(57)【要約】      （修正有）【課題】気筒のグループ毎に独立した排気系を有するエンジンにおいて、それぞれの排気系に設けられた触媒の劣化を診断する。【解決手段】第１の触媒の１３ａの上流及び下流でかつ合流位置よりも上流に空燃比センサ２４ａと２５ａを、第２の触媒１３ｂの上流及び下流でかつ合流位置よりも上流に空燃比センサ２４ｂと２５ｂが設けられる。演算部は、空燃比センサ２４ａ，２５ａの検出値に基づき、第１の触媒１３ａに関する診断値を算出し、第２の２４ｂ，２５ｂの検出値に基づき、第２の触媒に関する診断値を算出する。診断部は、第１の触媒と第２の触媒とを別個の診断対象として、診断値に基づき触媒の劣化を診断する。また、第１の触媒１３ａと第２の触媒１３ｂとを含む触媒群を診断対象として、少なくとも第１の触媒に関する診断値と第２の触媒に関する診断値を用いて算出される第３の診断値に基づき、触媒群としての劣化が診断される。【選択図】  図１
2004245080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒をグループに分割し、当該分割されたグループ毎に独立して設けられた排気系のそれぞれが下流で合流しており、前記排気系のそれぞれが合流する合流位置よりも上流において前記排気系毎に設けられた触媒の劣化を診断する装置において、
第１の排気系において、第１の触媒よりも上流に設けられている第１のフロント空燃比センサと、
前記第１の排気系において、前記第１の触媒よりも下流で、かつ、前記合流位置よりも上流に設けられている第１のリア空燃比センサと、
前記第１の排気系とは別個の第２の排気系において、第２の触媒よりも上流に設けられている第２のフロント空燃比センサと、
前記第２の排気系において、前記第２の触媒よりも下流で、かつ、前記合流位置よりも上流に設けられている第２のリア空燃比センサと、
前記第１のフロント空燃比センサの検出値と、前記第１のリア空燃比センサの検出値とに基づき、前記第１の触媒に関する第１の診断値を算出するとともに、前記第２のフロント空燃比センサの検出値と、前記第２のリア空燃比センサの検出値とに基づき、前記第２の触媒に関する第２の診断値を算出する演算部と、
前記第１の触媒と前記第２の触媒とを別個の診断対象として、当該診断対象となる触媒に関する診断値に基づき、前記診断対象となる触媒が劣化しているか否かを診断するとともに、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを含む触媒群を診断対象として、少なくとも前記第１の診断値と前記第２の診断値とを用いて算出される第３の診断値に基づき、前記触媒群が劣化しているか否か診断する診断部とを有することを特徴とするエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記診断部は、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを別個の診断対象とした診断において、前記第１の触媒および前記第２の触媒が劣化していないと診断した場合に、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを含む触媒群を診断対象とした診断を行うことを特徴とする請求項１に記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記診断部は、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを含む触媒群を診断対象とした診断において、前記触媒群が劣化していないと診断した場合に、前記第１の触媒と前記第２の触媒とを別個の診断対象とした診断を行うことを特徴とする請求項１に記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記第１のフロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第１の積算値を算出し、かつ、前記第１のリア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第２の積算値を算出することにより、前記第１の積算値と前記第２の積算値との比を前記第１の診断値として算出するとともに、前記第２のフロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第３の積算値を算出し、かつ、前記第２のリア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第４の積算値を算出することにより、前記第３の積算値と前記第４の積算値との比を前記第２の診断値として算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたエンジンの触媒劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系に設けられた触媒の劣化を診断する装置に係り、特に、複数の気筒をグループに分割し、分割されたグループ毎に独立して設けられた排気系が下流で合流しており、排気系が合流する合流位置よりも上流において排気系毎に設けられた触媒の劣化を診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、触媒の上流と下流とに空燃比センサを設け、両空燃比センサの出力により空燃比を制御する技術が提案されている。この空燃比制御では、これらの空燃比センサの検出値に基づき、空燃比が所定の値（ストイキ（理論空燃比））に近づくように、エンジンの燃料噴射量が制御される。しかしながら、空燃比制御を正確に行ったとしても、触媒自体の性能劣化に伴い、排気ガス中の有害成分の除去率が経時的に低下していく。そのため、これらの空燃比センサの出力に基づいて触媒の劣化を診断する技術が、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
