(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒と、機関冷機時に、機関回転数を増加する回転数増加制御と点火時期を遅角する点火時期遅角制御とを用いて触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムと、
上記機関冷機時に上記排気浄化システムを診断する制御部と、を有する内燃機関の診断装置において、
上記制御部が、
機関回転数に基づいて、上記回転数増加制御による機関回転数の増加に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、機関回転数が増加するほど大きな値とされる回転数補正係数を算出し、
点火時期に基づいて、上記点火時期遅角制御による点火時期の遅角に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、点火時期が遅角するほど大きな値とされる点火時期補正係数を算出し、
これら回転数補正係数及び点火時期補正係数と、燃料噴射量と、に基づいて、上記触媒昇温促進の間中に触媒へ供給された排気ガスの総熱量に相当する排気供給総熱量を算出し、
触媒に残存する上記特定成分の割合に相当する触媒残存率を、上記排気供給総熱量と、触媒が活性化するのに必要な熱量とに基づいて算出し、
上記触媒残存率と、触媒に供給される上記特定成分の供給量とに基づいて、上記特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒排出量を推定し、
上記触媒残存率が所定の触媒残存率となったとき、上記触媒排出量を所定の触媒排出量と比較して、排気浄化システムの正常・異常を判定し、
上記回転数補正係数に基づいて、回転数増加制御の正常レベルを算出し、
上記点火時期補正係数に基づいて、点火時期遅角制御の正常レベルを算出し、
この回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルとに基づいて、上記回転数増加制御と点火時期遅角制御の異常を判定する、
ことを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項２】
上記制御部は、内燃機関の一単位の燃焼毎に、上記回転数補正係数及び点火時期補正係数に基づいて、触媒下流側へ排出される特定成分の排出量に相当する単位触媒排出量を逐次算出し、この単位触媒排出量を積算して触媒排出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項３】
上記制御部は、
内燃機関の一単位の燃焼毎に、回転数補正係数の平均値を算出するとともに、この平均値に基づいて回転数増加制御の正常レベルを算出し、
内燃機関の一単位の燃焼毎に、点火時期補正係数の平均値を算出するとともに、この平均値に基づいて点火時期遅角制御の正常レベルを算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項４】
ＷＯＲＮＥ＝（ＡＶＮＥ−ＡＶＦＮＥ）／（ＡＶＴＮＥ−ＡＶＦＮＥ）
ＷＯＲＡＤＶ＝（ＡＶＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）／（ＡＶＴＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）
ＷＯＲＮＥ：回転数増加制御の正常レベル
ＡＶＮＥ：回転数補正係数の平均値
ＡＶＦＮＥ：異常時の回転数補正係数相当値
ＡＶＴＮＥ：正常時の回転数補正係数相当値
ＷＯＲＡＤＶ：点火時期遅角制御の正常レベル
ＡＶＡＤＶ：点火時期補正係数の平均値
ＡＶＦＡＤＶ：異常時の点火時期補正係数相当値
ＡＶＴＡＤＶ：正常時の点火時期補正係数相当値
上記制御部は、上式により回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルを算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項５】
上記制御部は、上記排気浄化システムの異常判定時に、回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルとを比較することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項６】
内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒と、機関冷機時に機関回転数を増加する回転数増加制御と点火時期を遅角する点火時期遅角制御とを併用して触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムを診断する内燃機関の診断方法であって、
機関回転数に基づいて、上記回転数増加制御による機関回転数の増加に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、機関回転数が増加するほど大きな値とされる回転数補正係数を算出し、
点火時期に基づいて、上記点火時期遅角制御による点火時期の遅角に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、点火時期が遅角するほど大きな値とされる点火時期補正係数を算出し、
