(57)【要約】【課題】エミッション、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えるとともに、排気浄化触媒の劣化の度合いを精度良く判別する。【解決手段】排気を浄化する触媒３２と、触媒３２の上流に配置された第１の空燃比センサ３５と、触媒３２の下流に配置された第２の空燃比センサ３６と、第２の空燃比センサ３６の出力を基にアクティブＡ／Ｆ制御によりリーン空燃比とリッチ空燃比の間で空燃比を切換えるとともに、第１の空燃比センサ３５の出力を基に空燃比を切換える毎に触媒３２の酸素吸蔵量を算出する手段と、酸素吸蔵量と酸素吸蔵量の算出回数とに基づいて触媒３２の劣化の度合いを判定する判定手段と、を備える。【選択図】        図６
2004176611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流における空燃比を検出する第１の空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流における空燃比を検出する第２の空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の上流における空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比の間で切換える手段であって、前記第２の空燃比センサの出力値がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した後に前記排気浄化触媒の上流における空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切換え、前記第２の空燃比センサの出力値がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した後に前記排気浄化触媒の上流における空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切換える空燃比切換手段と、
前記空燃比切換手段により空燃比を切換えてから前記第２の空燃比センサにより検出された空燃比が前記所定のリッチ空燃比又はリーン空燃比を示すまでの期間において前記第１の空燃比センサにより検出された空燃比と、当該期間に内燃機関へ供給された燃料量とに基づいて、当該期間毎に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する手段と、
前記酸素吸蔵量と前記酸素吸蔵量の算出回数とに基づいて、前記排気浄化触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒劣化判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、所定のしきい値と前記酸素吸蔵量とを比較する比較手段を含み、
前記比較手段は、前記酸素吸蔵量の算出回数に応じて異なるように設定された前記しきい値と、前記酸素吸蔵量とを比較することを特徴とする請求項１記載の触媒劣化判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記酸素吸蔵量に応じて劣化の度合いの判定を保留する判定保留手段を含み、
判定を保留する前記酸素吸蔵量の範囲が所定範囲である第１の劣化検出モードと、
前記第１の劣化検出モードにて判定を保留した場合に前記酸素吸蔵量の算出回数を増やして実行され、判定を保留する前記酸素吸蔵量の範囲が前記所定範囲よりも狭く設定された第２の劣化検出モードと、を少なくとも備えたことを特徴とする請求項１記載の触媒劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は触媒劣化判定装置に関し、特に、アクティブＡ／Ｆ制御を用いて触媒劣化を判定する装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、触媒上流の空燃比を強制的にリーン／リッチに変動させる制御（以下、アクティブＡ／Ｆ制御という）を行って、排気浄化触媒の劣化状態を判別する方法が公知である。例えば特開２００１−３２９８３２号公報には、アクティブＡ／Ｆ制御により触媒の最大酸素吸蔵量を検出し、これに基づいて触媒の劣化状態を判別する方法が記載されている。
【０００３】
アクティブＡ／Ｆ制御では、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリッチ空燃比にして触媒に吸蔵された酸素を還元放出した後、空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に反転させる。リーン空燃比下では排気中の酸素が触媒に吸蔵されていくため、触媒下流に設けられたセンサにより検出される空燃比は触媒の酸素吸蔵能力が飽和するまでの一定時間の間は理論空燃比に維持され、酸素吸蔵能力が飽和した後にリーン空燃比に変化する。その後、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に反転させる。リッチ空燃比下では触媒に吸蔵された酸素が消費されていくため、触媒下流に設けられたセンサにより検出される空燃比は、触媒から酸素が消費されるまでの一定時間の間は理論空燃比に維持され、その後にリッチ空燃比に変化する。
