(57)【要約】【課題】高精度の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化検知装置を提供する。【解決手段】本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化装置の劣化判別を行う。排気ガス浄化装置の下流側の下流側排気ガスセンサの出力からフィルタリング処理により抽出した値を用いて浄化装置の劣化度合いを示す劣化判別パラメータを算出する。次に、浄化装置を通過する排気ガスの状態を数値化した状態パラメータを算出し、この状態パラメータから補正項を算出する。この補正項を用いて、前記劣化判別パラメータを補正した補正後劣化判別パラメータを算出する。そして、補正後劣化判別パラメータと所定のしきい値を比較することによって、浄化装置の劣化を判別する。【選択図】図１
2004143967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気ガスの浄化装置と、
前記浄化装置の下流側の排気通路に設けられ、前記機関の排気ガスの成分に応じた出力を発生する下流側排気ガスセンサと、
前記下流側排気ガスセンサの出力に基づいて前記機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
空燃比制御中に前記下流側排気ガスセンサの出力からフィルタリング処理により抽出した値を用いて、前記浄化装置の劣化度合いを示す浄化装置劣化判別パラメータを算出する第１のパラメータ算出手段と、
前記浄化装置を通過する排気ガスの状態を数値化した浄化装置状態パラメータを算出し、該浄化装置状態パラメータから補正項を算出する第２のパラメータ算出手段と、
前記補正項を用いて前記浄化装置劣化判別パラメータを補正した補正後浄化装置劣化判別パラメータを算出する補正手段と、
前記補正後浄化装置劣化判別パラメータを用いて前記浄化装置の劣化を判別する浄化装置劣化判別手段と、
を備える内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項２】
前記フィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用した処理である、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項３】
前記第２のパラメータ算出手段は、前記下流側排気ガスセンサの出力から第２のフィルタリング処理により抽出した値を用いて前記浄化装置状態パラメータを算出する、請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項４】
前記第２のフィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用した処理である、請求項３記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項５】
前記第２のフィルタリング処理において低周波成分を用いる場合、所定のデータ数分の移動平均処理を行った値を前記浄化装置状態パラメータとする、請求項４記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項６】
前記浄化装置の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の排気ガスの成分に応じた出力を発生する上流側排気ガスセンサをさらに備え、
前記第２のパラメータ算出手段は、前記上流側排気ガスセンサの出力から第３のフィルタリング処理により抽出した値を用いて前記浄化装置状態パラメータを算出する、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項７】
前記第３のフィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用した処理である、請求項６記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項８】
前記第２のパラメータ算出手段は、前記内燃機関の排気ガスボリューム値を前記浄化装置状態パラメータとして用いる、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項９】
前記浄化装置劣化判別パラメータおよび前記浄化装置状態パラメータには上限が定められている、請求項１ないし８記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１０】
前記補正手段は、前記浄化装置劣化判別パラメータと前記補正項を乗じた値を統計処理したものを前記補正後浄化装置劣化判別パラメータとして出力し、
前記浄化装置劣化判別手段は、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータと予め決められたしきい値とを比較し、しきい値を超えた場合に前記浄化装置が劣化したと判別する、請求項９記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１１】
前記補正手段は、前記浄化装置劣化判別パラメータおよび前記補正項をそれぞれ統計処理し、その結果を乗じたものを前記補正後浄化装置劣化判別パラメータとして出力し、
前記浄化装置劣化判別手段は、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータと予め決められたしきい値とを比較し、しきい値を超えた場合に前記浄化が劣化したと判別する、請求項９記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１２】
前記統計処理は逐次型統計アルゴリズムを用いて行う、請求項１０または１１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１３】
前記内燃機関の負荷変動および前記浄化装置上流の排気ガスの空燃比変動が所定範囲内にないとき、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる劣化判別条件成立判断手段をさらに備える、請求項１２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１４】
前記劣化判別条件成立判断手段は、前記内燃機関の運転がクルーズ状態にあると判断したとき、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる、請求項１３記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１５】
前記劣化判別条件成立判断手段は、前記状態パラメータが予め定められた範囲内にないとき、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる、請求項１３記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【請求項１６】
前記劣化判別条件成立判断手段は、浄化装置の劣化判別条件の全てが成立してから予め定められた時間が経過するまで、前記補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止し、該補正後浄化装置劣化判別パラメータをホールドする、請求項１３ないし１５記載の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化装置の劣化状態を判別する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における混合気の燃焼により生成された排気ガスを浄化する浄化装置の劣化状態を判別する手法として、例えば本願出願人によるσ分散法による浄化装置劣化検知手法がある（特開２００１−２４１３４９号公報）。この手法によると、内燃機関の排気系に備えられた浄化装置上流の第１排気ガスセンサ、浄化装置、および浄化装置下流の第２排気ガスセンサを含む排気系の挙動を表現するモデルを予め構築しておく。そして、そのモデルの挙動を規定する上で設定すべきパラメータの値を２つの排気ガスセンサの出力のデータに基づいて逐次同定していくことで、排気系モデルの挙動を規定し、このモデルを使用して内燃機関の空燃比制御を行っている。
【０００３】
