(57)【要約】【課題】燃費の悪化を防ぎつつ触媒劣化診断精度も落とすことのない装置を提供する。【解決手段】排気通路（２）に設けられ排気中の有害成分を浄化し得る触媒（４２）と、運転時の空燃比をリーン空燃比とそれ以外の空燃比とに任意に切換える空燃比切換手段（３１）と、リーン空燃比に切換えての運転時に触媒（４２）に劣化が生じたか否かを判定する第１判定手段（３１）と、触媒上流側の空燃比を検出し得る上流側空燃比検出手段（４３）と、触媒下流側の空燃比を検出し得る下流側空燃比検出手段（４４）と、前記第１判定手段（３１）の判定結果より触媒（４２）に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に上流側空燃比検出手段（４３）の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段（３１）と、この空燃比フィードバック制御中に少なくとも下流側空燃比検出手段（４４）の出力に基づいて触媒（４２）に劣化が生じたか否かを判定する第２判定手段（３１）とを備える。【選択図】    図１
2005240721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化し得る触媒と、
運転時の空燃比をリーン空燃比とそれ以外の空燃比とに任意に切換える空燃比切換手段と、
リーン空燃比に切換えての運転時に前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する第１判定手段と、
前記触媒上流側の空燃比を検出し得る上流側空燃比検出手段と、
前記触媒下流側の空燃比を検出し得る下流側空燃比検出手段と、
前記第１判定手段の判定結果より触媒に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に前記上流側空燃比検出手段の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、
この空燃比フィードバック制御中に少なくとも前記下流側空燃比検出手段の出力に基づいて前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する第２判定手段と
を備えることを特徴とする触媒の劣化診断装置。
【請求項２】
前記第１判定手段は、リーン空燃比に切換えての運転時に前記触媒前後の酸素イオン由来成分を検出する酸素イオン由来成分検出手段と、この酸素イオン由来成分検出手段により検出される触媒前後の酸素イオン由来成分の差が所定値を下回る場合に前記触媒に劣化が生じたと判定する手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項３】
排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化し得る触媒と、
運転時の空燃比をリッチ空燃比とそれ以外の空燃比とに任意に切換える空燃比切換手段と、
リッチ空燃比に切換えての運転時に前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する第１判定手段と、
前記触媒上流側の空燃比を検出し得る上流側空燃比検出手段と、
前記触媒下流側の空燃比を検出し得る下流側空燃比検出手段と、
前記第１判定手段の判定結果より触媒に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に前記上流側空燃比検出手段の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、
この空燃比フィードバック制御中に少なくとも前記下流側空燃比検出手段の出力に基づいて前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する第２判定手段と
を備えることを特徴とする触媒の劣化診断装置。
【請求項４】
前記第１判定手段は、リッチ空燃比に切換えての運転時に前記触媒前後の酸素イオン由来成分を検出する酸素イオン由来成分検出手段と、この酸素イオン由来成分検出手段により検出される触媒前後の酸素イオン由来成分の差が所定値を下回る場合に前記触媒に劣化が生じたと判定する手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項５】
前記酸素イオン由来成分検出手段は、広域空燃比センサまたは酸素センサであることを特徴とする請求項２または４に記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項６】
前記触媒は貴金属を坦持する触媒を含んでいることを特徴とする請求項１または３に記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項７】