本出願人によって既に提案された特許文献１では、まず、触媒の上流に設けられた空燃比センサの出力電圧の変化量（絶対値）が所定時間毎に算出され、この変化量が積算される。また、触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力電圧の変化量（絶対値）が所定時間毎に算出され、この変化量が積算される。そして、これらの積算値の比が所定のしきい値と比較され、触媒が劣化しているか否かが診断される。また、特許文献２では、触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素センサを設け、両酸素センサの出力反転周期の比となる出力反転回数比を判定しきい値と比較することにより、触媒が劣化しているか否かを判定する手法が提案されている。さらに、特許文献３では、各バンクからの排気が合流して触媒に導入される内燃機関において、バンク毎に設けられた酸素センサの出力の反転回数、および、触媒下流に設けられた酸素センサの出力の反転回数がそれぞれ計測される。そして、これらの判定回数に基づいて、触媒劣化の判定が行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３１６２７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１２９３５号公報
【特許文献３】
特開平７−７１２３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
とこで、Ｖ型エンジンや水平対向式エンジンでは、その構成上、エンジンの気筒が複数のグループに分割され、グループ毎に独立した排気系が設けられている。このタイプのエンジンでは、排ガス中の有害成分除去をより効果的に行うため、排気系毎に触媒を設け、これらの触媒に関して各々空燃比制御を行うものがある。しかしながら、触媒毎に独立して空燃比制御を行うと、診断対象となる触媒が複数存在するため、従来の手法のままでは診断を有効に行うことができない可能性がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の劣化を診断する新規な手法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の別の目的は、気筒のグループ毎に独立した排気系を有するエンジンにおいて、それぞれの排気系に設けられた触媒の劣化を診断することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、複数の気筒をグループに分割し、分割されたグループ毎に独立して設けられた排気系のそれぞれが下流で合流しており、排気系のそれぞれが合流する合流位置よりも上流において排気系毎に設けられた触媒の劣化を診断するエンジンの触媒劣化診断装置を提供する。この装置は、第１のフロント空燃比センサ、第１のリア空燃比センサ、第２のフロント空燃比センサ、第２のリア空燃比センサ、演算部および診断部を有する。第１のフロント空燃比センサは、第１の排気系において、第１の触媒よりも上流に設けられている。第２のリア空燃比センサは、第１の排気系において、第１の触媒よりも下流で、かつ、合流位置よりも上流に設けられている。第２のフロント空燃比センサは、第１の排気系とは別個の第２の排気系において、第２の触媒よりも上流に設けられている。第２のリア空燃比センサは、第２の排気系において、第２の触媒よりも下流で、かつ、合流位置よりも上流に設けられている。演算部は、第１のフロント空燃比センサの検出値と、第１のリア空燃比センサの検出値とに基づき、第１の触媒に関する第１の診断値を算出するとともに、第２のフロント空燃比センサの検出値と、第２のリア空燃比センサの検出値とに基づき、第２の触媒に関する第２の診断値を算出する。診断部は、第１の触媒と第２の触媒とを別個の診断対象として、この診断対象となる触媒に関する診断値に基づき、診断対象となる触媒が劣化しているか否かを診断する。それとともに、第１の触媒と第２の触媒とを含む触媒群を診断対象として、少なくとも第１の診断値と第２の診断値とを用いて算出される第３の診断値に基づき、触媒群が劣化しているか否が診断される。
【０００９】
ここで、第１の発明において、診断部は、第１の触媒と第２の触媒とを別個の診断対象とした診断において、第１の触媒および第２の触媒が劣化していないと診断した場合に、第１の触媒と第２の触媒とを含む触媒群を診断対象とした診断を行うことが好ましい。あるいは、診断部は、第１の触媒と第２の触媒とを含む触媒群を診断対象とした診断において、この触媒群が劣化していないと診断した場合に、第１の触媒と第２の触媒とを別個の診断対象とした診断を行ってもよい。
【００１０】
また、第１の発明において、演算部は、第１のフロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第１の積算値を算出し、かつ、第１のリア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第２の積算値を算出することにより、第１の積算値と第２の積算値との比を上記第１の診断値として算出することが好ましい。それとともに、第２のフロント空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第３の積算値を算出し、かつ、第２のリア空燃比センサの検出値の変化量を所定時間毎に積算した第４の積算値を算出することにより、第３の積算値と第４の積算値との比を第２の診断値として算出することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の一例である四気筒の水平対向式エンジンの全体構成図である。同図には明記されていないが、このエンジン１の気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１，＃３は左バンクに配置され、気筒＃２，＃４は右バンクに配置されている。エンジン１の各吸気ポートには吸気バルブ２が設けられている。これらの吸気ポートのうち、左バンク側（気筒＃１，＃３）の吸気ポートはインテークマニホールド３ａに連通し、右バンク側（気筒＃２，＃４）の吸気ポートは左バンク側のそれとは独立したインテークマニホールド３ｂに連通している。一方、エンジン１の各排気ポートには排気バルブ４が設けられている。これらの排気ポートのうち、左バンク側の排気ポートはエキゾーストマニホールド５ａに連通し、右バンク側の排気ポートは左バンク側のそれとは独立したエキゾーストマニホールド５ｂに連通している。また、シリンダヘッドにおいて各気筒＃１〜＃４の燃焼室の中央には、混合気を着火する点火プラグ６が設けられている。そして、各燃焼室における吸気バルブ２の近傍には、燃焼室内に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ７が設けられている。