【０００４】
そして、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定方法は、理論空燃比が維持されている時間に触媒に流入するガス量と、その時間における触媒上流の空燃比とに基づいて最大酸素吸蔵量を算出するものであり、リーン空燃比とリッチ空燃比の間で空燃比を反転させる毎に最大酸素吸蔵量を算出し、算出した値に基づいて触媒劣化の状態を判定する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３２９８３２号公報
【特許文献２】
特開平５−１３３２６４号公報
【特許文献３】
特開平１１−１２５１１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒が実際に吸蔵し、または排出する酸素量は測定回毎に異なり、空燃比センサなどの各センサの検出精度も一定ではないため、上記方法で検出した最大酸素吸蔵量にはバラツキが発生する。従って、触媒劣化の状態を正確に判定するためにはあらゆるバラツキを考慮する必要があり、バラツキの影響を排除するためには最大酸素吸蔵量のデータを多数取得しなければならない。このため、アクティブＡ／Ｆ制御を行う時間は、バラツキの影響を排除し得る最も長い時間に一律設定する必要がある。
【０００７】
しかし、アクティブＡ／Ｆ制御の実施時間を長くすると空燃比が理論空燃比から外れる時間が長くなり、エミッション、ドライバビリティが悪化するという問題が生じる。このため、エミッション、ドライバビリティの向上と、最大酸素吸蔵量の検出精度の確保、という相反する課題の双方を達成することは困難となっていた。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、エミッション、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えるとともに、排気浄化触媒の劣化の度合いを精度良く判別することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流における空燃比を検出する第１の空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流における空燃比を検出する第２の空燃比センサと、前記排気浄化触媒の上流における空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比の間で切換える手段であって、前記第２の空燃比センサの出力値がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した後に前記排気浄化触媒の上流における空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切換え、前記第２の空燃比センサの出力値がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した後に前記排気浄化触媒の上流における空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切換える空燃比切換手段と、前記空燃比切換手段により空燃比を切換えてから前記第２の空燃比センサにより検出された空燃比が前記所定のリッチ空燃比又はリーン空燃比を示すまでの期間において前記第１の空燃比センサにより検出された空燃比と、当該期間に内燃機関へ供給された燃料量とに基づいて、当該期間毎に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する手段と、前記酸素吸蔵量と前記酸素吸蔵量の算出回数とに基づいて、前記排気浄化触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、所定のしきい値と前記酸素吸蔵量とを比較する比較手段を含み、前記比較手段は、前記酸素吸蔵量の算出回数に応じて異なるように設定された前記しきい値と、前記酸素吸蔵量とを比較することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、前記酸素吸蔵量に応じて劣化の度合いの判定を保留する判定保留手段を含み、判定を保留する前記酸素吸蔵量の範囲が所定範囲である第１の劣化検出モードと、前記第１の劣化検出モードにて判定を保留した場合に前記酸素吸蔵量の算出回数を増やして実行され、判定を保留する前記酸素吸蔵量の範囲が前記所定範囲よりも狭く設定された第２の劣化検出モードと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる触媒劣化判定装置及びその周辺の構造を説明するための図である。