これら回転数補正係数及び点火時期補正係数と、燃料噴射量と、に基づいて、上記触媒昇温促進の間中に触媒へ供給された排気ガスの総熱量に相当する排気供給総熱量を算出し、
触媒に残存する上記特定成分の割合に相当する触媒残存率を、上記排気供給総熱量と、触媒が活性化するのに必要な熱量とに基づいて算出し、
上記触媒残存率と、触媒に供給される上記特定成分の供給量とに基づいて、上記特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒排出量を推定し、
上記触媒残存率が所定の触媒残存率となったとき、上記触媒排出量を所定の触媒排出量と比較して、排気浄化システムの正常・異常を判定し、
上記回転数補正係数に基づいて、回転数増加制御の正常レベルを算出し、
上記点火時期補正係数に基づいて、点火時期遅角制御の正常レベルを算出し、
この回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルとに基づいて、上記回転数増加制御と点火時期遅角制御の異常を判定する、
ことを特徴とする内燃機関の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気の特定成分を浄化する触媒を備えた排気浄化システムを診断する技術に関し、特に、冷機始動時のように触媒の昇温を促進する制御が行われる状況で、この制御を含めた排気浄化システムの異常を検出することに適した診断装置及び診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車用内燃機関の分野では、排気浄化、特に触媒が不活性状態である冷機始動（コールドスタート）時からの排気浄化技術の向上が強く望まれ、また法規による規制が厳しくなっている。そこで、冷機始動時には早期に触媒を活性化させるために、アイドル回転数の増加制御や点火時期の遅角制御等の触媒昇温促進制御が良く行われている。また、このような制御を含めた冷機始動時における排気浄化システムが正常に機能しているかの診断が要求され、また法規制が強化される傾向にある。
【０００３】
特許文献１には、このような診断技術として、冷機始動時に、機関回転数フィードバック制御と点火時期フィードバック制御とを組み合わせた昇温促進制御を開始してから所定の遅延時間が経過した時点から機関回転数や点火時期を監視し、機関回転数が所定値以下又は点火時期（進角値）が所定値以上の状態が所定時間経過すると、故障（異常）と判定している。
【特許文献１】特開２００１−１３２５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のものでは、アイドル運転時のように機関回転数フィードバック制御と点火時期フィードバック制御の双方が行われる一定の機関運転状態で、かつ、所定の遅延時間が経過した後でないと診断を開始することができないので、例えば冷機始動後に比較的短い時間で加速・走行モードへ移行するような使われ方では診断が行われず、診断頻度が非常に少なくなることがある。従って、実際には異常であるのに診断が行われないままとなることがあり、更なる改良が望まれていた。
【０００５】
また、触媒の活性状態は主として触媒温度つまり触媒に供給される排気ガスの供給熱量に大きく依存しており、この排気供給熱量は、上記の点火時期や機関回転数のみならず、触媒を通過する排気ガスのマスボリューム（吸気量や排気量）によっても変動する。このマスボリュームは機関運転状態に応じて変化し、例えばアイドルから車両走行へ移行するとマスボリュームが増加する。従って、上記特許文献１のように主として機関回転数や点火時期に基づいて診断を行うものでは、アイドルなどの特定の運転状態に限定すれば比較的精度の良い診断を行うことができるものの、市場での様々な走行パターンに対応することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒と、機関冷機時に、機関回転数を増加する回転数増加制御と点火時期を遅角する点火時期遅角制御とを用いて触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムを診断する技術に関し、
機関回転数に基づいて、上記回転数増加制御による機関回転数の増加に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、機関回転数が増加するほど大きな値とされる回転数補正係数を算出し、
点火時期に基づいて、上記点火時期遅角制御による点火時期の遅角に伴う触媒昇温の寄与度に相当し、点火時期が遅角するほど大きな値とされる点火時期補正係数を算出し、
これら回転数補正係数及び点火時期補正係数と、燃料噴射量と、に基づいて、上記触媒昇温促進の間中に触媒へ供給された排気ガスの総熱量に相当する排気供給総熱量を算出し、
触媒に残存する上記特定成分の割合に相当する触媒残存率を、上記排気供給総熱量と、触媒が活性化するのに必要な熱量とに基づいて算出し、
上記触媒残存率と、触媒に供給される上記特定成分の供給量とに基づいて、上記特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒排出量を推定し、