【００１２】
吸気通路に設けられたエアクリーナ８は、インテークマニホールド３ａ，３ｂに連通したエアチャンバ９に接続されている。エアクリーナ８とエアチャンバ９との間には、吸入空気量を調整する電動スロットルバルブ１０が介装されている。このスロットルバルブ１０は、電動モータ１１によって動作し、アクセルペダル（図示せず）と機械的にリンクした構造とはなっていない。スロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）は、マイクロコンピュータを中心として構成される制御装置１２（以下、「ＥＣＵ」という）からの出力信号によって設定される。
【００１３】
左バンク側の排気系であるエキゾーストマニホールド５ａは、メイン触媒１３ａに連通している。一方、右バンク側の排気系であるエキゾーストマニホールド５ｂは、左バンク側のそれとは別個のメイン触媒１３ｂに連通している。これらのメイン触媒１３ａ，１３ｂの下流側の排気通路は合流しており、その合流位置よりも下流にはサブ触媒１４が設けられている。そして、それぞれ独立した排気系から排出される排気ガスは、一方のメイン触媒１３ａ（または１３ｂ）とサブ触媒１４とにおいて浄化され、マフラーを経て排出される。
【００１４】
ＥＣＵ１２は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等に関する演算を行う。そして、ＥＣＵ１２は、この演算によって算出された制御量（制御信号）を各種アクチュエータに対して出力する。ＥＣＵ１２には、エンジン１等の運転状態を検出するために、センサ２０〜２５を含む各種センサからのセンサ信号が入力されている。吸入空気量センサ２０は、エアクリーナ８の直下流に設けられており、吸入空気量Ｑを検出するホットワイヤ式またはホットフィルム式のセンサである。スロットル開度センサ２１はスロットル開度θｔを検出し、車速センサ２２は車速ｖを検出する。エンジン回転数センサ２３は、エンジン回転数Ｎｅを検出するセンサであり、例えば、エンジン１のクランクシャフトと一体的に回転するクランクロータの外周近傍に配置されたクランク角センサを用いることができる。空燃比センサ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは、排ガス中の酸素濃度を検出するセンサであり、個々のメイン触媒１３ａ，１３ｂにおける直上流と直下流とにそれぞれ設けられている。具体的には、左バンク側のメイン触媒１３ａの直上流にはフロント空燃比センサ２４ａ（以下、「ＦＡ／Ｆセンサ」という）が設けられており、この触媒１３ａの直下流で、かつ、排気通路の合流位置よりも上流にはリア空燃比センサ２５ａ（以下、「ＲＡ／Ｆセンサ」という）が設けられている。一方、右バンク側のメイン触媒１３ｂの直上流にはＦＡ／Ｆセンサ２４ｂが設けられており、この触媒１３ｂの直下流で、かつ、排気通路の合流位置よりも上流にはＲＡ／Ｆセンサ２５ｂが設けられている。なお、これらのＡ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂとしては、空燃比センサを用いることに限定されず、周知の酸素センサを用いることもできる。ただし、空燃比制御の観点から、広範囲の酸素濃度を検出する空燃比センサ（例えば、リニアＯ２センサ）を用いることが好ましい。
【００１５】
図２は、ＥＣＵ１２の機能的なブロック構成図である。上記構造を有するエンジン１において、触媒の劣化を診断する場合、ＥＣＵ１２は、これを機能的に捉えると、判断部１５と、演算部１６と、診断部１７とを有する。判断部１５は、エンジン１の運転状態に基づいて診断条件が成立するか否かを判断する。この判断部１５によって診断条件が成立したと判断されると、演算部１６は、排気系毎に、触媒に関する診断値、すなわち、触媒の劣化の程度を示す値を算出する。具体的には、左バンク側の排気系に設けられたＡ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａの出力電圧（すなわち、検出値）ＦＶａ，ＲＶａに基づき、左バンク側のメイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡａが算出される。また、右バンク側の排気系に設けられたＡ／Ｆセンサ２４ｂ，２５ｂの検出値ＦＶｂ，ＲＶｂに基づき、右バンク側のメイン触媒１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡｂが算出される。これらの診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂは、後段の診断部１７に対して出力される。この診断部１７は、メイン触媒１３ａとメイン触媒１３ｂを別個の診断対象として、第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１と、診断対象となるメイン触媒に関する診断値（診断値ＶＤＩＡａ、或いは診断値ＶＤＩＡｂ）とを比較する。これにより、診断値ＶＤＩＡａまたは診断値ＶＤＩＡａに基づき、メイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化しているか否かが個別に診断される。