図１に示すように、内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００１４】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量（Ｇａ）を検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００１５】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００１６】
排気通路１４には、排気浄化触媒３２が設けられている。排気浄化触媒３２は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵している酸素を排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００１７】
排気通路１４には、排気浄化触媒３２の上流に第１の空燃比センサ３５が、下流に第２の空燃比センサ３６がそれぞれ配置されている。第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６は、ともに排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサである。第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６によれば、排気ガス中の酸素濃度に基づいて触媒３２の上流及び下流における空燃比を検出することができる。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の触媒劣化判別装置はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２や、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４などが接続されている。
【００１９】
図１に示すシステムにおいて、本実施形態の触媒劣化判別装置は、アクティブＡ／Ｆ制御により触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）を検出し、Ｃｍａｘ値に基づいて触媒の劣化状態を判別する。
【００２０】
先ず、アクティブＡ／Ｆ制御によるＣｍａｘの検出方法を説明する。図２は、Ｃｍａｘの検出方法を示す模式図である。図２において、実線は第１の空燃比センサ３５により検出された空燃比を示しており、破線は第２の空燃比センサ３６により検出された空燃比を示している。また、図２は時刻ｔ１において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに強制的に切換え、時刻ｔ２において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに強制的に切換えた場合を示している。
【００２１】
図２に示すように、時刻ｔ１において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに切換えられると、第１の空燃比センサ３５により検出される空燃比もリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに変化する。また、機関シリンダ内に供給される空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに切換えられると、第１の空燃比センサ３５により検出される空燃比もリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに変化する。
【００２２】
第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は、図２に破線で示すように第１の空燃比センサ３５とは異なるパターンで変化する。すなわち、時刻ｔ１において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに変化したときに、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌから理論空燃比まで変化し、ＴＲ時間の間、理論空燃比に維持された後にリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒまで変化する。一方、時刻ｔ２において機関シリンダ内に供給される空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに変化したときに、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒから理論空燃比まで変化し、ＴＬ時間の間、理論空燃比に維持された後にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌまで変化する。