上記触媒残存率が所定の触媒残存率となったとき、上記触媒排出量を所定の触媒排出量と比較して、排気浄化システムの正常・異常を判定し、
上記回転数補正係数に基づいて、回転数増加制御の正常レベルを算出し、
上記点火時期補正係数に基づいて、点火時期遅角制御の正常レベルを算出し、
この回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルとに基づいて、上記回転数増加制御と点火時期遅角制御の異常を判定する、
ものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、触媒昇温手段による触媒の昇温促進が行われる機関冷機中に、回転数補正係数及び点火時期補正係数に基づいて特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒排出量を推定し、この触媒排出量に基づいて診断を行うことにより、幅広い機関運転領域で精度の高い診断を行うことができる。上記の補正係数は、触媒昇温寄与度に相当する値であって、典型的には機関回転数が高いほど大きく、また点火時期が遅角するほど大きな値に設定される。このような補正係数を用いることによって、機関回転数や点火時期の変動にかかわらず、システムの異常・正常の診断に用いられる触媒排出量を精度良く推定することができる。そして、このような触媒排出量の推定に用いられる補正係数を有効に利用して、触媒昇温手段における回転数増加制御の正常レベルと点火時期遅角制御の正常レベルとを簡便に算出することができる。すなわち、システム判定のために用いられる補正係数を利用することで、新たな制御因子の設定・適合を行うことなく、触媒昇温手段における回転数増加制御と点火時期遅角制御の正常レベル・度合いを個別に算出でき、システム異常時にその異常の原因を容易に特定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係るガソリン内燃機関の排気浄化システムを簡略的に示している。内燃機関２０の燃焼室２１には、略中央上部に点火プラグ９が配設されているとともに、吸気弁２２を介して吸気通路２３と、排気弁２４を介して排気通路２５と、が接続されている。吸気通路２３には、上流側より順に、エアクリーナ２６、吸気流量を計測するエアフロメータ３、吸気通路２３を開閉する電子制御式のスロットル弁２７及びそのスロットル開度を検出するスロットル開度センサ４、及び吸気通路２３の吸気ポート２３Ａへ燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。なお、このようなポート噴射式の内燃機関に限らず、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直噴型の内燃機関に本発明を適用することもできる。
【０００９】
排気通路２５には、燃焼室２１に近く比較的排気温度の高い排気マニホールド集合部２５Ａ又はその近傍の上流位置にフロント触媒１３が配設されているとともに、このフロント触媒１３よりも下流側であって、比較的排気温度の低い車両の床下位置にリア触媒１４が配設されている。つまり、冷機始動時を含めて高効率に排気を浄化するために、排気通路２５の中で周囲温度の異なる複数箇所に触媒を直列に配置した触媒システムとなっている。フロント触媒１３は、好ましくは、理論空燃比近傍でＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯをほぼ０（零）まで低減可能な三元触媒１３Ａと、この三元触媒１３Ａが活性化する前に排出されるＨＣを一時的に吸着するＨＣ吸着触媒１３Ｂとを組み合わせたＨＣ吸着型三元触媒であり、リア触媒１４は、例えば上記のＨＣ吸着触媒である。但し、これに限らず、上記の三元触媒、ＨＣ吸着触媒の他、リーン運転時のような酸素過剰な領域でＮＯXをトラップし、ストイキ又はリッチ運転時にはＮＯXを放出，還元するＮＯＸトラップ触媒等の他の触媒を単独又は組み合わせて用いても良い。
【００１０】
また、排気通路２５には、フロント触媒１３の上流側及び下流側にそれぞれ上流側酸素センサ１１及び下流側酸素センサ１２が設けられている。なお、センサ１１，１２としては、簡素な酸素センサ（Ｏ２センサ）に代えて、幅広い空燃比を検出可能な広域型の空燃比センサを用いても良い。機関回転速度（機関回転数）は、例えばクランクシャフトの回転角位置を検出するポジション（ＰＯＳ）センサ７とカムシャフトの位相を検出する位相（ＰＨＡＳＥ）センサ８との検出信号に基づいて演算される。また、内燃機関２０のシリンダブロックには、ノッキング（ノック）の発生を検出するノックセンサ６や、機関温度としての機関水温を検出する水温センサ１０が取り付けられている。
【００１１】
電子制御装置つまり制御部としてのエンジンコントローラ１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータシステムであって、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有している。このエンジンコントローラ１には、スタータ信号やイグニッション信号等の各種信号が信号線２を介して入力されるとともに、上記の各種センサ類３，４，６〜８，１０〜１２から入力される検出信号に基づいて、各種アクチュエータ類へ制御信号を出力し、その動作を制御する。例えば、燃料噴射弁５による燃料噴射量及び噴射時期、点火プラグ９による点火時期を制御する。また、上記の酸素センサ１１，１２の出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行う。