このとき、スライディングモードコントローラは、所定の制御周期にて浄化装置下流の第２排気ガスセンサの応答特性（収束特性）を規定する切換え直線に浄化装置下流側の第２排気ガスセンサの応答軌跡を載せるように制御を行うが、浄化装置の劣化が進行し、浄化装置下流側の第２排気ガスセンサの応答が高周波的になると、所定制御周期では周期が遅く制御性が低下する。これによって、浄化装置下流側の第２排気ガスセンサ出力軌跡の切換え直線に対する誤差、詳しくは分散が大きくなる傾向にある。
【０００４】
上記手法では、この分散を表すデータを劣化評価パラメータとして求め、この劣化評価パラメータの値に基づいて浄化装置の劣化状態を判別している。
【０００５】
また、排気通路内に配置された空燃比センサの出力信号の周波数を分析して、ある特定の周波数における空燃比センサの出力信号強度をデジタルフィルタを用いて抽出し、この出力信号強度の低下により浄化装置の劣化を判断する手法も知られている（特開平９−１５８７１４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のσ分散法やディジタルフィルタを用いた浄化装置の劣化検知手法によれば、一部の従来技術で行われるような、浄化装置の劣化を検知するために空燃比指令値を強制的に大きく変動させる特殊な劣化検知モードが不要となるため、劣化検知中に排気エミッションが悪化しないという利点があった。また、σ分散法による浄化装置の劣化検知は、従来の排気ガス規制を十分満足するものであった。
【０００７】
しかし、今後、ＬＥＶＩＩ規制による排気ガス規制の強化およびＯＢＤ法規の強化が行われるとともに、省資源化のための浄化装置の貴金属の低担持化が進むと予想されるため、従来の劣化検知手法よりも精度が高いものが必要とされている。
【０００８】
従って本発明は、かかる要望を満たす高精度の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガス浄化装置の劣化判別において、浄化装置の下流に備えられた排気ガスセンサの出力をデジタルフィルタリングしたものを劣化判別パラメータとし、さらに浄化装置を通過する排気ガスの状態を数値化したパラメータで前記劣化判別パラメータを補正し、補正したパラメータを用いて排気ガス浄化装置の劣化判別を行う装置である。
【００１０】
本発明の一実施形態（請求項１）は、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガスの浄化装置と、浄化装置の下流側の排気通路に設けられ内燃機関の排気ガスの成分に応じた出力を発生する下流側排気ガスセンサと、下流側排気ガスセンサの出力に基づいて内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、空燃比制御中に下流側排気ガスセンサの出力からフィルタリング処理により抽出した値を用いて浄化装置の劣化度合いを示す浄化装置劣化判別パラメータを算出する第１のパラメータ算出手段と、浄化装置を通過する排気ガスの状態を数値化した浄化装置状態パラメータを算出し、該浄化装置状態パラメータから補正項を算出する第２のパラメータ算出手段と、補正項を用いて浄化装置劣化判別パラメータを補正した補正後浄化装置劣化判別パラメータを算出する補正手段と、補正後浄化装置劣化判別パラメータを用いて浄化装置の劣化を判別する浄化装置劣化判別手段とを備える内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置である。
【００１１】
この形態によれば、浄化装置を通過する排気ガスの状態に応じて浄化装置劣化判別パラメータを補正することによって、内燃機関の運転条件に左右されずに安定して正確な浄化装置の劣化判別を行うことができる。
【００１２】
フィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用して行う（請求項２）が、これは下流側排気ガスセンサの出力から内燃機関の運転条件によって影響を受ける周波数を除去するためである。一実施例では、３〜７Ｈｚのバンドパスフィルタを使用する。
【００１３】
浄化装置状態パラメータの算出には、いくつかの手法が挙げられる。第１の手法は、下流側排気ガスセンサの出力から第２のフィルタリング処理により抽出した値を用いて浄化装置状態パラメータを算出する（請求項３）ものである。これによって、空燃比制御性および運転条件による下流側排気ガスセンサの出力への影響を補正することができる。第２のフィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用する（請求項４）。一実施例では、０．１〜０．５Ｈｚのバンドパスフィルタを使用する。また、第２のフィルタリング処理において低周波成分を用いる場合は、所定のデータ数分の移動平均処理を行った値を浄化装置状態パラメータとする（請求項５）。これは、空燃比がリーンとリッチの間を揺れ動くときに浄化装置状態パラメータが０となることを防止するために行う。
【００１４】
浄化装置状態パラメータ算出の第２の手法は、浄化装置の上流側の排気通路に設けられ、内燃機関の排気ガスの成分に応じた出力を発生する上流側排気ガスセンサを利用する。この場合、第２のパラメータ算出手段は、上流側排気ガスセンサの出力から第３のフィルタリング処理により抽出した値を用いて浄化装置状態パラメータを算出する（請求項６）。これによって、浄化装置を通過する排気ガスの空燃比状態の違いによる下流側排気ガスセンサの出力の変化を補正することができる。
【００１５】
また、第３のフィルタリング処理は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを使用した処理である（請求項７）。これによって、下流側排気ガスセンサ出力に影響を与える上流側排気ガスセンサ出力の周波数成分のみを取り出すことができる。一実施例では、３〜７Ｈｚのバンドパスフィルタを使用する。
【００１６】
浄化装置状態パラメータ算出の第３の手法は、内燃機関の排気ガスボリューム値を浄化装置状態パラメータとして利用する（請求項８）。これによって、排気ガスボリュームが劣化判別パラメータに与える影響を補正することができる。
【００１７】
なお、浄化装置劣化判別パラメータおよび浄化装置状態パラメータには上限を定めることが好ましい（請求項９）。これは、これらのパラメータが不必要に増大することを防止し、劣化判別の精度を向上させるためである。
【００１８】
補正後浄化装置劣化判別パラメータを算出する第１の手法は、浄化装置劣化判別パラメータと補正項を乗じた値を統計処理したものを補正後浄化装置劣化判別パラメータとする（請求項１０）ものである。これによって、パラメータのばらつきを取り除き安定した値を得ることができる。
【００１９】
また、第２の手法は、浄化装置劣化判別パラメータおよび補正項をそれぞれ統計処理し、その結果を乗じたものを補正後浄化装置劣化判別パラメータとする（請求項１１）ものである。これによって、上流側排気ガスセンサから下流側排気ガスセンサまでの遅れ時間と、フィルタによる位相遅れ時間を補正して、浄化装置劣化判別パラメータをより正確に補正することができる。
【００２０】
いずれの手法の場合も、浄化装置劣化判別手段は、補正後浄化装置劣化判別パラメータと予め決められたしきい値とを比較し、しきい値を超えた場合に浄化装置が劣化したと判定する。
【００２１】
また、統計処理は逐次型統計アルゴリズムを用いて行うことが好ましい（請求項１２）。これによって、ＥＣＵにおける計算の負荷を軽減することができる。
【００２２】
本発明による排気ガス浄化装置の劣化判別装置は、内燃機関の負荷変動および浄化装置上流の排気ガスの空燃比変動が所定範囲内にないとき、補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる、劣化判別条件成立判断手段をさらに備えることができる（請求項１３）。内燃機関の負荷変動および浄化装置上流の排気ガスの空燃比変動が所定範囲内にないときは、下流側排気ガスセンサの制御性が不安定になることがあるため、このような場合に補正後浄化装置劣化判別パラメータの導出を行わないためのものである。
【００２３】
また、劣化判別条件成立判断手段は、内燃機関の運転がクルーズ状態にあると判断したときにも、補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる（請求項１４）。クルーズ走行時は外乱が少ない状態なので、浄化装置が劣化したときでも劣化判別パラメータが小さく算出されることがあるので、このような場合にこのような場合に補正後浄化装置劣化判別パラメータの導出を行わないためのものである。
【００２４】