【００２３】
第２の空燃比センサ３６により検出された空燃比が、ＴＲ時間またはＴＬ時間の間で理論空燃比に維持されるのは、触媒３２の持つＯ２ストレージ機能による。すなわち、時刻ｔ１以前において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーンのときには排気ガス中に過剰の酸素が存在し、この過剰な酸素が触媒３２に吸着保持される。時刻ｔ１において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに変化すると、排気ガス中には空燃比に応じた量のＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等の未燃成分が存在することになり、触媒３２に吸着された酸素がこれら未燃成分を酸化するために使用される。触媒３２に吸着保持された酸素がこれら未燃成分を酸化している間、すなわち、図２のＴＲ時間の間、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は理論空燃比に維持される。そして、触媒３２に吸着保持された酸素がなくなると未燃成分の酸化作用は行われなくなるので、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとなる。
【００２４】
時刻ｔ２において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに変化すると、触媒３２による酸素の吸着作用が開始される。酸素の吸着作用が行われている間、すなわち図２のＴＬ時間の間、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は理論空燃比に維持される。その後、触媒３２による酸素の吸着能力が飽和すると、酸素が触媒３２に吸着されなくなるので、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとなる。酸素の吸着作用が行われている間は、排気ガス中の酸素が触媒３２に奪われ、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯ，Ｈ２等の未燃成分はＮＯｘから酸素を奪ってＮＯｘが還元される。触媒３２による酸素の吸着能力が飽和すると、排気ガス中の未燃成分は排気ガス中に含まれる酸素によって酸化されるためにＮＯｘの還元作用が行われなくなり、ＮＯｘが排出される。
【００２５】
触媒３２が吸着保持しうる最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）には上限があり、触媒３２の諸元からＣｍａｘの絶対量が定まる。Ｃｍａｘの絶対量が多くなれば酸化し得るＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等の未燃成分の量が増大し、還元しうるＮＯｘの量が増大するので排気ガスの浄化率が高くなる。Ｃｍａｘの絶対量が減少すれば酸化しうる未燃成分の量および還元しうるＮＯｘの量が低下して排気ガス浄化率が低下する。従って、Ｃｍａｘは触媒３２の劣化の度合いを表す特性値となる。図３はＣｍａｘと触媒３２の劣化度との関係を示している。このように、触媒３２のＣｍａｘを検出すれば触媒３２の劣化度を正確に検出することが可能となる。
【００２６】
図２におけるＴＲで示される間、機関シリンダ内にリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒの混合気が供給され、この間に機関シリンダ内に供給された燃料量をＦ１とすると、シリンダ内に供給された混合気のうちの空気量は（Ａ／Ｆ）Ｒ・Ｆ１で表され、燃焼に必要な空気量は（理論空燃比）・Ｆ１で表される。従って、機関シリンダ内では、（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）Ｒ）・Ｆ１だけ空気量が不足することとなり、不足する空気のうちで酸素の占める割合を０．２３とすると、不足する酸素量は０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）Ｒ）・Ｆ１となる。機関シリンダ内に供給された燃料のうちの未燃分は、触媒３２に吸着保持されている酸素によって酸化され、ＴＲ時間の間に触媒３２から放出されるので、不足分の酸素量０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）Ｒ）・Ｆ１は、触媒３２に吸着保持されている酸素の絶対量となる。