前記第２判定手段は、前記下流側空燃比検出手段の出力の反転回数または反転周期を算出する手段と、この反転回数または反転周期と所定値との比較により前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する手段と含むことを特徴とする請求項１または３に記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項８】
前記第２判定手段は、前記下流側空燃比検出手段の出力の反転回数または反転周期を算出する手段と、前記上流側空燃比検出手段の出力の反転回数または反転周期を算出する手段と、これらの反転回数比または反転周期比と所定値との比較により前記触媒に劣化が生じたか否かを判定する手段と含むことを特徴とする請求項１または３に記載の触媒の劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンやガソリンエンジンに用いられる触媒の劣化診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンではエンジンから排出される有害成分を浄化するため排気通路に触媒を備えているが、この触媒は劣化するので、触媒に劣化が生じたか否かを診断するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１０３０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記の特許文献１に記載の装置はガソリンエンジンに適用したものであり、この装置では排気通路に設けられる三元触媒の前後に、理論空燃比を境にして出力が２値的に変化するいわゆる酸素センサを備えさせ、この触媒前後の２つの酸素センサ出力に基づいて三元触媒に劣化が生じたか否かを判定する構成としているので、三元触媒に劣化が生じたか否かを判定するためには空燃比を理論空燃比付近へと戻してやる必要がある。
【０００４】
このため、上記の特許文献１に記載の装置をリーン空燃比での運転を主とするディーゼルエンジンに適用するに際しても触媒に劣化が生じたか否かを判定するためには空燃比を理論空燃比付近へと戻さなければならず、空燃比をリーン空燃比より理論空燃比へと戻すことで燃費が悪化する。かといって燃費悪化を避けるために理論空燃比への運転を制限すると、触媒に劣化が生じたか否かを判定する機会が少なくなってしまう。
【０００５】
そこで、ディーゼルエンジンを対象として設けられるＨＣトラップ触媒について本発明者らが各種の実験を行い、その実験結果に検討を加えたところリーン空燃比での運転時にも触媒に劣化が生じたか否かを判定し得ることを初めて見出した。その初めて見出した知見を説明すると、図２は所定の運転モードに従ってディーゼルエンジンを運転したときの触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率が実際にどのように変化したのかを示している。ここで、触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率はそれぞれ触媒の前後に設けた広域空燃比センサにより検出している。
【０００６】
同図においてＡの区間では目標空気過剰率を１．４程度、Ｂの区間になると目標空気過剰率を１．９程度で運転している。このとき、触媒入口の実際の空気過剰率はＡ区間で１．４程度、Ｂ区間になると１．９程度で振れている（目標空気過剰率とほぼ同じ）のに対して、触媒出口の実際の空気過剰率はＡ、Ｂの各区間とも触媒入口の空気過剰率より大きな側（リーン側）にシフトしており、かつ触媒出口の空気過剰率と触媒入口の空気過剰率との差をみると、Ａ区間よりもＢ区間のほうが大きくなっていることがわかる。本来、触媒入口と触媒出口で空気過剰率は同じあるはずであるので、このように触媒前後で空気過剰率差が生じることは特異な現象である。
【０００７】
このためさらに検討したところ図３に示す実験結果が得られた。すなわち、横軸に触媒入口の空気過剰率を、縦軸に触媒出口の空気過剰率から触媒入口の空気過剰率の差（触媒前後の空気過剰率差）を採ったとき、触媒入口の空気過剰率を１．０より大きくするほど（つまり理論空燃比よりリーン側にするほど）触媒前後の空気過剰率の差が大きく、あるいはこの逆に触媒入口の空気過剰率を１．０より小さくするほど（つまり理論空燃比よりリッチ側にするほど）触媒前後の空気過剰率の差が大きくなる特性を有すると共に、触媒劣化時になると触媒前後の空気過剰率の差が触媒新品時よりも小さくなる、という知見を得たのである。従って、図３に示す特性を用いれば、空気過剰率が１．０より大きな領域（つまり理論空燃比よりリーン側の領域）や空気過剰率が１．０より小さな領域（つまり理論空燃比よりリッチ側の領域）でも触媒の劣化診断が可能になる。
【０００８】