さらに、劣化判別条件成立判断手段は、状態パラメータが予め定められた範囲内にないときにも、補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止させる（請求項１５）。これは、排気ガスセンサ出力の周波数成分が特異な挙動を取った場合に補正後浄化装置劣化判別パラメータの導出を行わないためのものである。
【００２５】
劣化判別条件成立判断手段は、浄化装置の劣化判別条件の全てが成立してから予め定められた時間が経過するまで、補正後浄化装置劣化判別パラメータの算出を停止し、補正後浄化装置劣化判別パラメータをホールドする（請求項１６）。これは、上記のフィルタリング処理に必要な回数分のデータをバッファリングするために行われる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である劣化判別装置とその対象となる内燃機関および浄化装置の概略図である。図１中、内燃機関（以下、「エンジン」という）１の各気筒において燃料と空気の混合気の燃焼により生成される排気ガスは、エンジン１の近傍で共通の排気管３に集合され、排気管３を介して大気中に放出される。排気管３には、排気ガスを浄化するために、例えば三元触媒により構成された浄化装置４が装着されている。
【００２７】
エンジン１の運転状態を検出するために、吸気管２の上流には吸気管絶対圧（ＰＢＡ）を測定する吸気圧センサが備えられており、またエンジン１には回転数（ＮＥ）センサや冷却水温センサ等が備えられる。これらのセンサは図１においては集合的にセンサ８として示されている。センサ８の出力は、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）１０に与えられる。
【００２８】
本実施形態では、基本的に、浄化装置４の最適な浄化性能を確保するようにエンジン１の空燃比（エンジン１で燃焼させる混合気の空燃比）を制御する空燃比制御が行われ、この空燃比制御を行いながら、浄化装置４の劣化判別が行われる。
【００２９】
このような処理を行うために、浄化装置４の上流側の排気管３（より詳しくは、エンジン１の各気筒の排気ガスの集合箇所）には第１排気ガスセンサとして空燃比センサ５が、浄化装置４の下流側の排気管３には第２排気ガスセンサとして酸素濃度センサ６が備えられている。なお、酸素濃度センサ６の下流に、主に排気ガス中のＮＯｘ等を除去するために第２の浄化装置を備えていても良い。
【００３０】
酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）６は、浄化装置４を通過した排気ガス中の酸素濃度の検出値を示す出力ＳＶＯ２を生成する。Ｏ２センサ６の出力ＳＶＯ２は、図２に実線ａで示すように、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）が理論空燃比近傍の範囲Δにあるとき、排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例した高感度な変化を示す。範囲Δを逸脱した酸素濃度では、Ｏ２センサ６の出力ＳＶＯ２はほぼ一定のレベルを示す。
【００３１】
空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）５は、浄化装置４に進入する排気ガスの空燃比の検出値を示す出力ＫＡＣＴを生成する。空燃比センサ５の出力ＫＡＣＴは、図２に実線ｂで示すように、広範囲の空燃比に渡ってそれに比例したレベルの出力を生成する。
【００３２】
これらのセンサ５、６の出力はＥＣＵ１０に与えられ、これらの出力に基づき後述する空燃比制御や浄化装置４の劣化判別が行われる。
【００３３】
ＥＣＵ１０はコンピュータで構成されており、プログラムおよびデータを格納するＲＯＭ、実行時に必要なプログラムおよびデータを記憶して演算作業領域を提供するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ、各種センサからの入力信号を処理する入力インターフェース、および燃料噴射弁７等に制御信号を送る駆動回路を有する。上記各センサからの信号は入力インターフェースにより受信され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って処理される。図１では、このようなハードウェア構成を踏まえてＥＣＵ１０を機能ブロックで示してある。
【００３４】
ＥＣＵ１０は、エンジン１の目標空燃比ＫＣＭＤ（ＬＡＦセンサ５が検出する空燃比の目標値）を算出する目標空燃比演算部１２と、目標空燃比ＫＣＭＤに応じて燃料噴射量を算出する燃料噴射量演算部１４とを備えている。目標空燃比算出部１２と燃料噴射量演算部１４は、それぞれの処理をそれぞれ所定の制御サイクルで実行する。
【００３５】
燃料噴射量演算部１４は、センサ８から得られるエンジン１の回転数ＮＥと吸気管絶対圧ＰＢＡとにより規定されるエンジン１の基準の燃料噴射量（燃料供給量）を予め設定されたマップを用いて求め、その基準の燃料噴射量をエンジン１の種々の条件を考慮して補正し、燃料噴射量を算出する。
【００３６】
次いで、燃料噴射量演算部１４は、ＬＡＦセンサ５の出力ＫＡＣＴ（空燃比の検出値）が目標空燃比演算部１２の算出する目標空燃比ＫＣＭＤに収束するように、先に求めた燃料噴射量を調整することで、エンジン１の空燃比をフィードバック制御する。求められた燃料噴射量はエンジン１の各気筒に備えられた燃料噴射弁７に送られる。燃料噴射弁７は、エンジン１の所定のクランク角度に合わせて燃料を噴射し、エンジン１において燃焼が行われる。
【００３７】
空燃比制御の具体的な制御手法については本願出願人による特開２００１−１８２５２８号公報等に詳しく説明されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００３８】
目標空燃比演算部１２は、ＬＡＦセンサ出力ＫＡＣＴ、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２のデータに基づいてエンジン１の目標空燃比ＫＣＭＤを逐次算出する。本実施形態では、Ｏ２センサ６の出力の目標値への収束制御の安定性や信頼性を高めるために、外乱等に対して高い安定性を持つフィードバック制御の一手法であるスライディングモード制御（詳しくは適応スライディングモード制御）によって、Ｏ２センサ６の出力を目標値に収束させるように内燃機関の空燃比を操作する。
【００３９】
このスライディングモード制御は制御対象のモデルを必要とする。従って本実施形態では、スライディングモード制御の制御対象をＬＡＦセンサ５からＯ２センサ６にかけての浄化装置４を含む排気系とし、対象排気系を、ＬＡＦセンサ５の出力ＫＡＣＴから無駄時間要素および応答遅れ要素を介してＯ２センサ６の出力ＳＶＯ２を生成する系とみなし、その挙動を離散時間系で予めモデル化している。そして、この対象排気系が有する無駄時間や、前記エンジン１およびＥＣＵ１０の有する無駄時間、対象排気系の挙動変化等を考慮しつつ、適応スライディングモード制御を用いてＯ２センサ６の出力ＳＶＯ２をその目標値に収束させるように、目標空燃比ＫＣＭＤを逐次算出する。さらにモデル化した排気系の挙動変化の影響を補償するために、そのモデルの設定すべきパラメータを空燃比センサ５の出力のデータおよびＯ２センサ６の出力のデータを用いて逐次リアルタイムで同定する同定器を備え、また前記の無駄時間を補償するために、Ｏ２センサ６の出力ＳＶＯ２の予測値を算出する状態予測器を備える。そして、Ｏ２センサ６の出力の予測値と同定器により同定したモデルのパラメータとを用いて該モデルに基づき構築した適応スライディングモード制御アルゴリズムによって、空燃比の操作量を逐次生成するようにしている。
【００４０】
このスライディングモード制御を用いた空燃比制御については、本願出願人による前記特開２００１−１８２５２８号公報、および特開２０００−２３０４５１号公報に説明されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００４１】
ＥＣＵ１０は、さらに劣化判別パラメータ算出部１６、状態パラメータ算出部１８、劣化判別パラメータ補正部２０、浄化装置劣化判別部２２および劣化判別条件成立判断部２４を備える。
【００４２】
劣化判別パラメータ算出部１６は、エンジン１が所定の運転状態にあるとき、フィルタ処理後のＯ２センサ出力ＦＳＶＯ２を用いて浄化装置劣化判別パラメータを算出する。
【００４３】
状態パラメータ算出部１８は、ＬＡＦセンサ５の出力ＫＡＣＴを使用して、浄化装置４を通過する排気ガスの挙動を数値化したパラメータである状態パラメータを算出する。さらにこの状態パラメータから劣化判別パラメータの補正項を算出する。
