑みたものであり、本発明によれば発生段階で水素や未燃ＨＣに対処してロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる。
【００１２】
なお、燃焼改善手段は混合気のミキシング性を向上させることなどで燃焼状態を改善できる手段であれば適宜の手段であってよく、例えばスワール流を生成するために形成されたヘリカルポートを燃焼改善手段として捉えることなども可能である。この場合、ヘリカルポートによる燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可すべく、例えばヘリカルポートによって所定の燃焼改善効果が得られるときの内燃機関の運転状態に基づき、触媒劣化検出制御の実行を許可することなども本発明に含まれる。
【００１３】
また本発明は前記燃焼改善手段が、前記内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成するために該内燃機関の吸気系の吸気通路に配設される気流制御弁であってもよい。燃焼改善手段は具体的には例えば高い燃焼改善効果を奏する気流制御弁であることが好適である。
【００１４】
また本発明は前記劣化検出制御許可手段が、前記気流制御弁の開弁状態に基づき前記触媒劣化検出制御の実行を許可してもよい。ここで混合気のミキシング性は気流制御弁の開弁状態によって変化することから、燃焼改善手段が気流制御弁である場合には、具体的には例えば気流制御弁の開弁状態に基づいて触媒劣化検出制御の実行を許可することで、燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可できる。なお、劣化検出制御許可手段は、気流制御弁の開弁状態が半開のときに劣化検出制御の実行を許可することが好ましい。これは一般に気流制御弁の開弁状態が半開のときに、燃焼室内に強い旋回気流が生成されて混合気のミキシング性が高くなることによる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃ＨＣに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い触媒劣化検出制御を実現できる触媒劣化検出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１７】
図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係る触媒劣化検出装置を内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、吸入空気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。
【００１８】
排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。また三元触媒２２は、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の極めて狭い範囲にある場合にのみ上記三成分を同時に浄化可能であることから、三元触媒２２に流入する排気空燃比を理論空燃比近傍に維持することがエミッションを低減する上で重要となる。
【００１９】
排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々配設されている。なお、本実施例ではアクティブ劣化検出制御を行うために上記のような構成となっているが、三元触媒２２の上流及び下流に配設される排気ガスセンサの組み合わせはこれに限られず、例えば三元触媒２２の上流及び下流にともにＡ／Ｆセンサ２３或いは酸素センサ２４を配設するなど、適宜の組み合わせであってよい。また例えば三元触媒２２の上流或いは下流にだけＡ／Ｆセンサ２３或いは酸素センサ２４が配設されていてもよい。
【００２０】
次にＡ／Ｆセンサ２３について詳述する。図２はＡ／Ｆセンサ２３の出力特性を示す図であり、横軸は排気ガス分析計による真の排気空燃比、縦軸はＡ／Ｆセンサ２３の出力に基づき検出された排気空燃比を夫々示している。図２では三元触媒２２の上流に排気ガスセンサを配設した場合と、下流に排気ガスセンサを配設した場合の出力特性の相違を比較するために、三元触媒２２の上流だけでなく、下流にもＡ／Ｆセンサ２３を配設した場合の出力特性を夫々示している。また図２では、同時に真の排気空燃比と水素濃度との関係を上記出力特性に対応させて示している。破線で示すラインＬ１は真の排気空燃比を示している。これに対してラインＬ２は上流側のＡ／Ｆセンサ２３（以下、触媒前Ａ／Ｆセンサと称す）の出力に基づき検出された排気空燃比を示しており、ラインＬ３は下流側のＡ／Ｆセンサ２３（以下、触媒後Ａ／Ｆセンサと称す）の出力に基づき検出された排気空燃比を示している。
【００２１】
横軸の真の排気空燃比を基準にして、同一の真の排気空燃比でこれらのラインＬ１、Ｌ２及びＬ３を比較した場合、ラインＬ２及びＬ３はともに真の排気空燃比を示すラインＬ１よりもリッチ寄りになっていることがわかる。さらにラインＬ２はラインＬ３よりも相当リッチ寄りになっていることがわかる。これは三元触媒２２で水素や未燃ＨＣが酸素と反応して大幅に減少するため、触媒後Ａ／Ｆセンサは比較的水素や未燃ＨＣ（例えばメタン）の影響を受け難くなっているのに対して、触媒前Ａ／Ｆセンサは水素や未燃ＨＣの影響を大きく受けてしまうことによる。このため、触媒後Ａ／Ｆセンサは真の排気空燃比に比較的近い排気空燃比を検出しているのに対して、触媒前Ａ／Ｆセンサは真の排気空燃比よりも相当リッチ寄りの排気空燃比を検出してしまうことになる。