【００１２】
機関始動から数十秒間の冷機始動時のように、触媒が低温で未だ活性化していない機関冷機時には、多くの炭化水素（ＨＣ）が未浄化のまま触媒から排出されるおそれがある。このようなコールドエミッション対策として、この触媒浄化システムでは、上記のＨＣ吸蔵触媒１３Ｂ，１４を設けているとともに、フロント触媒１３を排気マニホールド集合部２５Ａの近傍に配置して昇温化を促進しており、かつ、所定のアイドル運転域にあっては、機関回転数を所定のアイドル回転数にフィードバック制御するアイドル回転数制御における上記アイドル回転数の増加制御と、点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ）に対してリタード・遅角化する点火時期遅角制御と、を併用した触媒昇温促進制御を行う（触媒昇温手段）。なお、このような触媒昇温促進制御は例えば上記の特許文献１にも詳しく記載されている。
【００１３】
図２は、触媒昇温促進制御が行われる機関冷機中に排気浄化システムが正常に機能しているかを診断する診断制御処理の流れを示すフローチャートである。このルーチンは上記のエンジンコントローラ１により機関始動とともに開始され、極短い所定期間、具体的には一単位（１〜数回）の燃焼が行われる所定のクランク角毎に繰り返し実行される。
【００１４】
ステップ１０１では、内燃機関２０の運転状態が冷機始動時のように上記の触媒昇温促進制御が行われる稼働領域であるか、すなわち触媒が未だ活性していない機関冷機時であるかを判定する。具体的には、機関水温が２５〜３０℃程度の所定温度以下であるか等の幾つかの条件により判定が行われる。
【００１５】
ステップ１０２では、所定の診断許可条件が成立しているかを判定する。この診断許可条件としては、排気昇温促進制御に関わるセンサ類、例えばエアフロメータ３，ポジションセンサ７，位相センサ８及び酸素センサ１１，１２が正常であるか等の条件が含まれる。但し、本実施例は機関冷機中であればアイドル運転に限られず比較的幅広い機関運転領域で診断可能であることを一つの特徴としており、従って、基本的には個々の運転状態（アイドル等），機関負荷及び機関回転数等の条件がこのステップ１０２での診断許可条件には含まれていない。
【００１６】
ステップ１０３Ａでは、現在の点火時期に基づいて、点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）を算出する。このＧ（ＡＤＶ）は、最適点火時期ＭＢＴに対するリタード量（遅角量）ＡＤＶ−ＭＢＴＣＡＬに基づいて、図６に示すような制御マップ・テーブルを参照して求められる。同図に示すように、点火時期のリタード量が大きくなるほど、燃焼効率が低下して排気ガス温度が高くなることから、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴが大きくなるように、Ｇ（ＡＤＶ）が設定されている。つまり、Ｇ（ＡＤＶ）は、点火時期の遅角化による触媒昇温の寄与度に相当するもので、点火時期の遅角量が大きくなるほど大きな値に設定される。
【００１７】
ステップ１０３Ｂでは、現在の機関回転数ＮＥに基づいて、回転数補正係数Ｇ（Ｎ）を算出する。このＧ（Ｎ）は、機関回転数ＮＥに基づいて図７に示すような制御マップ・テーブルを参照して求められる。同図に示すように、回転数ＮＥが高くなるほど、燃焼間隔の実際の時間が短くなって放熱量が小さくなることから、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴが大きくなるように、Ｇ（Ｎ）が設定されている。つまり、Ｇ（Ｎ）は、機関回転数の増加による触媒昇温の寄与度に相当するもので、機関回転数が増加するほど大きな値に設定される。
【００１８】
ステップ１０３Ｃでは、内燃機関の一回（一単位）の燃焼で供給される排気ガスの熱量に相当する単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを推定・算出する。具体的には、次式（１）によりＱＥＸＳＴを算出する。
ＱＥＸＳＴ＝ＴＰ×Ｇ（ＡＤＶ）×Ｇ（Ｎ）…（１）
「ＴＰ」は燃料噴射量である。上記の補正係数Ｇ（ＡＤＶ），Ｇ（Ｎ）を用いることによって、機関回転数や点火時期の変動による単位排気供給量ＱＥＸＳＴの変動分を良好に吸収・相殺することができる。
【００１９】
ステップ１０４では、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを積算して、機関冷機時に触媒へ供給された排気ガスの総熱量に相当する排気供給総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出する。具体的には、一演算前の総熱量ＱＥＸＳＴＰに対し、単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴに一演算前からの燃焼回数（つまり、一単位での燃焼回数）を乗算した値を加算して、ＱＥＸＳＴＰを更新する。