【００４４】
劣化判別パラメータ補正部２０は、前記補正項を用い劣化判別パラメータを補正して、補正後劣化判別パラメータを算出する。
【００４５】
浄化装置劣化判別部２２は、算出された補正後劣化判別パラメータと予め定められたしきい値とを比較することによって、浄化装置４の劣化状態を判別する。浄化装置劣化判別部２２は、ランプの点灯若しくは点滅、ブザーの鳴動、または文字若しくは図形の表示等によりその判別結果を乗員等に通知する機能を有していても良い。
【００４６】
劣化判別条件成立判断部２４は、センサ８の出力等から、エンジン１の負荷変動および浄化装置４の上流の排気ガスの空燃比変動が所定の範囲内にないと判断したとき、エンジン１がクルーズ状態にあると判断したとき、または状態パラメータが適切な範囲内に無いと判断したときに、補正後劣化判別パラメータの算出を停止させる。
【００４７】
次に、本発明による浄化装置の劣化判別の原理について説明する。一般に、浄化装置（例えば三元触媒）４は、Ｏ２ストレージ効果により排気ガス中のＮＯｘを還元し、また未燃ＨＣ、ＣＯを酸化して排気ガスを浄化する。このＯ２ストレージ効果が低下すると、排気ガスの浄化が不充分となり、浄化装置上流側の空燃比の変動が浄化装置下流のＯ２センサ出力の変動として現れるようになる。図３は（ａ）新品の浄化装置、（ｂ）浄化性能が十分な浄化装置（未劣化浄化装置）、および（ｃ）浄化性能が十分でない浄化装置（劣化浄化装置）におけるＯ２センサ出力ＳＶＯ２の時系列データを示す。図３から明らかなように、浄化装置の劣化が進行すると（すなわち図３の（ａ）から（ｃ）に向かうと）、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２の細かい動きが目立つようになる。Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２の周波数分析を行った結果、浄化装置の劣化進行に伴って増加したＳＶＯ２の周波数成分は３〜７Ｈｚであることが判明した。そこで、ＳＶＯ２に通過域３〜７Ｈｚ、次数５のバターワース型バンドパスフィルタを適用し、浄化装置の劣化進行につれ増加する周波数成分のみを抽出すれば、浄化装置の劣化を捉えることが可能となる。このフィルタ処理を利用して算出した浄化装置の劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの一例を図４に示す。図から分かるように、この手法では劣化浄化装置と未劣化浄化装置の浄化装置劣化判別パラメータの違いが大きく現れるので、浄化装置の劣化判別が可能になる。ここまでの処理については、本願発明者らによる特願２００１−３９１９１７号に詳細に説明されている。
【００４８】
上記の手法でも浄化装置の劣化判別をすることは十分できたが、今後、ＬＥＶＩＩ規制による排気ガス規制の強化およびＯＢＤ法規の強化が行われるとともに、省資源化のための浄化装置の貴金属の低担持化が進むと予想されるため、より正確な判別手法が必要となると考えられる。また、空燃比フィードバック制御においては、無駄時間などの影響によってＯ２センサ出力ＳＶＯ２の挙動が大きく異なる。このため、上記手法では、例えば図５に示すようなＯ２センサ出力ＳＶＯ２が大きく異なる２つの運転パターン１、２に対して劣化判別パラメータを算出すると、運転パターン２（例えば、クルーズ走行に近い定常状態）では、劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳが小さな値に止まってしまうという問題があった（図６参照）。これを回避するために、後述するようなクルーズ判定処理で運転パターン２の程度の状態をも劣化判別の対象範囲外にすると、判別の頻度が減ってしまうという問題が生ずる。
【００４９】
そこで本発明では、上記の運転パターン２のような場合でも浄化装置の劣化判別を正確に行えるように、劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳに対して補正を行って、排気ガスの状態によらず劣化判別を行えるようにする。
【００５０】
より詳細に述べれば、下流側排気ガスセンサ出力（ＳＶＯ２、図７）の低周波数成分、上流側排気ガスセンサ出力（ＫＡＣＴ、図８）または排気ガスボリューム値と、劣化判別パラメータとの間の関連性に着目し、それらの値を利用して劣化判別パラメータを補正する。第１の手法では、無駄時間の影響によるＳＶＯ２の低周波成分の発生によって劣化判別パラメータが増大してしまうため、ＳＶＯ２の低周波成分を利用して劣化判別パラメータを補正する。第２の手法では、浄化装置前の空燃比変動の大小により浄化装置後の空燃比変動が変化し、これにより劣化判別パラメータが変化してしまうため、上流側排気ガスセンサ出力を利用して劣化判別パラメータを補正する。第３の手法は、排気ガスボリューム（流速）により燃料噴射から下流側排気ガスセンサまでの無駄時間が異なり、これにより劣化判別パラメータが変化してしまうため、排気ガスボリューム値を利用して劣化判別パラメータを補正する。これらの手法は、図１４〜図１６を参照して後述する。
【００５１】
続いて、本発明による浄化装置劣化判別の手順について、図９〜図１９のフローチャートを参照してさらに詳細に説明する。なお、各フローチャートの説明では、各ステップ番号の前に「Ｓ」を付けて記載する。
【００５２】
図９は、ＥＣＵ１０において実行される浄化装置劣化判別のメインルーチンを示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０は、浄化装置の劣化判別を行うための条件が成立しているか否かを判断する処理を実行する（Ｓ５０）。この処理については、図１０を参照して後述する。次に、ＥＣＵ１０は、浄化装置劣化判別パラメータを算出する処理を実行する（Ｓ５４）。この処理については、図１３を参照して後述する。続いて、状態パラメータおよび補正項を算出する処理を実行する（Ｓ５６）。本明細書では、この処理に関して３つの実施例を挙げており、それぞれについて図１４〜１６を参照して後述する。
【００５３】
続いて、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５０の劣化判別条件成立判断処理において設定される条件成立フラグＦ＿ＭＣＮＤ６７が「１」であるか否かを判定する（Ｓ５８）。この結果がＮＯである場合は、以下のステップをスキップして、浄化装置劣化判別のメインルーチンを終了する。ステップＳ５８の結果がＹＥＳである場合は、ＥＣＵ１０は、劣化判別パラメータの補正処理を実行する（Ｓ６０）。本明細書では、この処理に関して２つの実施例を挙げており、それぞれ図１７および図１８を参照して後述する。最後に、ステップＳ６０で算出された補正後劣化判別パラメータを用いて浄化装置劣化判別処理を実行する（Ｓ６２）。この処理については、図１９を参照して後述する。
【００５４】
図１０は劣化判別条件成立判断処理を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン負荷および浄化装置前空燃比が所定の範囲内にあるか否かを判断する処理を実行する（Ｓ７０）。この処理は、図１２を参照して後述する。次に、エンジン１を搭載している車両がクルーズ走行中であるか否かを判定するクルーズ判定を行う（Ｓ７２）。クルーズ判定については、図１１を参照して後述する。次に、Ｏ２センサによるＦ／Ｂ制御が実行中であるか否かを判定する（Ｓ７４）。オープン制御時等の場合はＮＯとなり、フィルタリング処理を行うためのバッファリングの待ち時間としてタイマＴＦＳＶに０．７５秒をセットし（Ｓ８６）、劣化判別のための条件が整ったことを「１」で表す条件成立フラグＦ＿ＭＣＮＤ６７に「０」をセットして（Ｓ８８）、この処理を終了する。
【００５６】