時刻ｔ１以前に第２の空燃比センサ３６の出力が（Ａ／Ｆ）Ｌとなっているため、時刻ｔ１の時点で触媒３２の酸素吸蔵能力は飽和している。従って、酸素量０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）Ｒ）・Ｆ１は、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）となる。ここで、ＴＲ時間内に機関シリンダへ供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒは、第１の空燃比センサ３５の出力値から検出できる。従って、空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒと、ＴＲ時間の間に機関シリンダ内に供給された燃料量Ｆ１とから、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）がわかることになる。
【００２７】
同様に、図２においてＴＬで示される間は、機関シリンダ内にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌの混合気が供給され、この間に機関シリンダ内に供給された燃料量をＦ２とすると、シリンダ内に供給された混合気のうちの空気量は（Ａ／Ｆ）Ｌ・Ｆで表され、燃焼に必要な空気量は（理論空燃比）・Ｆ２で表される。従って、機関シリンダ内では、（（Ａ／Ｆ）Ｌ−理論空燃比）・Ｆ２だけ空気量が過剰となり、過剰な空気のうちで酸素の占める割合を０．２３とすると、過剰な酸素量は０．２３・（（Ａ／Ｆ）Ｌ−理論空燃比）・Ｆ２となる。この過剰となる酸素量は、ＴＬ時間の間に触媒３２に吸着されるので、過剰となる酸素量０．２３・（Ａ／Ｆ）Ｌ−理論空燃比）・Ｆ２は、触媒３２に吸着保持される酸素の絶対量となる。ＴＲ時間の経過後に第２の空燃比センサ３６の出力が（Ａ／Ｆ）Ｒとなっているため、時刻ｔ２の時点では触媒３２が吸蔵していた酸素は全て排出されている。従って、酸素量０．２３・（（Ａ／Ｆ）Ｌ−理論空燃比）・Ｆ２は、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）となる。ここで、ＴＬ時間内に機関シリンダへ供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌは、第１の空燃比センサ３５の出力値から検出できる。従って、空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌと、ＴＬ時間の間に機関シリンダ内に供給された燃料量Ｆ２とから、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）がわかることになる。なお、燃料量Ｆ１，Ｆ２は、ＴＲ時間またはＴＬ時間の間にＥＣＵ４０が燃料噴射弁３０へ指示した燃料噴射量（噴射弁の開度）から求めることができる。
【００２８】
ＴＲ時間またはＴＬ時間に第１の空燃比センサ３５で検出される空燃比（（Ａ／Ｆ）Ｒまたは（Ａ／Ｆ）Ｌ）に変動が生じる場合は、ＴＲ時間、ＴＬ時間を更に細かく区分したΔＴＲ時間、ΔＴＬ時間毎に酸素吸蔵量ΔＯＳＡを求め、ＴＲ時間またはＴＬ時間内でΔＯＳＡを積算することで、より正確にＣｍａｘ値を求めることができる。この場合、ΔＴＲ時間またはΔＴＬ時間におけるΔＯＳＡの算出式は以下の通りとなる。
ΔＯＳＡ＝０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）Ｒ）・Ｆ１
ΔＯＳＡ＝０．２３・（（Ａ／Ｆ）Ｌ−理論空燃比）・Ｆ２
【００２９】
これらのΔＯＳＡ算出式において、（Ａ／Ｆ）Ｒ，（Ａ／Ｆ）ＬはΔＴＲ時間またはΔＴＬ時間毎における第１の空燃比センサ３５の出力値である。また、Ｆ１，Ｆ２は、ΔＴＲ時間またはΔＴＬ時間毎において機関シリンダ内に供給された燃料量である。このように、微小時間ΔＴＲ，ΔＴＬ毎の第１の空燃比センサ３５の出力値に基づいてΔＯＳＡを算出し、ＴＲ時間またはＴＬ時間におけるΔＯＳＡの合計を求めることで、触媒３２の上流における空燃比の変動を考慮した上でＣｍａｘ値を求めることができ、精度の高いＣｍａｘ算出が可能となる。
【００３０】
アクティブＡ／Ｆ制御では、リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌの間で空燃比を反転させる度に最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）を算出することができるため、反転回数を多くするほどＣｍａｘ値の算出回数を増やすことができる。算出したＣｍａｘ値にはバラツキがあるため、検出精度を高めるためにはＣｍａｘ値を複数回検出して平均化などの処理を行うことが望ましい。
【００３１】