【００２０】
ステップ１０４Ａのサブルーチンでは、点火時期補正係数平均値ＡＶＡＤＶと回転数補正係数平均値ＡＶＮＥとを算出する。図３を参照して詳述すると、ステップ１４１では、回転数補正係数Ｇ（Ｎ）に基づいて、回転数補正係数積算値ＳＭＣＳＮＥを算出する。具体的には、今回の演算ルーチンで算出された回転数補正係数Ｇ（Ｎ）を前回ルーチンまでに積算された値ＳＭＣＳＮＥに加算してＳＭＣＳＮＥを更新する。ステップ１４２では、回転数補正係数積算値ＳＭＣＳＮＥを積算燃焼回数で割算して、回転数補正係数平均値ＡＶＮＥを算出する。ステップ１４３では、点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）に基づいて、点火時期補正係数積算値ＳＭＣＳＡＤＶを算出する。具体的には、今回の演算ルーチンで算出された点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）を前回ルーチンまでに積算された値ＳＭＣＳＡＤＶに加算してＳＭＣＳＡＤＶを更新する。ステップ１４４では、点火時期補正係数積算値ＳＭＣＳＡＤＶを積算燃焼回数で割算して、点火時期補正係数平均値ＡＶＡＤＶを算出する。
【００２１】
再び図２を参照して、ステップ１０５では、触媒に残存するＨＣ（炭化水素）の割合に相当する触媒残存率ＩＴＡＴ５０を算出する。触媒残存率ＩＴＡＴ５０は触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰに大きく依存しているため、この実施例では次式（２）に示すように、簡易的に触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰのみに基づいて触媒残存率ＩＴＡＴ５０を算出している。
ＩＴＡＴ５０＝１−ＱＥＸＳＴＰ／ＱＴ５０…（２）
「ＱＴ５０」は、触媒が活性するのに必要な熱量に相当し、予め設定された固定値である。
【００２２】
ステップ１０６では、一回の燃焼で内燃機関の燃焼室から排気系へ排出されるＨＣの排出量ＥＯＥ、すなわち触媒に供給されるＨＣの供給量に相当する単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥを推定する。図８に示すように、排出量ＥＯＥは燃料噴射量にほぼ比例するものであり、燃料噴射量に対する排出量ＥＯＥの割合ＣＯＥ１はほぼ一定である。従って、このステップ１０６では、簡易的に、上記の割合ＣＯＥ１を固定係数として燃料噴射量ＴＰのみに基づいて単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥを演算している。
【００２３】
ステップ１０７では、単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥと現時点での触媒残存率ＩＴＡＴ５０とに基づいて、一単位の燃焼で触媒下流に排出されるＨＣの排出量に相当する単位触媒排出量（単位テールパイプＨＣ）ＳＩＭＴＰＥを算出する。ステップ１０８では、上記の単位触媒排出量ＳＩＭＴＰＥを積算して、触媒下流に排出されるテールパイプＨＣの総量に相当する触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを算出する。具体的には、一演算前のＳＩＭＴＴＰＥに対し、一単位の燃焼回数にＳＩＭＴＰＥを乗算した値を加算することにより、触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを逐次更新している。
【００２４】
ステップ１０９では、触媒残存率ＩＴＡＴ５０が所定の判定値である０（零）になったか、すなわち触媒が活性化したかを判定する。なお、判定値としては上記の値（０）に限らず、診断期間短縮化のためにより大きな値としても良く、あるいは診断精度向上のためにより小さな値としても良い。
【００２５】
このステップ１０９の判定が肯定されると、ステップ１１０へ進み、この排気浄化システムの正常・異常の判定・診断を行う。具体的には、上記の触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥが所定の判定値ＥＭＮＧ以下であるかを判定する。この判定値ＥＭＮＧは、予め設定される固定値であって、例えば正常な場合の触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥの１．５倍程度の値に設定される。ステップ１１０の判定が肯定されると正常と判定し、否定されると異常と判定して例えば警告ランプや警告音等により運転者に異常であることを報知する。
【００２６】
また、異常と判定された場合には、ステップ１１３のサブルーチンにより、点火時期補正の正常レベルＷＯＲＡＤＶ及び回転数増加制御の正常レベルＷＯＲＮＥが算出される。詳しくは図４に示すように、ステップ１５１では、次式（３）により、回転数増加制御の正常レベルＷＯＲＮＥを算出する。
【００２７】
ＷＯＲＮＥ＝（ＡＶＮＥ−ＡＶＦＮＥ）／（ＡＶＴＮＥ−ＡＶＦＮＥ）…（３）