ステップＳ７４の判定結果がＹＥＳの場合は、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン１の水温、吸気温および運転状態が適切か否かを判定する（Ｓ７６）。これらが適切である場合は、状態パラメータ１８で算出される状態パラメータが適切な範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ７７）。さらに、後述する図１２のエンジン負荷・浄化装置前空燃比判断処理でセットされるパラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥが「１」であるかを判定する（Ｓ７８）。Ｆ＿ＰＥ＝１であれば、さらに図１１のクルーズ判定でセットされるクルーズ走行中フラグＦ＿ＣＲＳが「１」であるかを判定する（Ｓ８０）。Ｆ＿ＣＲＳ＝１であってクルーズ走行中の場合、すなわち排気ガスボリュームの変動状態がクルーズ状態である場合には、劣化判別の条件が成立していないとしてステップＳ８６およびＳ８８に進み、劣化判別パラメータの算出を行わない。このようにするのは、クルーズ状態ではＯ２センサ６の出力が定常的な状態（ほぼ一定値となる状態）に安定して維持され易いため、浄化装置４の劣化が進行した状態であっても、浄化装置後Ｏ２センサ出力の変動が生じにくいためである。なお、ステップＳ７６〜Ｓ７８で判定結果がＮＯである場合は、いずれも浄化装置の劣化の判断を行うには不適切であり、ステップＳ８６およびＳ８８に進み、劣化判別パラメータの算出を行わない。
【００５７】
ステップＳ８０でクルーズ走行中でない場合には、劣化判別条件成立判断部２４は、Ｓ８６でセットされたタイマが０秒となっているかを判定する（Ｓ８２）。タイマＴＦＳＶが０でなくまだ設定した時間が経過していない場合には、フラグＦ＿ＭＣＮＤ６７に０をセットする（Ｓ８８）。これは、劣化判別パラメータを算出するためのフィルタリング処理に必要な回数分のデータをバッファリングするために行われる。ステップＳ８８でタイマＴＦＳＶが０となっている場合は、劣化判別のための条件がすべて成立してから所定の待ち時間が経過しているので、フラグＦ＿ＭＣＮＤ６７に「１」をセットして、本ルーチンを終了する。
【００５８】
図１１は、クルーズ判定処理のフローチャートである。本実施形態では、クルーズ判定は、ＥＣＵ１０の制御サイクルの周期（３０〜１００ｍｓ）よりも長い周期（例えば１秒）で行われる。
【００５９】
まず、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン１の現在の回転数ＮＥおよび吸気管絶対圧ＰＢＡから、次式（１）によって現在の排気ガスボリュームの推定値ＡＢＳＶを算出する（Ｓ９０）。
【００６０】
【数１】
2004143967.tif 000003
【００６１】
ここで、本実施形態ではエンジン１の回転数が１５００ｒｐｍであるときの排気ガスボリュームを基準としているため、式（１）ではセンサ８により検出された回転数ＮＥを「１５００」で除算している。また、式（１）において、ＳＶＰＲＡはエンジン１の排気量等に応じて予め定められる補正定数である。なお、排気ガスボリュームは上述のように推定する他、例えばエンジン１の燃料供給量や吸入空気量から推定したり、あるいはフローセンサを用いて直接的に検出するようにしても良い。
【００６２】
次に、劣化判別条件成立判断部２４は、クルーズ判定の周期毎に算出される推定排気ガスボリュームＡＢＳＶにフィルタ処理を施すことによって、排気ガスボリュームの変動状態を表す排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡを算出する（Ｓ９２）。このフィルタ処理は次式（２）により与えられる。
【００６３】
【数２】
2004143967.tif 000004
【００６４】
式（２）中の「ｎ」は、クルーズ判定周期のサイクル数を表すものであり、例えばクルーズ判定周期が１秒ならば、（ｎ−５）は５秒前のサンプリング値を表す。式（２）は、クルーズ判定周期毎の推定排気ガスボリュームＡＢＳＶの変化量の移動平均を複数周期分（本実施形態では３周期分）求めることにより、排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡを算出するものである。排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡは、推定排気ガスボリュームＡＢＳＶの変化速度を表している。従って、排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡは、その値が「０」に近い程、推定排気ガスボリュームＡＢＳＶの経時的変化が小さい状態（推定排気ガスボリュームＡＢＳＶがほぼ一定である状態）であることを意味する。
【００６５】
劣化判別条件成立判断部２４は、上記排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡの値の二乗値を求め、ＳＶＭＡＳＱＲに設定する（Ｓ９４）。二乗値ＳＶＭＡＳＱＲは排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡの分散を表している。続いて、二乗値ＳＶＭＡＳＱＲを所定のしきい値Ｘ＿ＳＶＳＱＣＲＳと比較することで、クルーズ状態であるか否かの判定を行う（Ｓ９６）。ここでしきい値Ｘ＿ＳＶＳＱＣＲＳは、排気ガスボリュームの変動が十分に低いと判断される「０」近傍の正の値に設定される。
【００６６】
ＳＶＭＡＳＱＲ≧Ｘ＿ＳＶＳＱＣＲＳである場合、つまり現在の排気ガスボリュームＡＢＳＶの変動が比較的大きい場合には、劣化判別条件成立判断部２４は、カウンタＴＭＣＲＳＪＵＤの値を所定の初期値Ｘ＿ＴＭＣＲＳＪＳＴ（例えば１０〜１５秒）に設定する（Ｓ９８）。さらにこの場合排気ガスボリュームの変動状態が大きくクルーズ状態でないため、クルーズ状態であることを値「１」で表すフラグＦ＿ＣＲＳの値を「０」に設定した後（Ｓ１００）、クルーズ判定処理を終わる。
【００６７】
一方、ステップＳ９６の判定においてＳＶＭＡＳＱＲ＜Ｘ＿ＳＶＳＱＣＲＳである場合、つまり現在の排気ガスボリュームＡＢＳＶの変動が比較的小さい場合は、劣化判別条件成立判断部２４は、カウンタＴＭＣＲＳＪＵＤをクルーズ判定周期毎にカウントダウンする（Ｓ１０２）。そして、ＴＭＣＲＳＪＵＤ≦０であるか否か、すなわちカウンタＴＭＣＲＳＪＵＤがタイムアップしたか否かを判定する（Ｓ１０４）。
【００６８】
ステップＳ１０４でＴＭＣＲＳＪＵＤ≦０であり、カウンタＴＭＣＲＳＪＵＤがタイムアップしている場合には、排気ガスボリュームの変動状態からエンジン１がクルーズ状態であると判断されるので、劣化判別条件成立判断部２４は、カウンタＴＭＣＲＳＪＵＤの値を「０」に保持すると共に（Ｓ１０６）、フラグＦ＿ＣＲＳの値を「１」に設定して（Ｓ１０８）、クルーズ判定処理を終わる。
【００６９】
ステップＳ１０４の判定でＴＭＣＲＳＪＵＤ＞０であり、カウンタＴＭＣＲＳＪＵＤがタイムアップしていない場合には、ステップＳ１００でフラグＦ＿ＣＲＳの値を「０」に設定した後、クルーズ判定処理を終わる。
【００７０】
以上説明したクルーズ判定処理によって、排気ガスボリューム変動パラメータＳＶＭＡの二乗値ＳＶＭＡＳＱＲがＳＶＭＡＳＱＲ＜０となる状態、すなわち、排気ガスボリュームの変動が小さい状態がカウンタＴＭＣＲＳＪＵＤの初期値Ｘ＿ＴＭＣＲＳＪＳＴに相当する時間継続すると、エンジン１はクルーズ状態であると判定されフラグＦ＿ＣＲＳの値が「１」に設定される。
【００７１】
図１２は、エンジン負荷・浄化装置前空燃比判断処理のフローチャートである。この処理では、エンジン１が安定状態や過度の変動状態にあるときに浄化装置の劣化判別を行うことによる誤判定を防止するために、劣化判別パラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥの設定を行う。
【００７２】
まず、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン１の吸気管絶対圧ＰＢＡから次式（３）によりＰＥＰＲＡ１を算出する（Ｓ１１０）。
【００７３】
【数３】
2004143967.tif 000005
【００７４】
ここで、ＰＢＡＴＭは吸気管絶対圧ＰＢＡを５０ｍｓｅｃ間隔でサンプリングした値であり、また「ｎ」はパラメータ更新条件の判断処理のサイクル数を表す。式（３）はＰＢＡＴＭの変動値の移動平均を取ったものである。続いてＰＥＰＲＡ１の絶対値をとり、エンジン負荷条件判定パラメータＰＥＡＢＳ１とする（Ｓ１１０）。
【００７５】
次に、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン負荷条件判定パラメータＰＥＡＢＳ１が所定の下限値ＰＥ１Ｌ以上であるか否かを判定し（Ｓ１１２）、ＰＥＡＢＳ１≧ＰＥ１Ｌであれば、さらに所定の上限値ＰＥ１Ｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ１１４）。ステップＳ１１４でＰＥＡＢＳ１≦ＰＥ１Ｈであれば、エンジン負荷条件が浄化装置劣化判別パラメータの演算を行うのに適切であることを値「１」で示すエンジン負荷条件フラグＦ＿ＰＥ１を「１」に設定する。
【００７６】