一方、アクティブＡ／Ｆ制御の実行中は、空燃比が理論空燃比から外れるため、エミッション、ドライバビリティが悪化する恐れがある。従って、エミッション、ドライバビリティを向上させるためには、反転回数を少なくしてＣｍａｘ値の算出回数を最小限に抑え、短時間でアクティブＡ／Ｆ制御を終了させることが望ましい。
【００３２】
このため、本実施形態の触媒劣化判別装置は、アクティブＡ／Ｆ制御によりＣｍａｘ値を数回に渡って算出していく過程で、算出したＣｍａｘ値から触媒３２の劣化度合いが明確に判断できる場合は、その後のＣｍａｘ値の算出を行うことなくアクティブＡ／Ｆ制御を終了させる。
【００３３】
一方で、既に算出したＣｍａｘ値のみでは触媒３２の劣化度合いが判断できない場合には、引き続きアクティブＡ／Ｆ制御を継続してＣｍａｘ値を検出する。これにより、劣化判定が微妙な場合はＣｍａｘ値のデータ数を増加させて検出精度を高めることができるため、確実に劣化の度合いを判定することができる。
【００３４】
本実施形態では、このような制御を実現するため、所定のしきい値と算出したＣｍａｘ値を比較して劣化状態を判定するとともに、Ｃｍａｘ値の算出回数に応じてしきい値を変動させて、算出回数に応じた最適なしきい値で劣化判定を行うようにしている。
【００３５】
図４は、Ｃｍａｘ値の算出回数に応じて異なるしきい値を設定する方法を示す模式図である。図４はＣｍａｘの算出回数毎に、Ｃｍａｘ値の平均値の分布を模式的に表したものであり、縦軸はＣｍａｘ値の増減方向を示している。ここでは、算出した複数のＣｍａｘ値から平均値を求め、平均値と所定のしきい値を比較して劣化判定を行う。図４に示すように、Ｃｍａｘの算出回数が少ない「データ数少」の場合、算出値の平均値は、触媒３２が劣化していない（正常）な場合にはＣ１の範囲内で分散し、触媒が劣化している（異常）場合にはＣ２の範囲内で分散する。従って、バラツキを考慮した上で触媒３２が正常であると確実に判断できるのは、算出値の平均値が異常データバラツキ範囲Ｃ２の上限値以上となる場合である。よって、異常データバラツキ範囲Ｃ２の上限値Ｔ１が正常判定のしきい値となる。同様に、バラツキを考慮した上で触媒３２が異常であると確実に判断できるのは、算出値の平均値が正常データバラツキ範囲Ｃ１の下限値よりも小さい場合である。従って、正常データバラツキ範囲Ｃ１の下限値Ｔ２が異常判定のしきい値となる。そして、算出値の平均値がＣ１とＣ２の重複範囲、すなわちＴ２以上Ｔ３未満の場合は、算出値のバラツキを考慮すると正常、異常のいずれの場合も想定できるため、判定を保留にする。
【００３６】
Ｃｍａｘの算出回数が中程度の「データ数中」の場合、算出値の平均値は触媒が正常な場合にはＣ３の範囲内で分散し、触媒が異常な場合にはＣ４の範囲内で分散する。従って、触媒３２が正常であると確実に判断できるのは、算出値の平均値が異常データバラツキ範囲Ｃ４の上限値以上となる場合である。従って、異常データバラツキ範囲Ｃ４の上限値Ｔ３が正常判定のしきい値となる。同様に、触媒３２が異常であると確実に判断できるのは、算出値の平均値が正常データバラツキ範囲Ｃ３の下限値よりも小さい場合である。従って、正常データバラツキ範囲Ｃ３の下限値Ｔ３が異常判定のしきい値となる。そして、算出値の平均値がＣ３とＣ４の重複範囲、すなわちＴ３以上Ｔ４未満の場合は、バラツキを考慮すると正常、異常のいずれの場合も想定できるため、判定を保留にする。
【００３７】
Ｃｍａｘの算出回数が多い「データ数多」の場合、算出値の平均値は触媒が正常な場合にはＣ５の範囲内で分散し、触媒が異常な場合にはＣ６の範囲内で分散する。従って、触媒３２が正常であると確実に判断できるのは、算出値の平均値が異常データバラツキ範囲Ｃ６の上限値以上となる場合である。同様に、触媒３２が異常であると確実に判断できるのは、６回算出した値の平均値が正常データバラツキ範囲Ｃ５の下限値よりも小さい場合である。図４において、正常データバラツキ範囲Ｃ５の下限値と異常データバラツキ範囲Ｃ６の上限値とは等しいため、正常、異常判定のしきい値はともにＴ５で表現される。
【００３８】
このように、本実施形態ではＣｍａｘの算出回数を多くするほどＣｍａｘ値の分散する範囲が狭くなる点に着目し、算出回数に応じて異なるしきい値を設定し、判定保留の範囲を狭くするようにしている。これにより、触媒が正常、異常のいずれかであることが明らかな場合は少ない算出回数で劣化判定を終了させることができる。
【００３９】
また、少ない算出回数で判定が保留となる場合は、算出回数を増加することで算出値の精度を高めることができるため、確実に劣化判定を行うことができる。この際、図４の「データ数多」の場合に示すように、正常データバラツキ範囲と以上データバラツキ範囲が重複しないデータ数までＣｍａｘ値の算出を行うことにより、正常／異常判定のしきい値を１つに設定することができ、最終的に判定が保留となることはない。
【００４０】