ここで、「ＷＯＲＮＥ」は、回転数増加制御の正常レベル・度合いを表す指数であり、正常であれば「１」に近い値となり、異常であれば「０」に近い値となる。「ＡＶＦＮＥ」は異常時の回転数補正係数に相当する値であり、予め設定される固定値である。「ＡＶＴＮＥ」は正常時の回転数補正係数に相当する値であり、予め設定される固定値である。
【００２８】
また、ステップ１５２では、次式（４）により、点火時期遅角制御の正常レベルＷＯＲＡＤＶを算出する。
【００２９】
ＷＯＲＡＤＶ＝（ＡＶＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）／（ＡＶＴＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）…（４）
ここで、「ＷＯＲＡＤＶ」は、点火時期増加制御の正常レベル・度合いを表す指数であり、正常であれば「１」に近い値となり、異常であれば「０」に近い値となる。「ＡＶＦＡＤＶ」は異常時の点火時期補正係数に相当する値であり、予め設定される固定値である。「ＡＶＴＡＤＶ」は正常時の点火時期補正係数に相当する値であり、予め設定される固定値である。例えば、最適点火時期ＭＢＴのときの点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）を「１」に設定すると、ＡＶＦＡＤＶは１に設定され、ＡＶＴＡＤＶが１．２〜１．３の値に設定される。
【００３０】
図４に示すサブルーチンでは、回転数増加制御と点火時期遅角制御のいずれが相対的に正常・異常であるかを判定している。つまり、システム異常の原因を特定している。具体的には、ステップ１５３において、ＷＯＲＮＥとＷＯＲＡＤＶとを比較し、大きい方が相対的に正常であり、小さい方が相対的に異常であると判定している（ステップ１５４，１５５）。この判定結果は、運転者に警告・報知するようにしてもよく、あるいは修理時の参考として単に記憶しておくようにしても良い。
【００３１】
図５は図４に代わるサブルーチンの他の例を示しており、この例では、回転数増加制御と点火時期遅角制御のそれぞれの正常・異常を判定している。ステップ１５１及びステップ１５２では、図４の場合と同様、ＷＯＲＮＥ及びＷＯＲＡＤＶを算出する。続くステップ１６１では、ＷＯＲＮＥを予め設定された判定値（１より小さい値）と比較する。ＷＯＲＮＥが判定値よりも大きれば、回転数増加制御の正常と判定し（ステップ１６２）、ＷＯＲＮＥが判定値以下であれば、回転数増加制御の異常と判定する（ステップ１６３）。ステップ１６４では、ＷＯＲＡＤＶを予め設定された判定値（１より小さい値）と比較する。ＷＯＲＡＤＶが判定値よりも大きければ、点火時期遅角制御の正常と判定し（ステップ１６５）、ＷＯＲＡＤＶが判定値以下であれば、点火時期増加制御の異常と判定する（ステップ１６６）。
【００３２】
図９は、本実施例に係る冷機始動時のタイムチャートであり、図中実線ＮＣの特性が正常時（Ｎｏｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に対応し、破線ＭＣの特性が異常時（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に対応している。横軸はクランク角（基準クランク位置ＲＥＦ）に相当する。同図に示すように、本実施例では機関回転数ＮＥや点火時期等を加味して触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを求めているので、機関回転数ＮＥの変動にかかわらず、触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥがクランク角（燃焼間隔）にほぼ比例して増加し、触媒残存率ＩＴＡＴ５０が０となる時点の付近で上限値に達することになる。従って、この時点での触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを判定値ＥＭＮＧと比較することにより、短い診断時間で精度の高い診断を行うことができる。
【００３３】
次に、上記実施例の特徴的な構成及び作用効果について列記する。但し、本発明は参照符号を付した図示実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。
【００３４】
（１）内燃機関２０の排気系に設けられて特定成分を浄化する少なくとも一つの触媒１３，１４と、機関冷機時に、機関回転数の増加制御と点火時期の遅角制御とを併用して触媒の昇温を促進する触媒昇温促進手段と、を有する排気浄化システムと、上記機関冷機時に上記排気浄化システムを診断する制御部１と、を有する。機関回転数に基づいて回転数補正係数Ｇ（Ｎ）を算出し（ステップ１０３Ａ）、点火時期に基づいて点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）を算出し（ステップ１０３Ｂ）、これら回転数補正係数Ｇ（Ｎ）及び点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）に基づいて、特定成分の触媒下流側への排出量に相当する触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを推定し（ステップ１０８）、この触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥに基づいて排気浄化システムの正常・異常を判定する（ステップ１１０〜１１２）。加えて、回転数補正係数Ｇ（Ｎ）に基づいて、回転数増加制御の正常レベルＷＯＲＮＥを算出するとともに（ステップ１４１，１４２）、点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）に基づいて、点火時期遅角制御の正常レベルＷＯＲＡＤＶを算出する（ステップ１４３，１４４）。