ステップＳ１１２でＰＥＡＢＳ１＜ＰＥ１Ｌである場合、すなわちエンジン負荷条件判定パラメータＰＥＡＢＳ１が所定の下限値より小さい場合は、エンジン負荷が定常状態であり浄化装置劣化判別パラメータの演算を行うのに適切でないとして、劣化判別条件成立判断部２４は、エンジン負荷条件フラグＦ＿ＰＥ１を「０」に設定する（Ｓ１１８）。また、ステップＳ１１４でＰＥＡＢＳ１＞ＰＥ１Ｈである場合、すなわちエンジン負荷条件判定パラメータＰＥＡＢＳ１が所定の上限値より大きい場合は、エンジン１の負荷変動が過大であり浄化装置劣化判別パラメータの演算を行うのに適切でないとして、ステップＳ１１８でエンジン負荷条件フラグＦ＿ＰＥ１を「０」に設定する。
【００７７】
ステップＳ１１０〜Ｓ１１８の処理によって、ＰＥ１Ｌ≦ＰＥＡＢＳ１≦ＰＥ１Ｈであるとき、すなわちエンジン負荷状態が適切な範囲内にあるときに限り、エンジン負荷条件フラグＦ＿ＰＥ１に「１」が設定される。
【００７８】
続いて、劣化判別条件成立判断部２４は、次式（４）によりＰＥＰＲＡ３を算出する（Ｓ１２０）。
【００７９】
【数４】
2004143967.tif 000006
【００８０】
ここで、ＫＡＣＴＴＭは浄化装置前空燃比（ＬＡＦセンサ出力）ＫＡＣＴの目標値であり、また「ｎ」は上述したのと同様にパラメータ更新条件判断処理のサイクル数である。式（４）は、式（３）と同様に浄化装置前空燃比ＫＡＣＴの変動値の移動平均を計算するものである。続いてＰＥＰＲＡ３の絶対値を取り浄化装置前空燃比条件判定パラメータＰＥＡＢＳ３とする（Ｓ１２０）。
【００８１】
次いで、劣化判別条件成立判断部２４は、浄化装置前空燃比条件判定パラメータＰＥＡＢＳ３が所定の下限値ＰＥ３Ｌ以上であるか否かを判定し（Ｓ１２２）、ＰＥＡＢＳ３≧ＰＥ３Ｌであれば、さらに所定の上限値ＰＥ３Ｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ１２４）。ステップＳ１２４でＰＥＡＢＳ３≦ＰＥ３Ｈであれば、浄化装置前空燃比が浄化装置劣化判別パラメータの演算を行うのに適切であることを値「１」で示す浄化装置前空燃比条件フラグＦ＿ＰＥ３を「１」に設定する（Ｓ１２６）。
【００８２】
ステップＳ１２２でＰＥＡＢＳ３＜ＰＥ３Ｌである場合、すなわち浄化装置前空燃比ＰＥＡＢＳ３が所定の下限値より小さい場合は、浄化装置前空燃比ＫＡＣＴが収束状態であり浄化装置劣化判別パラメータ演算を行うのに適切でないとして、劣化判別条件成立判断部２４は、浄化装置前空燃比条件フラグＦ＿ＰＥ３を「０」に設定する（Ｓ１２８）。また、ステップＳ１２４でＰＥＡＢＳ３＞ＰＥ３Ｈである場合、すなわち浄化装置前空燃比ＰＥＡＢＳ３が所定の上限値より大きい場合は、浄化装置前空燃比ＫＡＣＴの変動が過大であり浄化装置劣化判別パラメータの演算を行うのに適切でないとして、ステップＳ１２８で浄化装置前空燃比条件フラグＦ＿ＰＥ３を「０」に設定する。
【００８３】
ステップ１２０〜Ｓ１２８の処理によって、ＰＥ３Ｌ≦ＰＥＡＢＳ３≦ＰＥ３Ｈであるとき、すなわち浄化装置前空燃比ＫＡＣＴが適切な範囲内にあるときに限り、浄化装置前空燃比条件フラグＦ＿ＰＥ３に「１」が設定される。
【００８４】
次に、劣化判別条件成立判断部２４は、設定したフラグについて、Ｆ＿ＰＥ１＝０かつＦ＿ＰＥ３＝０であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。答がＹＥＳである場合、すなわちＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０の両方とも成立している場合は、ダウンカウンタＴＰＥに初期値ＴＭＰＥを設定し、また後述するステップＳ１３８で設定されるダウンカウンタＴＰＥＲを１だけデクリメントする（Ｓ１３２）。続いてカウンタＴＰＥＲ≦０となったか否かを判定し（Ｓ１３４）、答がＮＯ、すなわちＴＰＥＲ＞０であるときは、この処理を終了する。
【００８５】
ステップＳ１３４でＴＰＥＲ≦０であるときは、劣化判別パラメータを更新しても良いことを値「１」で示す劣化判別パラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥに「１」を設定して（Ｓ１３６）、この処理を終了する。
【００８６】
ステップＳ１３０の判定で答がＮＯ、すなわちＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０の何れか一方、又はその両方が成立していない場合は、劣化判別条件成立判断部２４は、ステップＳ１３２で設定されたカウンタＴＰＥを１だけデクリメントし、またカウンタＴＰＥＲに初期値ＴＭＰＥＲ（本実施形態では「０」）を設定する（Ｓ１３８）。続いてカウンタＴＰＥが０以下となったか否かを判定し（Ｓ１４０）、答がＮＯ、すなわちＴＰＥ＞０であるときは、この処理を終了する。ステップＳ１４０でＴＰＥＲ≦０であるときは、フラグＦ＿ＰＥに「０」を設定して（Ｓ１４２）、この処理を終了する。
【００８７】
以上説明した劣化判別パラメータ更新条件の判断処理の動作の概要を説明すると次のようになる。まず、エンジン１の吸気管絶対圧からエンジン負荷条件パラメータＰＥＡＢＳ１が算出され（Ｓ１１０）、このパラメータを用いてエンジン１の負荷変動が劣化判別パラメータ更新に適切な範囲にあるか否かが判定され（Ｓ１１２、Ｓ１１４）、第１のフラグＦ＿ＰＥ１が設定される（Ｓ１１６、Ｓ１１８）。続いて、浄化装置前に設置されているＬＡＦセンサ出力の目標値ＫＡＣＴＴＭから浄化装置前空燃比条件パラメータＰＥＡＢＳ３が算出され（Ｓ１２０）、このパラメータを用いて浄化装置前空燃比が劣化判別パラメータの更新に適切な範囲にあるか否かが判定され（Ｓ１２２、Ｓ１２４）、第２のフラグＦ＿ＰＥ３が設定される（Ｓ１２６、Ｓ１２８）。
【００８８】
次にフラグＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０が共に成立しているか否かが判定される（Ｓ１３０）。共に成立している場合、ダウンカウンタＴＰＥＲの値がデクリメントされていき、フラグＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０が共に成立していると判定された後、所定時間ＴＭＰＥＲだけ経過したときに、パラメータ更新条件が成立したとしてパラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥに「１」が設定される。なお、本実施形態ではＴＭＰＥＲ＝０とされているので、フラグＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０が共に成立していると判定されたときは直ちにパラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥに値「１」が設定される。
【００８９】
ステップＳ１３０でフラグＦ＿ＰＥ１＝０とＦ＿ＰＥ３＝０の何れかが成立していない場合、ダウンカウンタＴＰＥの値がデクリメントされていき、ステップＳ１３２の条件不成立後所定時間ＴＭＰＥが経過したときに、パラメータ更新条件が成立していないとしてパラメータ更新許可フラグＦ＿ＰＥに「０」が設定される。
【００９０】
図１３は、浄化装置劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＰを算出する処理のフローチャートである。劣化判別パラメータ算出部１６は、下流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２に対して次式のフィルタ処理を行う（Ｓ１５０）。
【００９１】
【数５】
2004143967.tif 000007
ここで、（ｉ）はディジタル信号の系列を表し、ＡＦＳＶ、ＢＦＳＶは予め定められた係数である。バンドパスフィルタなら５次、ローパスフィルタまたはハイパスフィルタなら１０次までこの式で対応でき、ＡＦＳＶ、ＢＦＳＶを適切な値に調節することで、フィルタの通過域やフィルタ次数を変化させることができる。
【００９２】
このようなフィルタ処理を行う理由は、上述したように、浄化装置の劣化進行につれ増加する周波数成分のみを抽出することによって、浄化装置の劣化を捉えることが可能となるためである。フィルタは、例えば通過周波数３〜７Ｈｚのバタワース型バンドパスフィルタであるが、これに限定されるものではなく、エンジン１や浄化装置４の特性等に応じて、ハイパスフィルタ等の他の適当なフィルタを選択することができる。
【００９３】