図５に基づいて具体的な方法を説明する。図５の例では、Ｃｍａｘ算出回数２回、４回、６回のそれぞれに達した時点で劣化判定を行い、各算出回数毎に異なるしきい値を設定している。また、算出回数２回、および４回の場合には、正常データのバラツキ範囲と異常データのバラツキ範囲が重複するため、正常判定のしきい値と異常判定のしきい値の双方を設定している。そして、算出回数２回の場合には、初期正常判定のしきい値として正常Ｃｍａｘレベルを０．２、異常Ｃｍａｘレベルを０．０３とし、算出回数４回の場合には、中間正常判定のしきい値として正常レベルを０．１５、異常レベルを０．０６としている。算出回数６回の場合には、最終正常判定のしきい値を１つ設定し、正異常判定レベルを０．０８としている。
【００４１】
そして、算出回数２回の場合、２回算出したＣｍａｘの平均値が０．２以上である場合に触媒３２が正常であると判断し、平均値が０．０３よりも小さい場合に触媒３２が異常であると判断する。平均値が０．０３以上であり、かつ０．２よりも小さい場合は触媒劣化の判定を保留にして、引き続きアクティブＡ／Ｆ制御を行ってＣｍａｘを算出する。
【００４２】
算出回数２回のときに判定が保留となった場合は、更に２回のＣｍａｘ算出を行い、合計算出回数が４回の時に再び劣化判定を行う。ここでは、４回算出したＣｍａｘの平均値が０．１５以上である場合に触媒３２が正常であると判断し、平均値が０．０６よりも小さい場合に触媒３２が異常であると判断する。平均値が０．０６以上であり、かつ０．１５よりも小さい場合は触媒劣化の判定を保留にして、引き続きアクティブＡ／Ｆ制御を行ってＣｍａｘを算出する。
【００４３】
算出回数４回のときに判定が保留となった場合は、更に２回のＣｍａｘ算出を行い、合計算出回数が６回の時に再び劣化判定を行う。ここでは、正常判定のしきい値、異常判定のしきい値はともに０．０８であるため、６回算出したＣｍａｘの平均値が０．０８以上である場合に触媒３２が正常であると判断し、平均値が０．０８より小さい場合に触媒３２が異常であると判断する。算出回数が６回のときには、正常データバラツキ範囲と異常データバラツキ範囲は重複しておらず、判定が保留となることはないため、正常、異常のいずれかを判定し、劣化判定は終了する。
【００４４】
なお、図５において、Ｃｍａｘ算出回数が２回で判定保留とならずに正常、または異常と判定されるのは、例えば１５万マイル程度の走行距離まで使用された触媒を劣化判定した場合が該当する。また、Ｃｍａｘの算出回数が４回で判定保留とならずに正常、または異常と判定されるのは、１５万マイル程度の走行距離まで使用され、かつ、イオウ含有率の高い燃料で使用された触媒を劣化判定した場合が該当する。また、Ｃｍａｘの算出回数が６回で正常、または異常と判定されるのは、１５万マイル程度の走行距離まで使用され、かつ、イオウ含有率の高い燃料で使用された触媒を劣化判定した場合であって、更に、アクティブＡ／Ｆ制御の際に、第１の空燃比センサ３５及び第２の空燃比センサ３６の精度が最大に劣化している場合が該当する。このように、劣化の度合いが激しい触媒３２ほどＣｍａｘ値が低下するため、正常データバラツキ範囲と異常データバラツキ範囲が重複し易く、判定が保留となる可能性が高いため、より多くのＣｍａｘ値を算出することで検出精度が確保される。
【００４５】
次に、図６のフローチャートに基づいて、本実施形態にかかる触媒劣化判別装置における処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１では、アクティブＡ／Ｆ制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。実行条件が成立している場合はステップＳ２へ進み、実行条件が成立していない場合は初期に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。ここで、実行条件の成立とは、第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６の起動完了等をいう。
【００４６】
ステップＳ２では、Ｃｍａｘ値を検出する。ここでは、上述のようにＴＲ時間またはＴＬ時間の間に機関シリンダ内に供給された燃料量Ｆ１，Ｆ２からＣｍａｘ値を算出する。
【００４７】
次のステップＳ３では、現段階でのＣｍａｘの算出回数を求め、算出回数が１回、３回または５回の場合はステップＳ２に戻り、再度Ｃｍａｘを算出する。Ｃｍａｘの算出回数が１回、３回または５回ではないときはステップＳ４へ進み、Ｃｍａｘの算出回数が２回であるか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ４でＣｍａｘの算出回数が２回の場合はステップＳ５へ進み、Ｃｍａｘ値と初期正常判定のしきい値（＝０．２）を比較する。ここでＣｍａｘ値が初期正常判定のしきい値以上の場合はステップＳ６へ進み、触媒３２が正常であると判定する。一方、ステップＳ５でＣｍａｘ値が初期正常判定のしきい値よりも小さい場合はステップＳ７へ進み、Ｃｍａｘ値と初期異常判定のしきい値（＝０．０３）を比較する。