ここで、空気過剰率が１．０を超える領域において触媒前後で空気過剰率の差が生じる原因は今のところ正確につかめていないのであるが、次のようなものであると考えられる。すなわち、ディーゼルエンジンから排出される有害成分は低温時にはＨＣとＣＯが主であり、これらを触媒で酸化することによって、無害なＨ2Ｏ、ＣＯ2へと変換する。この場合に、水Ｈ2Ｏは触媒である貴金属（例えば白金）に付着して水素Ｈ2と酸素イオンＯ2-とに電離し、この酸素イオン分を広域空燃比センサが酸素として感じてしまうために触媒下流側の広域空燃比センサでは触媒上流側の広域空燃比センサより酸素濃度が多いとする出力をするものと考えられる。言い換えると、空気過剰率が１．０を超える領域において水Ｈ2Ｏのような酸素イオン由来成分に起因して触媒前後で空気過剰率の差が生じるものと考えられる。なお、図３に示す触媒の特性は、ＨＣトラップ触媒に固有のものであるのかどうかを確かめるため、他の触媒（ＮＯｘトラップ触媒、三元触媒、酸化触媒等）についても同様の実験をしてみたところ、触媒の種類を問わず、触媒であれば図３に示す特性と同様の特性が得られることが判明している。従って、後述する実施形態では主にリーン空燃比で運転するディーゼルエンジンに適用した場合で述べるが、リーン空燃比で運転することがあるガソリンエンジンであって排気通路に触媒を備えるガソリンエンジンについても本発明を適用できる。
【０００９】
実際には、触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域では触媒前後の空気過剰率差の絶対値が小さいこと及び触媒上流側、触媒下流側の各広域空燃比センサには測定バラツキがありこれに起因して図４に示したように触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率ともある幅をもってバラツク（触媒新品時の空気過剰率については一点鎖線により、また触媒劣化時の空気過剰率については２点破線によりバラツキの幅を示す）。このため、触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域においては触媒前後の空気過剰率差を求めても、それが果たして触媒前後の空気過剰率差なのか否かわからない。従って、触媒に劣化が生じておらず触媒前後の空気過剰率差は小さくなっていないはずなのに空燃比検出手段の測定バラツキのために触媒前後の空気過剰率差が小さくなってしまって触媒に劣化が生じているとの誤診断が生じたり、この逆に触媒に劣化が生じおり触媒前後の空気過剰率差は小さくなるはずなのに空燃比検出手段の測定バラツキのため触媒前後の空気過剰率差が大きくなってしまって触媒に劣化が生じていないとの誤診断が生じたりすることが考えられる。
【００１０】
そこで、図５に示したように触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域では、触媒前後の空気過剰率差に基づく触媒劣化診断を禁止し、代わって、ＤＯＳ診断により改めて触媒劣化診断を行わせることが考えられる。ここで、ＤＯＳ診断とは、ガソリンエンジンを対象とする、いわゆるダブルＯ2センサシステムにおいて用いられている触媒劣化診断方法のことで、空燃比を理論空燃比へと変更すると共に、触媒上流側の空燃比センサ出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行いつつ、少なくとも触媒下流側の空燃比センサ出力に基づいて触媒に劣化が生じたか否かを判定するものである。なお、図５においてＤＯＳ診断の領域がずいぶん広いようにみえるが、図５は測定バラツキを強調して描いたモデル図であり実際とは異なる。
【００１１】
しかながら、こうした２種類の診断を空気過剰率の領域毎に切換える方法だと領域を切り分けるため境界値を適合しなければならなくなり工数が増えてしまうことから、本発明はリーン空燃比の運転時やリッチ空燃比での運転時に、前述した触媒前後の空気過剰率差に基づく触媒劣化診断や公知の触媒劣化診断を行わせ、その判定の結果、触媒に劣化が生じている可能性がある場合に診断精度のよいＤＯＳ診断へと移行させることにより、診断の機会を確保しつつ燃費の悪化を防ぐ一方で触媒劣化診断精度が落ちないようにし、さらに適合工数をも減らすことのできる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】
【００１２】
本発明は、排気通路に排気中の有害成分を浄化し得る触媒を備え、運転時の空燃比をリーン空燃比（あるいはリッチ空燃比）とそれ以外の空燃比とに任意に切換え、リーン空燃比（あるいはリッチ空燃比）に切換えての運転時に前記触媒に劣化が生じたか否かを判定し、この判定結果より触媒に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に前記上流側空燃比検出手段の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行い、この空燃比フィードバック制御中に少なくとも前記下流側空燃比検出手段の出力に基づいて前記触媒に劣化が生じたか否かを判定するように構成する。