【００２２】
次に縦軸の検出された排気空燃比を基準にして、同一の検出された排気空燃比でこれらラインＬ１、Ｌ２及びＬ３を比較した場合、ラインＬ２及びＬ３はともに真の排気空燃比を示すラインＬ１よりもリーン側にずれていることがわかる。また、ずれの程度も水素や未燃ＨＣの影響を大きく受ける触媒前Ａ／Ｆセンサのほうが触媒後Ａ／Ｆセンサよりも大きくなっていることがわかる。したがって、この状態でアクティブ劣化検出制御を実行すると、制御Ａ／Ｆがリーン側にずれていることに起因して、三元触媒２２に流入する排気ガスがリーン寄りになってしまうことから、排気エミッションとしてＮＯｘが増大してしまうことになる。なお、このように触媒前Ａ／Ｆセンサのほうが水素や未燃ＨＣの悪影響を大きく受けるという傾向は、触媒前または触媒後Ａ／Ｆセンサが酸素センサ２４である場合でも同様である。一方水素濃度に関しては、真の排気空燃比が小さくなるにしたがって増大していることがわかる。すなわち、混合気が濃い場合ほど水素の発生量が多くなることがわかる。また、この傾向は未燃ＨＣについても同様である。これらの特性から同一空燃比（例えば理論空燃比）の場合でも混合気のミキシング性が高いほうが、濃い混合気の燃焼で水素や未燃ＨＣが余計に発生することを回避できることから、排気ガスセンサにとってより好ましいことがわかる。
【００２３】
次に酸素センサ２４について詳述する。図３は酸素センサ２４の検出部を模式的に示す図である。酸素センサ２４の検出部は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）等の固体電解質２４ａの両側に２つの白金電極からなる大気側電極２４ｂ及び排気側電極２４ｃを配置した構成となっている。酸素センサ２４が排気通路に配設された状態で、排気側電極２４ｃは多孔質の保護層２４ｄ、触媒層２４ｅ及び捕捉層２４ｆを介して排気ガスに接触し、大気側電極２４ｂは大気に接触する。このように酸素濃度の異なる気体が固体電解質２４ａの両側の電極２４ｂ及び２４ｃに接触すると、電極相互の酸素濃度差により高酸素濃度側となる大気側電極２４ｂでは大気中の酸素分子がイオン化する。この酸素イオンは酸化ジルコニウム中を低酸素濃度側となる排気側電極２４ｃに向けて移動し、排気側電極２４ｃで酸素分子になる。これにより、大気側電極２４ｂと排気側電極２４ｃとの間には酸化ジルコニウム中を流れる酸素イオンの量に応じた起電力が生成される。また、単位時間当たりに流れる酸素イオンの量は大気と排気の酸素濃度差に応じて変化するため、上記起電力を出力電圧として取り出すことにより、排気中の酸素濃度に応じた出力を得ることができる。
【００２４】
図４は酸素センサ２４の出力特性を示す図である。酸素センサ２４の出力は理論空燃比近傍で比較的急激に変化する、いわゆるＺ特性を示す。ところが、排気ガス中に水素やメタンが含まれているとこれらの拡散速度が速いこと等に起因して、排気側電極２４ｃ近傍では水素やメタンの濃度が酸素センサ２４の外部の排気ガスよりも高くなる。さらに排気側電極２４ｃ近傍では、水素やメタンが酸素と反応して外部の排気ガスよりも排気側電極２４ｃ近傍の酸素濃度を低くするように作用してしまう。このため、酸素センサ２４は外部の排気空燃比が相当リーンにならないとリーン出力を発生しなくなる。
【００２５】
これに対して、酸素センサ２４は保護層２４ｄの外側にアルミナ等の触媒担体からなる多孔質な触媒層２４ｅを備えている。この触媒層２４ｅは白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を担持している。これにより、排気中の水素やメタン等の可燃成分は触媒層２４ｅで排気中の酸素と反応し、平衡化された後に保護層２４ｄを通って排気側電極２４ｃに到達するようになる。このため、触媒層２４ｅを備えていない酸素センサでは出力特性が水素の影響でラインＬ４に示すようになるのに対して、酸素センサ２４ではラインＬ５で示すような真の排気空燃比によりよく対応した出力特性を得ることができる。なお、酸素センサ２４の代わりに触媒層２４ｅを有しない酸素センサを備えることも可能である。
【００２６】
図１に示す燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。
【００２７】
内燃機関５０はシリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えば他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００２８】
シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。但し、燃料噴射弁３１の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できる配置などであってもよい。
【００２９】
吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流を生成するための気流制御弁５８が配設されている。気流制御弁５８は、ＥＣＵ１の制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流を生成するための構成である。気流制御弁５８の先端側には所定の開口面積を持つ切り欠き部（図示省略）が形成されており、この切り欠き部により特に気流制御弁５８全閉時に吸気の流速が高められる。なお、気流制御弁５８はインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁５８はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室５７内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。そのほか内燃機関５０には、回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。
【００３０】
ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成されるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称す）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２のほか、点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）や、気流制御弁５８（より具体的には図示しない気流制御弁５８用のアクチュエータ）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁３１などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２や、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３などの各種のセンサが接続されている。
【００３１】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射制御を行うための燃料噴射制御用プログラムや、触媒劣化検出制御を行うための触媒劣化検出制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。本実施例では触媒劣化検出制御用プログラムはアクティブ劣化検出制御を行うためのプログラムとなっている。また本実施例では触媒劣化検出制御用のプログラムは、気流制御弁５８による燃焼改善の度合いに応じて触媒劣化検出制御の実行を許可する劣化検出制御許可用プログラムを有して構成されている。
【００３２】
この劣化検出制御許可用プログラムは、具体的にはまずアクティブ劣化検出制御について所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに劣化検出制御許可用プログラムは、気流制御弁５８の開弁状態に基づき、所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。所定の開度条件とは、気流制御弁５８の開弁状態が強いタンブル流を生成して混合気のミキシング性を向上させることができる開弁状態になっていることであり、本実施例ではこの開度条件を満たす開弁状態が半開に設定されている。但しこれに限られず、例えば内燃機関の運転状態（例えば回転数ＮＥ及び負荷）或いは吸入空気量に応じて、所定の度合いの燃焼改善が得られる気流制御弁５８の開度を設定したマップデータを作成するとともにＲＯＭに格納し、内燃機関の運転状態或いは吸入空気量に基づき、このマップデータから読み込んだ気流制御弁５８の開度を上記所定の開度条件とすることなども可能である。
【００３３】
さらに劣化検出制御許可用プログラムは上記所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にアクティブ劣化検出制御の実行を許可するように作成されており、これによりアクティブ劣化検出制御の実行は、気流制御弁５８の開弁状態に応じて気流制御弁５８の開弁状態が半開のときに許可されるようになる。本実施例ではマイコンと劣化検出制御許可用のプログラムとで劣化検出制御許可手段が実現されている。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１で行われる処理を図５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の内燃機関５０制御用プログラムや、触媒劣化検出制御用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することでアクティブ劣化検出制御の実行を許可するとともにこれを実行する。ＣＰＵは内燃機関５０が始動中であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは所定のアクティブ劣化検出制御実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１２）。所定のアクティブ劣化検出制御実行条件とは、例えばＡ／Ｆセンサ２３や酸素センサ２４が活性化していることなどである。
【００３５】