次に、式（５）により算出されたＦＳＶＯを２乗して、劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＰとする（Ｓ１５２）。
【００９４】
図１４〜図１６は、状態パラメータと、劣化判別パラメータを補正するための補正項を算出する処理のフローチャートである。本明細書では、この処理に関して３つの実施例を挙げており、それぞれ図１４〜図１６を参照して説明する。
【００９５】
図１４は、状態パラメータおよび補正項算出処理の第１の実施例である。この例では、下流側排気ガスセンサ（Ｏ２センサ６）の出力ＳＶＯ２より状態パラメータを算出する。まず、状態パラメータ算出部１８は、次式に従ってＳＶＯ２のフィルタリング処理を行う（Ｓ１６０）。
【００９６】
【数６】
2004143967.tif 000008
ここで、ＡＦＳＣおよびＢＦＳＣは、予め定められた定数である。
【００９７】
本実施例では、フィルタは通過周波数０．１〜０．５Ｈｚの５次のバタワース型バンドパスフィルタである。このフィルタについても、ＳＶＯ２の周波数特性等に応じて他の適切なフィルタを選択することができる。
【００９８】
次に、状態パラメータ算出部１８は、フィルタリング処理により得られたＦＳＶＣを二乗して、ＦＳＣＳＱＲを求める（Ｓ１６２）。続いて、次式に示すように、ＦＳＣＳＱＲの移動平均を取り、これを状態パラメータＦＳＣＡＶＥとする（Ｓ１６４）。これは、空燃比がリーンとリッチの間を揺れ動くときに状態パラメータが０となってしまうことを防止するために行う。
【００９９】
【数７】
2004143967.tif 000009
【０１００】
そして、状態パラメータ算出部１８は、例えば図２０のようなテーブルを検索して、移動平均ＦＳＣＡＶＥに対応する補正項ＫＦＳＶを求め（Ｓ１６６）、本処理を終了する。
【０１０１】
図１５は、状態パラメータおよび補正項算出処理の第２の実施例である。この例では、上流側排気ガスセンサ（ＬＡＦセンサ５）の出力を用いて状態パラメータを算出する。
【０１０２】
まず、図１４の第１の実施例と同様に、状態パラメータ算出部１８は、浄化装置前空燃比ＫＡＣＴのフィルタリング処理を次式に従って行う（Ｓ１７０）。
【０１０３】
【数８】
2004143967.tif 000010
ここで、ＡＦＫＡおよびＢＦＫＡは、予め定められた定数である。
【０１０４】
本実施例では、フィルタは通過周波数３〜７Ｈｚの５次のバタワース型バンドパスフィルタである。このフィルタについても、ＳＶＯ２の周波数特性等に応じて他の適切なフィルタを選択することができる。
【０１０５】
次に、状態パラメータ算出部１８は、フィルタリング処理により得られたＦＫＡＣを二乗して、状態パラメータＦＫＡＳＱＲとする（Ｓ１７２）。そして、例えば図２１のようなテーブルを検索して、状態パラメータＦＫＡＳＱＲに対応する補正項ＫＦＳＶを求め（Ｓ１７４）、本処理を終了する。
【０１０６】
図１６は、状態パラメータおよび補正項算出処理の第３の実施例である。この例では、エンジン１の排気ガスボリューム値を状態パラメータとして利用する。状態パラメータ算出部１８は、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＰＢから次式により排気ガスボリューム値ＳＶ（状態パラメータに対応）を算出する（Ｓ１７６）。
【０１０７】
【数９】
2004143967.tif 000011
ここで、ＫＳＶは予め定められた定数である。
【０１０８】
次いで、例えば図２２のようなテーブルから排気ガスボリューム値ＳＶに対応する値を検索することによって、補正項ＫＦＳＶを求める（Ｓ１７８）。
【０１０９】
なお、図２０〜２２のテーブルは、実験またはシミュレーションによって予め値の対応関係を求めておき、図示しないＲＯＭに記憶させておく。
【０１１０】
図１７および図１８は、劣化判別パラメータ補正処理のフローチャートである。本明細書では、この処理に関して２つの実施例を挙げており、それぞれ図１７、図１８を参照して説明する。
【０１１１】
図１７は、劣化判別パラメータ補正処理の第１の実施例である。まず、劣化判別パラメータ補正部２０は、図１３の処理で算出した劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＰに、図１４〜１６で説明した何れかの方法で算出した補正項ＫＦＳＶを乗じることによって、ＦＳＶＳＱＲを算出する（Ｓ１８０）。
【０１１２】
次に、劣化判別パラメータ補正部２０は、次式によってＢＫＰを算出する（Ｓ１８２）。このＢＫＰは、後続のステップＳ１８４によって逐次的に更新されるＢＰ（ｎ）によって算出される値である。
【０１１３】
【数１０】
2004143967.tif 000012
ここで、ＢＰ（ｎ−１）はＢＰ（ｎ）の前回値を表す。
【０１１４】
ＢＰ（ｎ）は、次式により求められる（Ｓ１８４）。
【０１１５】
【数１１】
2004143967.tif 000013
【０１１６】
式（１１）中のＷＬ１ＬＳ、ＷＬ２ＬＳは、０＜ＷＬ１ＬＳ≦１、０≦ＷＬ２ＬＳ＜２の条件を満たすように予め設定される値であり、これらの値の設定の仕方によって、式（１０）および（１１）は、固定ゲイン法、最小二乗法、漸減ゲイン法、重み付き最小二乗法等の具体的なアルゴリズムとなる。本実施形態では、例えば、ＷＬ１ＬＳ＝ＷＬ２ＬＳ＝１とする最小二乗法を用いる。
【０１１７】
劣化判別パラメータ補正部２０は、ステップＳ１８０で算出したＦＳＶＳＱＲと、Ｓ１８２で算出したＢＫＰを使用して、次式により補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳを算出する（Ｓ１８６）。
【０１１８】
【数１２】
2004143967.tif 000014
【０１１９】
上記式（１２）は逐次型の統計アルゴリズムによる処理であり、ＥＣＵ１０の制御サイクル毎に、ＦＳＶＳＱＲの中心値ＦＳＶＳＱＲＬＳ、すなわちＦＳＶＳＱＲの出力値の分布範囲の中心的な値を逐次更新しつつ求めるものである。
【０１２０】
このような逐次型統計アルゴリズムを使用する利点は、前回値と今回値を使用して次々とパラメータを更新していくので、ＥＣＵ１０による演算量および必要な記憶容量を小さくできることである。従って、車載のＥＣＵのように限られた演算能力および記憶容量しか持たないＣＰＵでも十分に演算を実行することができる。ＥＣＵ１０が十分な演算性能および記憶容量を有している場合は、上記逐次型統計アルゴリズムを使用せず、ＦＳＶＳＱＲを用いて以下に述べる劣化判別を行うことも可能である。
【０１２１】
図１８は、劣化判別パラメータ補正処理の第２の実施形態のフローチャートである。ステップＳ１９０およびＳ１９２は、既に説明した図１７のステップＳ１８２およびＳ１８４と同様である。次に、劣化判別パラメータ補正部２０は、劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＰに対してステップＳ１８６で述べたのと同様の統計処理を行って、ＦＳＶＳＱＲＬＳＰを求める（Ｓ１９４）。
【０１２２】
劣化判別パラメータ補正部２０は、さらに、図１４〜１６で説明した何れかの方法で算出した補正項ＫＦＳＶについて同様の統計処理を行い、ＫＦＳＶＬＳを算出する（Ｓ１９６）。そして、ステップＳ１９４およびＳ１９６でそれぞれ統計処理されたＦＳＶＳＱＲＬＳＰとＫＦＳＶＬＳを掛け合わせて、補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳを得る（Ｓ１９８）。
【０１２３】
例示した状態パラメータ算出の実施例と、劣化判別パラメータ補正の実施例とは、それぞれから１つを選択して自由に組み合わせることができる。従って本明細書には合計６通りの実施例を示したことになるが、もちろん本発明をこれらに限定するものではない。
【０１２４】
図１９は、浄化装置劣化判別処理のフローチャートである。
【０１２５】
まず、浄化装置劣化判別部２２は、図１７のステップＳ１８４または図１８のステップＳ１９２で算出したＢＰの現在値ＢＰ（ｎ）と前回値ＢＰ（ｎ−１）とがほぼ等しいか否かの判断を行う（Ｓ２００）。これはＢＰの値がほぼ収束したか否かを判断するために行われる。ＢＰの値が収束していない場合は、現在の制御サイクルにおいて求められた補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳは未だ十分収束していないと考えられるので、現在の補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの値に基づく浄化装置４の劣化判別を行うことなく本処理を終了する。ＢＰの値がほぼ収束している場合は、浄化装置劣化判別部２２は、続いて浄化装置４の温度ＣＢ１Ｐが所定値ＣＢ１ＣＡＴ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。この結果がＮＯである場合は、浄化装置４の温度が上昇していないと十分な浄化性能が発揮されないので、浄化装置の劣化判別を行うことなく本処理を終了する。