また、診断部１７は、各排気系に設けられたメイン触媒１３ａ，１３ｂを含む触媒群を診断対象として、一方の触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡａと、他方の触媒に関する診断値ＶＤＩＡｂとを用いて、上記触媒群の劣化の度合いを示す診断値（本実施形態では、これらの診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂの和）を算出し、算出された診断値と第２の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ２とを比較する。これにより、診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂの和に基づき、両メイン触媒１３ａ，１３ｂを含む触媒群、すなわち、排気系全体として捉えた場合にメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化しているか否かが診断される。なお、本実施形態では、劣化の進行度合いが最も大きい排気系の上流に位置するメイン触媒１３ａ，１３ｂのみを診断対象とし、各バンクの排気系が合流した後に設けられているサブ触媒１４を診断対象から除外している。
【００１６】
つぎに、本実施形態における触媒劣化診断の概略について説明する。図３は、Ａ／Ｆセンサの出力電圧の一例を示す波形図である。ここでは、左バンク側を例に説明するが、右バンク側についても同様であるので、右バンク側については説明を省略する。同図に示すように、メイン触媒１３ａの上流に設けられるＦＡ／Ｆセンサ２４ａの出力電圧（すなわち、検出値）ＦＶａ、または、この触媒１３ａの下流に設けられるＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶａには、リーン（検出値ＦＶａ（またはＲＶａ）がスライスレベルよりも小さい状態）からリッチ（検出値ＦＶａ（またはＲＶａ）がスライスレベルよりも大きい状態）への上昇変化と、リッチからリーンへの下降変化とがある。これらのセンサ２４ａ，２５ａのうち、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値ＦＶａは、エンジン１の排気ガス中の酸素濃度に応じて変動する（同図（ａ））。一方、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶａは、触媒１３ａの酸素（Ｏ２）ストレージ効果により排気ガス中の酸素濃度が低下するため、基本的に、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａのリッチからリーンへの反転周期よりも、その反転周期が長くなる傾向がある（同図（ｂ））。ところが、触媒１３ａの劣化が経時的に進行すると、Ｏ２ストレージ効果も低下するため、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶａは、位相遅れがあるもののＦＡ／Ｆセンサ２４ａの出力波形に近似していく。すなわち、触媒１３ａが劣化した場合、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａのリッチからリーンへの反転周期は、触媒１３ａが新品の状態に比べて短くなる（同図（ｃ））。
【００１７】
図４は、Ａ／Ｆセンサの検出値の一例を示す波形図である。ＦＡ／Ｆセンサ２４ａに関して、所定時間毎（例えば、５０ｍｓｅｃ毎）に、前回（すなわち、５０ｍｓｅｃ前）の検出値ＦＶａｎ−１と、現在の検出値ＦＶａｎとの変化量ＦＤＶａ（絶対値）が算出され、算出された値が積算される。また、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａに関して、前回の検出値ＲＶａｎ−１と、現在の検出値ＲＶａｎとの変化量ＲＤＶ（絶対値）が算出され、算出された値が積算される。そして、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの変化量ＦＤＶａの積算値に対するＲＡ／Ｆセンサ２５ａの変化量ＲＤＶａの積算値の比（ＲＡ／Ｆセンサの積算値／ＦＡ／Ｆセンサの積算値）が算出される。このとき、メイン触媒１３ａの劣化にともない（例えば、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶａが図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態になるに従い）、この積算値の比が大きくなっていく。したがって、この積算値の比をメイン触媒１３ａの劣化の程度を示す値として考えることで、この触媒１３ａの劣化を捉えることが可能となる。
【００１８】
このような概念をふまえた上で、以下、本実施形態にかかる触媒劣化診断のシステム処理について説明する。図５は、本実施形態にかかる触媒劣化診断処理のフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮされることによりＥＣＵ１２に電源が投入され、システムがイニシャライズ（バックアップＲＡＭに格納されたトラブルデータおよびフラグＦａ１，Ｆａ２を除く、各フラグ、カウンタ等の初期化）された後、所定間隔（例えば、５０ｍｓｅｃ）毎に呼び出され、ＥＣＵ１２によって実行される。本実施形態では、エンジン１が始動してからイグニッションスイッチがＯＦＦされることによりエンジン１が停止するまでの間、すなわち、１運転サイクルにおいて、触媒異常という診断結果が１回得られた時点で、この運転サイクルにおける診断が終了する。そして、例えば、２運転サイクル連続して、触媒異常という診断結果が得られた場合に、触媒が劣化していると確定される。
【００１９】
まず、ステップ１において、診断終了フラグＦｅｎｄが「１」であるか否かが判定される。診断終了フラグＦｅｎｄは初期的には「０」に設定されており、「１」は、１運転サイクル中において、メイン触媒１３ａ，１３ｂが既に触媒異常と判定されていることを意味する。そのため、あるタイミングで診断終了フラグＦｅｎｄが「０」から「１」に一旦変更されると、それ以降は運転サイクルが継続する限り、ステップ１の肯定判定に従い、ステップ４の劣化診断がスキップすることになる。一方、ステップ１で否定判定された場合、すなわち、１運転サイクルにおいて未だ触媒異常と判定されていない場合には、ステップ２に進む。