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、排気通路に排気中の有害成分を浄化し得る触媒を備え、運転時の空燃比をリーン空燃比（あるいはリッチ空燃比）とそれ以外の空燃比とに任意に切換え、リーン空燃比（あるいはリッチ空燃比）に切換えての運転時に触媒に劣化が生じたか否かを判定し、この判定結果より触媒に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に上流側空燃比検出手段の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行い、この空燃比フィードバック制御中に少なくとも下流側空燃比検出手段の出力に基づいて触媒に劣化が生じたか否かを判定するように構成するので、診断の機会を確保しつつ診断のために空燃比を理論空燃比に戻す機会が減って燃費悪化を抑制できる。
【００１４】
また、第１判定手段（リーン空燃比（あるいはリッチ空燃比）の運転時における触媒劣化判定手段）では、触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域において空燃比検出手段の測定バラツキに起因して診断精度が低下し、触媒に劣化が生じてないのに触媒に劣化が生じたとする誤診断や、触媒に劣化が生じているのに触媒に劣化が生じていないとする誤診断が生じることがあっても、診断精度の高い第２判定手段（空燃比フィードバック制御中における触媒劣化判定手段）により再度の診断が行われるので、第１判定手段における誤診断を正すことができる。
【００１５】
さらに、適合工数を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１８】
図１において、１はディーゼルエンジンで、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、ステップモータ５により駆動されるＥＧＲ弁６を備えている。ステップモータ５は、エンジンコントローラ３１からの制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００１９】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられ、この蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７へと分配される。
【００２０】
ノズル１７（燃料噴射弁）は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に三方弁（図示しない）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであればＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２１】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン２２と吸気を圧縮するコンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。タービン２２のスクロール入口に、図示しないがアクチュエータにより駆動される可変ノズルが設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズルは低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン２２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００２２】
コレクタ３ａ入口には、図示しないアクチュエータにより駆動される吸気絞り弁４２が設けられている。
【００２３】
アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３３、水温センサ３４、エアフローメータ３５からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、これらの信号に基づいて目標ＥＧＲ率と目標過給圧とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。
【００２４】
排気通路２には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４１が設置される。フィルタ４１のパティキュレートの堆積量が所定値に達すると、排気温度を上昇させてフィルタ４１に堆積しているパティキュレートを燃焼除去するため、空燃比をリーン空燃比から理論空燃比やリッチ空燃比へと切換える。
【００２５】
フィルタ４１の上流側にはＨＣトラップ触媒４２を備える。このＨＣトラップ触媒４２は排気の低温時にＨＣをトラップしておき、排気が所定温度以上になるとこのトラップしていたＨＣを脱離して放出しつつ排気中の酸素を用いて酸化して浄化する機能を有するものである。