【００４９】
ステップＳ７でＣｍａｘ値が初期異常判定のしきい値よりも小さい場合は、ステップＳ８へ進み、触媒３２が異常であると判定する。一方、ステップＳ７でＣｍａｘ値が初期異常判定のしきい値以上の場合は、ステップＳ２へ戻り、再度Ｃｍａｘを算出する。
【００５０】
ステップＳ４でＣｍａｘの算出回数が２回ではない場合はステップＳ９へ進み、Ｃｍａｘの算出回数が４回であるか否かを判定する。ステップＳ９でＣｍａｘの算出回数が４回の場合はステップＳ１０へ進み、Ｃｍａｘ値と中間正常判定のしきい値（＝０．１５）を比較する。ここでＣｍａｘ値が中間判定のしきい値以上の場合はステップＳ１１へ進み、触媒３２が正常であると判定する。一方、ステップＳ１０でＣｍａｘ値が中間正常判定のしきい値よりも小さい場合はステップＳ１２へ進み、Ｃｍａｘ値と中間異常判定のしきい値（＝０．０６）を比較する。
【００５１】
ステップＳ１２でＣｍａｘ値が中間異常判定のしきい値よりも小さい場合は、ステップＳ１３へ進み、触媒３２が異常であると判定する。一方、ステップＳ１２でＣｍａｘ値が中間異常判定のしきい値以上の場合は、ステップＳ２へ戻り、再度Ｃｍａｘを算出する。
【００５２】
ステップＳ９でＣｍａｘの算出回数が４回ではない場合はステップＳ１４へ進み、Ｃｍａｘの算出回数が６回であるか否かを判定する。ステップＳ１４でＣｍａｘの算出回数が６回の場合はステップＳ１５へ進み、Ｃｍａｘ値と最終正常判定のしきい値（＝０．０８）を比較する。ここでＣｍａｘ値が最終正常判定のしきい値以上の場合はステップＳ６へ進み、触媒３２が正常であると判定する。一方、ステップＳ１５でＣｍａｘ値が最終正常判定のしきい値よりも小さい場合はステップＳ１６へ進み、触媒３２が異常であると判定する。
【００５３】
以上説明したように本実施形態によれば、正常データバラツキ範囲と異常データバラツキ範囲が重複している場合は、重複範囲での判定を保留とし、保留とした場合のみ更なるＣｍａｘを算出するようにしたため、Ｃｍａｘの算出回数を最小限に抑えることが可能となる。これにより、アクティブＡ／Ｆ制御を短期間で終了させることができ、触媒の劣化を早期に検出することができるとともに、エミッション、ドライバビリティの劣化を最小限に抑えることができる。また、判定が保留となる場合にはＣｍａｘを更に算出することで、算出値のＳ／Ｎ比を高めることができ、精度の高い判定が可能となる。従って、短期間でのＣｍａｘの算出完了、及びＣｍａｘの検出精度向上の両立を達成することができる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５５】
第１の発明によれば、酸素吸蔵量と酸素吸蔵量の算出回数に基づいて排気浄化触媒の劣化の度合いを判定するようにしたため、算出回数毎に異なる算出値のバラツキを考慮した上で触媒の劣化度合いを判定することが可能となる。
【００５６】
第２の発明によれば、算出回数に応じて異なるように設定されたしきい値と酸素吸蔵量とを比較するようにしたため、算出回数に応じた最適なしきい値で触媒の劣化度合いを判定することが可能となる。
【００５７】
第３の発明によれば、第２の劣化検出モードの判定を保留する酸素吸蔵量の範囲を第１の劣化検出モードに比べて狭く設定したため、触媒の劣化の度合いが明らかな場合は第１の劣化検出モードのみで判定を終了させることができ、更なる酸素吸蔵量の算出が不要となる。また、第１の劣化検出モードで判定が保留となる場合は、酸素吸蔵量の算出回数を増加させて第２の劣化検出モードで判定を行うため、精度の高い判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる触媒劣化判別装置及びその周辺の構造を示す模式図である。
【図２】アクティブＡ／Ｆ制御による最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）の検出方法を示す模式図である。
【図３】触媒に吸着保持される酸素の絶対量ＯＳと触媒の劣化度との関係を示す特性図である。
【図４】最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）の算出回数毎のしきい値の設定方法を示す模式図である。
【図５】本実施形態にかかる触媒劣化判別装置における劣化判定の方法を示す模式図である。
【図６】本実施形態にかかる触媒劣化判別装置における処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３２  触媒
３５  第１の空燃比センサ
３６  第２の空燃比センサ
４０  ＥＣＵ
【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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