【０１２６】
ステップＳ２００、Ｓ２０２のどちらの条件も満たされている場合、現在の制御サイクルにおいて求められた補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳは十分収束していると判断されるので、浄化装置劣化判別部２２は、補正後劣化判別パラメータＦＳＶＱＲＬＳを予め定められたしきい値ＣＡＴＡＧＥＬＭＴと比較する（Ｓ２０４）。ＦＳＶＳＱＲＬＳ＜ＣＡＴＡＧＥＬＭＴであるときには、浄化装置４は未劣化状態であると判断し、浄化装置が劣化していないことを値「１」で示すＯＫフラグＦ＿ＯＫ６７に「１」を設定し（Ｓ２０６）、さらに浄化装置が劣化していることを値「１」で示す劣化検知フラグＦ＿ＦＳＤ６７に「０」を設定する（Ｓ２０８）。そして、現在の制御サイクルで浄化装置劣化判別処理が実行されたことを示すフラグＦ＿ＤＯＮＥ６７に「１」を設定して（Ｓ２１４）、本処理を終了する。
【０１２７】
ステップＳ２０４でＦＳＶＱＲＬＳ≧ＣＡＴＡＧＥＬＭＴであるときには、浄化装置劣化判別部２２は、浄化装置４が劣化状態であると判断し、劣化検知フラグＦ＿ＦＳＤ６７に「１」を設定し（Ｓ２１０）、ＯＫフラグＦ＿ＯＫ６７に「０」を設定し（Ｓ２１２）、さらにフラグＦ＿ＤＯＮＥ６７に「１」を設定して（Ｓ２１４）、本処理を終了する。
【０１２８】
なお、エンジン１の始動前にＥＣＵ１０のバッテリ（図示せず）が一旦取り外された場合やエンジン１の初回の運転時等のように、エンジン１の始動時に前回の運転時のデータが保持されていない場合（すなわちそれらの値が初期化されている場合）には、ステップＳ２０２でカウンタＣＢ１Ｐの値と比較される所定値は、上述の場合よりも大きな値に設定される。
【０１２９】
以上説明した排気ガス浄化装置の劣化判別装置の動作を要約すると、次のようになる。エンジン１を始動して、所定の運転状態等のパラメータ更新条件（図１０〜図１２）が成立している間、図１３〜図１８に示したフローチャートに従って補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの演算が続けられる。そして、ＢＰの前回値と今回値がほぼ同一になったとき、すなわち補正後劣化判別パラメータが安定（収束）したときに、浄化装置４の劣化判別が行われる。一度浄化装置４の劣化判別が行われると、Ｆ＿ＤＯＮＥ６７に「１」が設定され、以降その運転モードの間は浄化装置劣化判別は行われなくなる。
【０１３０】
以上で、本発明による浄化装置劣化判別の手順の説明を終了する。
【０１３１】
本発明の一実施形態に従って算出された補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの一例を図２３に示す。グラフ中の実線は、２つの異なる運転パターンＡ，Ｂにおける補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの値を示している。ここで、運転パターンＡは市街地走行時（低車速）、運転パターンＢは高速道路走行時（約１００ｋｍ／ｈ）にそれぞれ対応している。図の横軸は経過時間を表す。図２３から明らかなように、時間が経過するにつれて、補正後劣化判別パラメータＦＳＶＳＱＲＬＳの値は、運転パターンの違いによらずほぼ同等の値を示すようになることが分かる。
【０１３２】
図２４は、浄化性能が十分である浄化装置と浄化性能が十分でない浄化装置における、３つの異なる運転パターンにおける、ある時点での劣化判別パラメータの値を示したものである。図２４において、（ａ）は従来の手法により算出された劣化判別パラメータ、（ｂ）は本発明に従って状態パラメータによる補正を行った補正後劣化判別パラメータを表している。ここで、運転パターンＡおよびＢは上述したとおりであり、運転パターンＣは高速道路走行時（約８０ｋｍ／ｈ）に対応している。これを見ると、（ａ）では、浄化性能が十分であるときはその劣化判別パラメータに大差はないものの（左３列を参照）、浄化性能が十分でないときは、劣化判別パラメータに大きな差が現れる（右３列を参照）。結果として、ステップＳ２０４（図１９）の判定しきい値ＣＡＴＡＧＥＬＭＴの選択によっては、例えば運転パターンＣについては、浄化装置の浄化性能を十分と判定してしまう可能性がある。
【０１３３】
これに対し、（ｂ）では、浄化性能が十分であるときの補正後劣化判別パラメータは（ａ）の場合とさほど異ならない（左３列を参照）のに対して、浄化性能が十分でないときの補正後劣化判別パラメータのばらつきが小さく抑えられていることがわかる（右３列を参照）。従って、浄化装置の劣化判断をより正確に行えるようになる。
【０１３４】
以上特定の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本明細書に記載した種々のフィルタは例示であり、エンジンや浄化装置の特性および運転条件等に応じた適切なものを選択することができる。また、各種パラメータには上限を設定することが好ましい。
【０１３５】
さらに、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンの排気ガス浄化装置にも適用が可能である。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの運転条件に大きな差があるときでも、浄化装置の劣化判別パラメータのばらつきを抑えることができるため、浄化装置の劣化判別の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置の劣化判別装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｏ２センサ、およびＬＡＦセンサの出力を説明するための図である。
【図３】下流側Ｏ２センサ出力の浄化装置劣化による変化を説明するための図である。
【図４】劣化判別パラメータの一例を示す図である。
【図５】運転パターンによる下流側Ｏ２センサ出力の違いを示す図である。
【図６】図５の下流側Ｏ２センサ出力から求めた劣化判別パラメータの図である。
【図７】下流側Ｏ２センサ出力の低周波成分を示す図である。
【図８】上流側Ｏ２センサ出力を示す図である。
【図９】浄化装置の劣化判別のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】劣化判別条件の成立判断ルーチンのフローチャートである。
【図１１】クルーズ判定ルーチンのフローチャートである。
【図１２】エンジン負荷・浄化装置前空燃比判断ルーチンのフローチャートである。
【図１３】劣化判別パラメータ算出ルーチンのフローチャートである。
【図１４】状態パラメータ算出ルーチンのフローチャートである。
【図１５】状態パラメータ算出ルーチンのフローチャートである。
【図１６】状態パラメータ算出ルーチンのフローチャートである。
【図１７】劣化判別パラメータ補正ルーチンのフローチャートである。
【図１８】劣化判別パラメータ補正ルーチンのフローチャートである。
【図１９】浄化装置の劣化判別ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】補正項を決定するテーブルの一例である。
【図２１】補正項を決定するテーブルの一例である。
【図２２】補正項を決定するマップの一例である。
【図２３】本発明による補正後劣化判別パラメータを示す図である。
【図２４】各種の運転パターンにおける補正後劣化判別パラメータを比較する図である。
【符号の説明】
１　　　　内燃機関（エンジン）
３　　　　排気管
４　　　　浄化装置
５　　　　上流側排気ガスセンサ（ＬＡＦセンサ）
６　　　　下流側排気ガスセンサ（Ｏ２センサ）
１０　　　　電子制御装置（ＥＣＵ）
１２　　　　目標空燃比演算部
１４　　　　燃料噴射量演算部
１６　　　　劣化判別パラメータ算出部
１８　　　　状態パラメータ算出部
２０　　　　劣化判別パラメータ補正部
２２　　　　浄化装置劣化判別部
２４　　　　劣化判別条件成立判断部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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