【００２０】
ステップ２において、判断部１５は、入力された各センサ類の検出値に基づき、劣化診断を行うのに適した運転状態を規定する診断許可条件が成立するか否かを判断する。この診断許可条件としては、運転状態を検出する各センサ類の検出値が正常であるか、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａ，２４ｂおよびＲＡ／Ｆセンサ２５ａ，２５ｂが活性状態（安定状態）であるかといったことが挙げられる。また、この診断許可条件としては、さらに、空燃比制御中であるか、基本燃料噴射量を定める基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／ＮＥ；Ｋはインジェクタ特性補正定数、Ｑは吸入空気量）、スロットル開度θｔおよび車速ｖ等が予め設定された範囲内にあるかといったことが挙げられる。このような診断許可条件を設ける理由は、劣化診断の誤判定を防止するためである。例えば、センサ類の検出値が異常であるにも拘わらず、劣化診断を実行してしまうと、不適切な運転状態でそれが実行されてしまうケースが生じるため、誤判定が生じ得る。また、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａ，２４ｂ、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａ，２５ｂが非活性であるにも拘わらず、劣化診断を実行してしまうと、これらのセンサ２４ａ〜２５ｂから正確な検出値が得られないため、誤診断が生じ得る。また、空燃比制御外、すなわち、空燃比オープンループ制御時に劣化診断を実行してしまうと、空燃比がストイキ外のリッチまたはリーンに制御されているケースで誤判定が生じ得る。さらに、エンジン運転状態が高負荷高回転領域にある場合に劣化診断を実行してしまうと、空燃比がリッチ制御されているため、誤判定が生じ得る。そこで、これらのケースでの診断実行を回避すべく、ステップ４の劣化診断に先立ち、ステップ２の判断が設けられている。ステップ２において肯定判定された場合（診断許可条件の成立時）、続くステップ３に進む。一方、このステップ２において否定判定された場合（診断許可条件の非成立時）、ステップ３，４をスキップしてステップ５へ進む。この場合は、後述するように、カウンタＣＴ、各積算値ＦＡＤＶａ，ＲＡＤＶａ，ＦＡＤＶｂ，ＲＡＤＶｂ、初回判別フラグＦｉｎｉをすべて「０」にリセットした上で（ステップ５〜８）、本ルーチンを抜ける。
【００２１】
つぎに、ステップ３において、判断部１５は、入力された各種センサの検出値に基づき、診断中止条件が成立するか否かを判断する。この診断中止条件としては、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐの変化量、或いはスロットル開度θｔの変化量が予め定められた設定値を越えていないかといったことが挙げられる。これらの診断中止条件により、エンジン過渡運転時や、診断中の失火が判断される。加減速等のエンジン過渡運転時には、空燃比がリッチシフト或いはリーンシフトしており、メイン触媒１３ａ，１３ｂの診断を正常に行うことができない。また、失火時には、オーバリーンによってＡ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂの検出値が異常値を示すため、メイン触媒１３ａ，１３ｂの診断を正常に行うことができない。そこで、これらのケースでの診断実行を回避すべく、ステップ４の劣化診断に先立ち、ステップ３の判断が設けられている。ステップ３において否定判定された場合（診断中止条件の非成立時）、続くステップ４に進む。一方、このステップ３において肯定判定された場合（診断中止条件の成立時）、ステップ４をスキップしてステップ５に進む。
【００２２】
図６および図７は、ステップ４に関する詳細な手順を示すフローチャートである。まず、図６に示すステップ４０において、演算部１６は、メイン触媒１３ａの診断用センサである、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値ＦＶａｎ（フロント酸素濃度）と、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの検出値ＲＶａｎ（リア酸素濃度）とを読み込む。それとともに、演算部１６は、メイン触媒１３ｂの診断用センサである、ＦＡ／Ｆセンサ２４ｂの検出値ＦＶｂｎと、ＲＡ／Ｆセンサ２５ｂの検出値ＲＶｂｎを読み込む。４つのセンサ２４ａ〜２５ｂの検出値の読み込みが終了すると、ステップ４１において、診断時間を示すカウンタＣＴの値がインクリメントされる。
【００２３】
ステップ４２において、初回判別フラグＦｉｎｉが「１」であるか否かが判定される。この初回判別フラグＦｉｎｉは、センサ２４ａ〜２５ｂからの時系列的な読み込みにおいて、今回の読み込みが初回であるか否かを判別するフラグであり、以下の３つのケースにおいて「０」に設定される。
（ケース１）本ルーチンの初回実行時
（ケース２）ステップ２で否定判定された直後のルーチンの実行時
（ケース３）ステップ３で肯定判定された直後のルーチンの実行時
【００２４】
これらのケースでは、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂの検出値に関して、前回の値が存在しないので、ステップ４４，４６における演算を行うことができない。そこで、初回判別フラグＦｉｎｉが「０」の場合には、今回のサイクルにおける以降の処理をスキップして次回（すなわち、５０ｍｓｅｃ後）の処理に備えるべく、ステップ４３に進む。そして、ステップ４３において初回判別フラグＦｉｎｉが「１」にセットされた後、本ルーチンを抜ける。一方、このステップ４２で肯定判定された場合、すなわち、前回の処理において各Ａ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂの検出値が読み込まれている場合には、ステップ４４に進む。
【００２５】