否定判定であれば、ＣＰＵはアクティブ劣化検出制御を停止する処理を実行し（ステップＳ１４）、その後処理を終了する。すなわち、既にアクティブ劣化検出制御を実行している場合には、ステップＳ１２で否定判定されたときにステップＳ１４でアクティブ劣化検出制御が停止されるようになっている。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは所定の開度条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１３）。本ステップで気流制御弁５８の開弁状態が半開になっているか否かが判定される。ステップＳ１３で否定判定であればステップＳ１４に進む。一方ステップＳ１３で肯定判定であれば、ＣＰＵはアクティブ劣化検出制御を実行する（ステップＳ１５）。すなわちステップＳ１３で肯定判定であればアクティブ劣化検出制御の実行が許可される。
【００３６】
図６は内燃機関５０を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁５８の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。図６より、空燃比がリッチになるにしたがって水素とメタンは増加する傾向にあることがわかる。さらに気流制御弁５８の開弁状態が半開の場合には全開の場合よりも水素とメタンが低減していることがわかる。これは燃焼室５７内に強いタンブル流が生成されて混合気のミキシング性が向上する結果、局部的に存在する濃い混合気が減少したためと考えられる。これにより、水素とメタンの発生量が低減された状態でアクティブ劣化検出制御を実行できるため、高いロバスト性を確保できる。
【００３７】
また図７は排気ガスに含まれる未燃ＨＣの成分構成を模式的に示す図である。図７では内燃機関５０直後の排気ガスに含まれる未燃ＨＣの成分構成を、燃焼改善が行われなかった場合（ケースＡ）と燃焼改善が行われた場合（ケースＢ）とについて示すとともに、燃料に含まれる個別ＨＣの成分構成についても同時に示している。ここで燃焼改善が行われたときには未燃ＨＣの燃焼が促進されることから、排気ガスに含まれる未燃ＨＣの成分構成も変化する。このとき図７から、燃焼改善が行われた場合（ケースＢ）には燃焼改善が行われなかった場合（ケースＡ）と比較してオレフィン系の未燃ＨＣが増大することがわかる。これに対して図８に示すようにオレフィン系の未燃ＨＣは三元触媒２２での反応性が高いことから浄化率も高くなり、この結果、燃焼改善が行われたときには同時に排気ガスの浄化も促進されることがわかる。このときには同時に水素やメタンの燃焼が三元触媒２２で促進されることも期待できることから、燃焼改善を行ったときには、これによっても水素やメタンが酸素センサ２４に及ぼす悪影響が低減されることを期待できる。以上により、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素や未燃ＨＣに発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のＦ／Ｂ制御を実行することが可能なＥＣＵ１を実現可能である。
【００３８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。
【図２】Ａ／Ｆセンサ２３の出力特性を示す図である。
【図３】酸素センサ２４の検出部を模式的に示す図である。
【図４】酸素センサ２４の出力特性を示す図である。
【図５】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図６】内燃機関５０を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁５８の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。
【図７】排気ガスに含まれる未燃ＨＣの成分構成を模式的に示す図である。
【図８】燃焼改善が行われた場合と、燃焼改善が行われなかった場合について、三元触媒２２の浄化率を比較する図である。
【図９】触媒の劣化を検出する方法の一例を模式的に示す図である。
【図１０】最大酸素吸蔵量と触媒の劣化度合いの相関関係を模式的に示す図である。
【図１１】気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。
【図１２】内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
２０  排気系
３０  燃料噴射系
５０  内燃機関
１００  内燃機関システム
【図１】
2008175118.tif 000004
【図２】
2008175118.tif 000005
【図３】
2008175118.tif 000006
【図４】
2008175118.tif 000007
【図５】
2008175118.tif 000008
【図６】
2008175118.tif 000009
【図７】
2008175118.tif 000010
【図８】
2008175118.tif 000011
【図９】
2008175118.tif 000012
【図１０】
2008175118.tif 000013
【図１１】
2008175118.tif 000014
【図１２】
2008175118.tif 000015