【００３５】
回転数増加制御と点火時期遅角制御とを併用した触媒昇温促進制御が行われる機関冷機時に、この制御の不具合を生じると、最終的には触媒下流側へ排出される特定成分である炭化水素ＨＣの総排出量に相当する触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥが大きくなる。従って、触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを推定し、この触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥに基づいて診断を行うことにより、精度の高い診断を触媒温度センサ等を敢えて必要としない簡素な構成で行うことができる。
【００３６】
上述した従来例のように単に機関回転数や点火時期に基づいて診断を行うものでは、診断を行う領域が実質的にアイドルなどの特定の運転領域に限定されてしまう。これに対して本実施例では、触媒昇温促進制御（触媒暖機制御）のパラメータである機関回転数及び点火時期による影響を考慮して、回転数補正係数Ｇ（Ｎ）と点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）を算出し、これらの補正係数に基づいて触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを設定しているために、機関回転数や点火時期の変動による影響を有効に低減・排除した形で触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを求めることができ、比較的幅広い機関運転領域で精度の高い診断を行うことができる。
【００３７】
そして、このようにシステムの診断、より具体的には触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥの算出過程で用いられる補正係数Ｇ（Ｎ），Ｇ（ＡＤＶ）を利用して、触媒昇温のための回転数増加制御の正常レベルと点火時期増加制御の正常レベルとを容易に精度良く求めることができる。つまり、新たな制御パラメータの設定・適合等を敢えて必要とすることなく、回転数増加制御と点火時期遅角制御の正常・異常度合いを求めることができ、演算負荷や使用メモリを軽減することができる。
【００３８】
（２）上記の正常レベルＷＯＲＮＥ，ＷＯＲＡＤＶは下式により算出される。
【００３９】
ＷＯＲＮＥ＝（ＡＶＮＥ−ＡＶＦＮＥ）／（ＡＶＴＮＥ−ＡＶＦＮＥ）
ＷＯＲＡＤＶ＝（ＡＶＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）／（ＡＶＴＡＤＶ−ＡＶＦＡＤＶ）
このように、予め設定された異常時・正常時の固定値を利用して、個々の正常度合い指数を求めている。従って、排気浄化システムの異常判定時に、両者ＷＯＲＮＥ，ＷＯＲＡＤＶを比較することによって（ステップ１５３）、回転数増加制御と点火時期遅角制御のいずれが相対的に異常（正常）であるかを容易に特定することができる。
【００４０】
（３）内燃機関の一単位の燃焼毎に、回転数補正係数及び点火時期補正係数に基づいて、触媒下流側へ排出される特定成分の排出量に相当する単位触媒排出量ＳＩＭＴＰＥを逐次算出し（ステップ１０３Ｃ）、この単位触媒排出量を積算して触媒排出量を算出している。従って、機関回転数や点火時期の変動を一単位燃焼毎に吸収した形で触媒排出量を精度良く求めることができる。なお、「一単位」の燃焼とは、好ましくは一回の燃焼であり、あるいは制御ルーチンの演算間隔（クランク角）に応じた数回の燃焼回数であっても良い。
【００４１】
（４）内燃機関の一単位の燃焼毎に、回転数補正係数の平均値ＡＶＮＥを算出するとともに（ステップ１４２）、この平均値ＡＶＮＥに基づいて回転数増加制御の正常レベルＷＯＲＮＥを算出している（ステップ１５１）。また、内燃機関の一単位の燃焼毎に、点火時期補正係数の平均値ＡＶＡＤＶを算出するとともに（ステップ１４５）、この平均値ＡＶＡＤＶに基づいて点火時期遅角制御の正常レベルＷＯＲＡＤＶを算出している（ステップ１５２）。従って、機関回転数や点火時期の変動を一単位の燃焼後毎に相殺・吸収した形で精度良く正常レベルを求めることができる。
【００４２】
（５）より具体的には、回転数補正係数Ｇ（Ｎ）及び点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）に基づいて、触媒に残存する特定成分の比率に相当する触媒残存率ＩＴＡＴ５０を算出し（ステップ１０５）、この触媒残存率に基づいて精度良く触媒排出量ＳＩＭＴＴＰＥを算出するようにしている（ステップ１０８）。
【００４３】