ステップ４４において、演算部１６は、左バンク側のＦＡ／Ｆセンサ２４ａの検出値の変化量ＦＤＶａとして、今回読み込まれた検出値ＦＶａｎと、前回読み込まれた検出値ＦＶａｎ−１との差の絶対値を算出する。同様に、演算部１６は、左バンク側のＲＡ／Ｆセンサ２５ａについて、今回読み込まれた検出値ＲＶａｎと、前回読み込まれた検出値ＲＶａｎ−１とに基づき、変化量ＲＤＶａを算出する。
【００２６】
そして、ステップ４５において、ＦＡ／Ｆセンサ２４ａに関する変化量ＦＤＶａの積算値ＦＡＤＶａ（初期値「０」）に、ステップ４４で算出された変化量ＦＤＶａを加算することにより、積算値ＦＡＤＶａが更新される。同様に、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａに関する変化量ＲＤＶａの積算値ＲＡＤＶａ（初期値「０」）に、ステップ４４で算出された変化量ＲＤＶａを加算することにより、積算値ＲＡＤＶａが更新される。
【００２７】
つぎに、ステップ４６では、ステップ４４に示す処理と同様に、右バンク側のＦＡ／Ｆセンサ２４ｂの検出値の変化量ＦＤＶｂが算出されるととともに、右バンク側のＲＡ／Ｆセンサ２５ｂの検出値の変化量ＲＤＶｂが算出される。そして、ステップ４７において、これらの算出された変化量ＦＤＶｂ，ＲＤＶｂを用いて、各Ａ／Ｆセンサ２４ｂ，２５ｂの変化量ＦＤＶｂ，ＲＤＶｂの積算値ＦＡＤＶｂ、ＲＡＤＶｂが更新される。
【００２８】
図７に示すステップ４８において、カウンタＣＴの値が所定の判定カウント値ＣＴｔｈに到達したか否か判断される。メイン触媒１３ａ，１３ｂの劣化状態がＲＡ／Ｆセンサ２５ａ，２５ｂ側の積算値ＲＡＤＶａ，ＲＡＤＶｂに反映されるにはある程度の時間が必要とされる。そのため、この判定カウント値ＣＴｔｈは、メイン触媒１３ａ，１３ｂの劣化状態が積算値ＲＡＤＶａ，ＲＡＤＶｂに十分反映されるような時間として設定されており、この時間は実験やシミュレーション等を通じて決定される。カウンタＣＴの値が判定カウント値ＣＴｔｈに到達するまでは（ＣＴ＜ＣＴｔｈ）、ステップ４８の肯定判定より、ステップ４９以降に進むことなく本ルーチンを抜ける。そして、これが判定カウント値ＣＴｔｈに到達すると（ＣＴ＝ＣＴｔｈ）、ステップ４８の判定結果が肯定から否定へと切り替わるため、続くステップ４９に進む。
【００２９】
ステップ４９では、左バンク側のメイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡａが、ステップ４５において算出された積算値ＦＡＤＶａと積算値ＲＡＤＶａとの比（ＲＡＤＶａ／ＦＡＤＶａ）として算出される。また、右バンク側のメイン触媒１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡｂが、ステップ４７において算出された積算値ＦＡＤＶｂと積算値ＲＡＤＶｂとの比（ＲＡＤＶｂ／ＦＡＤＶｂ）として算出される。
【００３０】
つぎに、ステップ５０において、診断部１７は、左バンク側のメイン触媒１３ａに関する診断値ＶＤＩＡａと、第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１とを比較する。この第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１は、触媒単体を診断対象とした場合に、この触媒が劣化したとみなし得る診断値ＶＤＩＡａの最大値として、実験やシミュレーション等を通じて決定されている。そのため、ＶＤＩＡａ≧ＶＤＩＡｔｈ１の場合には、メイン触媒１３ａが劣化していると判断し、ステップ５０からステップ５３に進む。一方、ＶＤＩＡａ＜ＶＤＩＡｔｈ１の場合には、このメイン触媒１３ａが劣化していないと判断し、ステップ５０からステップ５１に進む。
【００３１】
ステップ５１において、右バンク側のメイン触媒１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡｂと、第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１とが比較される。そして、ＶＤＩＡｂ≧ＶＤＩＡｔｈ１の場合には、メイン触媒１３ｂが劣化していると判断し、ステップ５１からステップ５３に進む。一方、ＶＤＩＡｂ＜ＶＤＩＡｔｈ１の場合には、メイン触媒１３ｂが劣化していないと判断し、ステップ５１からステップ５２に進む。なお、この第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１は、ステップ５０のそれと同様の値を用いているが、メイン触媒１３ａ，１３ｂの特性に応じて、この診断しきい値を排気系毎に相違させてもよい。
【００３２】
ステップ５２において、診断部１７は、左右バンクのメイン触媒１３ａ，１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂの総和と、第２の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ２とを比較する。この第２の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ２は、各メイン触媒１３ａ，１３ｂを含む触媒群が劣化したとみなし得るような診断値の最大値として決定されている。診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ２としては、例えば、ステップ５０，５１で用いられる第１の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１の和を用いることができるが、この値よりも小さい値を用いてもよいし、逆に大きな値を用いてもよい。そして、（ＶＤＩＡａ＋ＶＤＩＡｂ）≧ＶＤＩＡｔｈ２の場合には、触媒群が劣化している、すなわち、排気系全体として捉えた場合にメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化していると判断し、ステップ５２よりステップ５３に進む。一方、（ＶＤＩＡａ＋ＶＤＩＡｂ）＜ＶＤＩＡｔｈ２の場合には、触媒群が劣化していない、すなわち、排気系全体として捉えてもメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化していないと判断し、ステップ５２よりステップ５４に進む。
【００３３】
ステップ５０〜５２のいずれかで肯定判定された場合には、メイン触媒１３ａ，１３ｂのいずれか、或いは、排気系の全体でメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化した状態であると診断される（触媒異常）。この場合、ステップ５３において診断終了フラグＦｅｎｄを「１」にセットした上で、図５のステップ５に進む。また、この場合、診断部１７は、診断値ＶＤＩＡａ（或いは、ＶＤＩＡｂ，ＶＤＩＡａ＋ＶＤＩＡｂ）を含む各種の値をトラブルデータとして、ＥＣＵ１２のバックアップＲＡＭなどに格納する。そして、例えば、触媒異常と診断した初回の運転サイクル時には、ＥＣＵ１２のバックアップＲＡＭの所定のアドレスに、第１回目の触媒異常を示すフラグＦａ１を「１」にセットする。また、以前の運転サイクルで既に触媒劣化の診断がなされている場合（すなわち、フラグＦａ１が既に「１」にセットされている場合）には、ＥＣＵ１２のバックアップＲＡＭの所定のアドレスに第２回目の触媒異常を示すフラグＦａ２を「１」にセットするとともに、ＭＩＬランプ１８を点灯或いは点滅させるなどの警報処理を行う。
【００３４】
これに対して、ステップ５０〜５２のすべてにおいて否定判定された場合には、メイン触媒１３ａ，１３ｂのいずれも、また、排気系の全体でメイン触媒１３ａ、１３ｂは劣化しておらず正常な状態であると診断される（触媒正常）。この場合、ステップ５４において診断終了フラグＦｅｎｄを「０」にセットした上で（結果的に「０」のままである）、図５のステップ５に進む。このとき、上述した第１回目の触媒異常を示すフラグＦａ１、または、第２の回目の触媒異常を示すフラグＦａ２がともに「１」セットされている場合、触媒正常の診断にともない、これらのフラグＦａ１，Ｆａ２をともに「０」にリセットする。
【００３５】
そして、図５のステップ５〜８を経て、カウンタＣＴ、左バンク側のＡ／Ｆセンサ２４ａ，２５ａに関する積算値ＦＡＤＶａ，ＲＡＤＶａ、および右バンク側のＡ／Ｆセンサ２４ｂ，２５ｂに関する積算値ＦＡＤＶｂ，ＦＡＤＶｂが「０」にリセットされる。また、初回判別フラグＦｉｎｉが「０」にリセットされ、本ルーチンを抜ける。
【００３６】
このような触媒の劣化診断処理では、診断結果が触媒正常である限り、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」であり続けるので、ステップ２以降の劣化診断に関する一連の手順が繰り返される。一方、１運転サイクルにおいて診断結果が触媒異常となった場合、診断終了フラグＦｅｎｄが「０」から「１」に切り替わる。そのため、それ以降は、ステップ２以降の手順をスキップして、本ルーチンを抜ける。これにより、１運転サイクルにおいて、触媒異常との診断結果が１回得られたら、それ以降の劣化診断は行われない。そして、例えば、２運転サイクルで連続して触媒異常と診断をされた場合には、ＭＩＬランプ１８の点灯或いは点滅により、運転者に対して触媒が劣化していることが通知される。また、ディーラ等のサービス工場でのトラブルシューティングにおいて、図示しない外部装置をＥＣＵ１２に接続することで、上記フラグＦａ１，Ｆａ２に対応するトラブルデータを読出し、触媒の劣化を判断することができる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、各ＦＡ／Ｆセンサ２４ａ，２４ｂに関する検出値の変化量の積算値ＦＡＤＶａ，ＦＡＤＶｂと、各ＲＡ／Ｆセンサ２５ａ，２５ｂに関する検出値の変化量の積算値ＲＡＤＶａ，ＲＡＤＶａとが算出される。そして、これらの積算値の比が、メイン触媒１３ａ，１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂとして算出される。そのため、これらの診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂを所定の診断しきい値ＶＤＩＡｔｈ１とそれぞれ比較することにより、左バンク側のメイン触媒１３ａが劣化しているか否か、また、右バンク側のメイン触媒１３ｂが劣化しているか否かを個別に診断することができる。これにより、個々の劣化度合いが異なる場合であっても、それぞれの診断を誤ることなく、有効に正常・異常の判断を行うことができる。
【００３８】
また、さらに、両メイン触媒１３ａ，１３ｂを含む触媒群を診断対象として、この触媒群が劣化しているか否かが診断される。これにより、個別のメイン触媒１３ａ（或いは、メイン触媒１３ｂ）に異常が認められないような状態であっても、触媒群に劣化が認められるような状況、すなわち、両バンクの排気系全体としてメイン触媒１３ａ，１３ｂに劣化が認められるような状況を有効に診断することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、左バンク側のＦＡ／Ｆセンサ２４ａの積算値ＦＡＤＶａに対するＲＡ／Ｆセンサ２５ａの積算値ＲＡＤＶａの比（ＲＡＤＶａ／ＦＡＤＶａ）として診断値ＶＤＩＡａを算出している。しかしながら、診断値ＶＤＩＡａは、ＲＡ／Ｆセンサ２５ａの積算値ＲＡＤＶａに対するＦＡ／Ｆセンサ２４ａの積算値ＦＡＤＶａの比（ＦＡＤＶａ／ＲＡＤＶａ）として算出してもよい。この場合には、第１の判定しきい値ＶＤＩＡｔｈは（１／ＶＤＩＡｔｈ１）として設定されることとなり、（ＦＡＤＶａ／ＲＡＤＶａ）≦（１／ＶＤＩＡｔｈ）のとき、メイン触媒１３ａが劣化していると診断することができる。当然、右バンク側の診断値ＶＤＩＡｂに関しても同様であり、これらの診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂに基づいて算出される排気系の全体におけるメイン触媒１３ａ，１３ｂに関する診断値についても同様である。
【００４０】