（６）上記「触媒の状態」とは、触媒の活性状態・浄化性能に関するもので、典型的には触媒に残存する特定成分の比率に相当する触媒残存率ＩＴＡＴ５０である。但し、触媒温度センサ等により検出又は推定される触媒温度のように触媒の活性状態を示す他のパラメータであっても良い。
【００４４】
（７）燃料噴射量ＴＰに基づいて、内燃機関の一単位の燃焼により排気系へ供給される排気熱量に相当する単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを推定し（ステップ１０３）、上記熱量の初期値ＴＱＥＰＩＮＩに単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを積算したものを加算することによって、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出している（ステップ１０４）。このように、触媒の温度を直接的に検出する温度センサ等を敢えて必要としない簡素な構成でありながら、触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰ精度良く求めることができる。しかも、一単位の燃焼毎の単位排気供給熱量ＱＥＸＳＴを積算して触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを算出しているので、機関運転状態が変化する過渡期を含めて触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰを精度良く求めることができる。
【００４５】
（８）燃料噴射量ＴＰに基づいて一単位の燃焼により内燃機関より排出される特定成分の排出量に相当する単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥを推定し（ステップ１０６）、触媒残存率ＩＴＡＴ５０と単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥとに基づいて単位触媒排出量ＳＩＭＴＰＥを算出している（ステップ１０７）。このように、内燃機関から排出される単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥと、その時点での触媒の状態を示す触媒残存率ＩＴＡＴ５０と、に基づいて、一単位の燃焼毎に単位触媒排出量ＳＩＭＴＰＥを算出しているので、単位機関排出量ＳＩＭＥＯＥに触媒の活性状態を反映した形で単位機関排出量ＳＩＭＴＰＥを精度良く求めることができる。
【００４６】
（９）触媒残存率は下式により算出される（ステップ１０５）。
ＩＴＡＴ５０＝１−ＱＥＸＳＴＰ／ＱＴ５０
ＩＴＡＴ５０：触媒残存率
ＱＥＸＳＴＰ：触媒総熱量
ＱＴ５０：触媒活性に必要な熱量
このＱＴ５０は予め設定される固定値であり、従って、実質的には触媒総熱量ＱＥＸＳＴＰのみに基づいて触媒残存率ＩＴＡＴ５０を簡便に精度良く求めることができ、演算負荷やメモリ使用量等が軽減される。
【００４７】
（１０）触媒残存率ＩＴＡＴ５０が所定値（典型的には０）まで低下したかを判定し（ステップ１０９）、触媒残存率ＩＴＡＴ５０が所定値まで低下したと判定された場合に（ＩＴＡＴ５０＝０）、診断が実行される（ステップ１１０〜１１２）。このように、ＳＩＭＴＰＥの算出に用いられる触媒残存率ＩＴＡＴ５０を利用して診断時期を設定することができ、判定用のパラメータを追加することなく診断期間を有効に短縮化することができる。
【００４８】
（１１）上記特定成分は、典型的にはガソリン内燃機関における炭化水素（ＨＣ）である。但し、ディーゼル機関における粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を上記の特定成分とする排気浄化システムに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの一例を示すシステム図。
【図２】本発明の一実施例に係る排気浄化システムの診断処理の流れを示すフローチャート。
【図３】図２のステップ１０４Ａの補正係数平均値算出のサブルーチンを示すフローチャート。
【図４】図２のステップ１１３の正常レベル算出のサブルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５】図２のステップ１１３の正常レベル算出のサブルーチンの他の例を示すフローチャート。
【図６】図２のステップ１０３Ａで用いられる点火時期補正係数Ｇ（ＡＤＶ）の設定マップの一例。
【図７】図２のステップ１０３Ｂで用いられる回転数補正係数Ｇ（Ｎ）の設定マップの一例。
【図８】燃料噴射量とＨＣの機関排出量との関係を示すグラフ。
【図９】機関冷機始動時における正常状態及び異常状態での各種パラメータの変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１…エンジンコントローラ（制御部）
１３…フロント触媒
１４…リア触媒
２０…内燃機関
２５…排気通路（排気系）
【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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