また、本実施形態では、それぞれのＡ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂに関する積算値に基づいて、メイン触媒１３ａ，１３ｂに関する診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂを算出している。しかしながら、各排気系に設けられたＦＡ／Ｆセンサ２４ａ，２４ｂとＲＡ／Ｆセンサ２５ａ，２５ｂとの検出値ＦＶａ，ＦＶｂ，ＲＶａ，ＲＶｂに基づいて診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂを算出するのであれば、上記以外の手法を用いて診断値を算出してもよい。例えば、各Ａ／Ｆセンサ２４ａ〜２５ｂに関する検出値を、検出値の極大値と極小値との差に基づいて補正し、この補正された検出値に基づき、診断値ＶＤＩＡａ，ＶＤＩＡｂを算出するといった如くである。また、排気ガスがＦＡ／Ｆセンサ２４ａを通過してからＲＡ／Ｆセンサ２５ａに到達するまでの遅延時間による時間差で同一の排気ガスに対するＦＡ／Ｆセンサ２４ａとＲＡ／Ｆセンサ２５ａとの出力差を算出し、この出力差の絶対値を積算した値を診断値として用いてもよい。なお、これらの詳しい手法については、本出願人が既に提案した特開平１０−３３１６２７号公報、または、特開２００１−２７１６３９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００４１】
また、本実施形態では、まず、メイン触媒１３ａ，１３ｂを個別の診断対象とし、メイン触媒１３ａ，１３ｂのいずれもが劣化していないと診断した場合に、メイン触媒１３ａ，１３ｂのすべてを診断対象として診断を行っている。しかしながら、まず、メイン触媒１３ａ，１３ｂのすべてを診断対象として、排気系の全体でメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化しているか否かを診断してもよい。そして、排気系の全体でメイン触媒１３ａ，１３ｂが劣化していないと診断した場合に、メイン触媒１３ａ，１３ｂを個別の診断対象とした診断を行ってもよい。このような手法であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、水平対向式エンジンを例に説明した。しかしながら、本発明は、Ｖ型エンジン等を含めて、分割された気筒グループ毎に排気系が独立した構造を有するエンジンに広く適用することが可能である。また、排気系を３系統以上有するエンジンであっても、本発明を適用することができる。例えば、３系統以上の各排気系に設けられた触媒に対して個別に診断を行うとともに、これらの触媒を含む触媒群に対して診断を行うといった如くである。また、このような３系統以上の排気系を有するエンジンでは、例えば、これらの排気系のなかから任意に２つの排気系を選択し、これらの２つの排気系に設けられた触媒のペアに対して本発明を適用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
このように、本発明では、分割された気筒グループ毎に排気系が独立した構造を有し、ある排気系に設けられた触媒の上流と下流に配置された空燃比センサの検出値に基づいて診断値が算出される。これとともに、このある触媒とは異なる排気系に設けられた触媒の上流と下流に配置された空燃比センサの検出値に基づいて別個の診断値が算出される。そのため、これらの診断値を所定の診断しきい値とそれぞれ比較することにより、各触媒が劣化しているか否かを個別に診断することができる。これにより、個々の劣化度合いが異なる場合であっても、それぞれの診断を誤ることなく、有効に正常・異常の判断を行うことができる。また、これらの触媒を含む触媒群を診断対象として、この触媒群が劣化しているか否かが診断される。これにより、個別の触媒に異常が認められないような状態であっても、触媒群に劣化が認められるような状況を有効に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例である四気筒の水平対向式エンジンの全体構成図
【図２】ＥＣＵの機能的なブロック構成図
【図３】Ａ／Ｆセンサの出力電圧の一例を示す波形図
【図４】Ａ／Ｆセンサの検出値の一例を示す波形図
【図５】本実施形態にかかる触媒劣化診断処理のフローチャート
【図６】ステップ４に関する詳細な手順を示すフローチャート
【図７】ステップ４に関する詳細な手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１          エンジン
２          吸気バルブ
３ａ          インテークマニホールド
３ｂ          インテークマニホールド
４          排気バルブ
５ａ          エキゾーストマニホールド
５ｂ          エキゾーストマニホールド
６          点火プラグ
７          インジェクタ
８          エアクリーナ
９          エアチャンバ
１０          スロットルバルブ
１１          電動モータ
１２          制御装置（ＥＣＵ）
１３ａ          メイン触媒
１３ｂ          メイン触媒
１４          サブ触媒
１５          判断部
１６          演算部
１７          診断部
１８          ＭＩＬランプ
２０          吸入空気量センサ
２１          スロットル開度センサ
２２          車速センサ
２３          エンジン回転数センサ
２４ａ          フロント空燃比センサ（ＦＡ／Ｆセンサ）
２４ｂ          フロント空燃比センサ（ＦＡ／Ｆセンサ）
２５ａ          リア空燃比センサ（ＲＡ／Ｆセンサ）
２５ｂ          リア空燃比センサ（ＲＡ／Ｆセンサ）
【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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