【００２６】
こうしたＨＣトラップ触媒４２を備えるエンジンを前提として、本発明ではＨＣトラップ触媒４２の前後に広域空燃比センサ４３、４４（酸素イオン由来成分検出手段）を設け、触媒４２上流側の広域空燃比センサ（以下単に「上流側センサ」という。）４３と触媒下流側の広域空燃比センサ（以下単に「下流側センサ」という。）４４の出力に基づいて次の２段階の触媒劣化診断を行う。
【００２７】
第１段階：ディーゼルエンジンではリーン空燃比での運転が主であるので、リーン空燃比での運転時に上流側センサ４３、下流側センサ４４により検出される触媒前後の空気過剰率に基づいてＨＣトラップ触媒４２に劣化が生じているか否かを判定する。ただし、後述するように、この触媒劣化判定には触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域においてセンサ４３、４４の測定バラツキに起因する誤診断が生じることがあるので、ＨＣトラップ触媒４２に劣化が生じていると判定されてもそのまま診断を終了するのではなく、次の第２段階の触媒劣化診断へと移行する。
【００２８】
第２段階：ＤＯＳ診断を行う。ＤＯＳ診断とは、前述のようにリーン空燃比から理論空燃比へと空燃比を変更すると共に、上流側センサ４３出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行いつつ、上流側センサ出力及び下流側センサ出力に基づいて触媒４２に劣化が生じたか否かを判定するものである。このため、第１段階の診断で触媒４２に劣化が生じたと判定されても、第２段階で触媒４２に劣化が生じていないと判断されれば、第１段階での診断は誤診断であるとして無視されることになる。
【００２９】
このように、触媒劣化診断を２段階の構成としたのは次の理由からである。すなわち、第１段階での診断には空気過剰率が１．０に近い領域において誤診断が生じる可能性があるのに対して、第２段階での診断方法のほうが診断の精度が高い。しかしながら、第２段階での診断を行うためには、リーン空燃比から理論空燃比へと空燃比をリッチ化する必要があり燃費が悪くなる。そこで、診断の機会を確保しつつ燃費悪化を防止するためリーン空燃比での運転時に第１段階での診断をまず行い、触媒４２に劣化が生じていると判定されたときに第２段階での診断へと移行させることとして診断の精度も高めることとしたものである。
【００３０】
なお、ディーゼルエンジンでもリッチ空燃比での運転や理論空燃比付近での運転が行われることがあるので、リッチ空燃比での運転時にも上記の２段階の触媒劣化診断を行う。また、理論空燃比付近での運転時には即座に第２段階での診断を行う。
【００３１】
上記のように、リーン空燃比での運転時にＨＣトラップ触媒４２の劣化診断が可能になったのは触媒４２についての実験による新たな知見に基づくものである。これについて説明すると、図２は所定の運転モードに従ってエンジンを運転したときの触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率が実際にどのように変化したのかを示している。同図においてＡの区間では目標空気過剰率を１．４程度、Ｂの区間では目標空気過剰率を１．９程度で運転している。このとき、触媒入口の実際の空気過剰率はＡ区間で１．４程度、Ｂ区間で１．９程度で振れている（目標空気過剰率とほぼ同じ）のに対して、触媒出口の実際の空気過剰率はＡ、Ｂの区間とも触媒入口の空気過剰率より大きな側（リーン側）にシフトしており、かつ触媒出口の空気過剰率と触媒入口の空気過剰率との差をみると、Ａ区間よりもＢ区間のほうが大きいことがわかる。本来、触媒前後で空気過剰率は同じあるはずであるので、このように触媒前後で空気過剰率差が生じることは特異な現象である。
【００３２】
このためさらに検討したところ図３に示した実験結果が得られた。すなわち、横軸に触媒入口の空気過剰率を、縦軸に触媒出口の空気過剰率から触媒入口の空気過剰率の差（触媒前後の空気過剰率差）を採ったとき、触媒入口の空気過剰率を１．０より大きくするほど（つまり理論空燃比よりリーン側にするほど）触媒前後の空気過剰率の差が大きく、あるいはこの逆に触媒入口の空気過剰率を１．０より小さくするほど（つまり理論空燃比よりリッチ側にするほど）触媒前後の空気過剰率の差が大きくなる特性を有すると共に、触媒劣化時になると触媒前後の空気過剰率の差が触媒新品時より小さくなる、という知見を得たのである。従って、図３に示す特性を用いれば、空気過剰率が１．０より大きな領域（つまり理論空燃比よりリーン側の領域）や空気過剰率が１．０より小さな領域（つまり理論空燃比よりリッチ側の領域）でも触媒４２の劣化診断が可能になるのである。
【００３３】
ここで、空気過剰率が１．０を超える領域において触媒４２前後で空気過剰率の差が生じる原因は今のところ正確につかめていないのであるが、次のようなものであると考えられる。すなわち、ディーゼルエンジン１から排出される有害成分は低温時にはＨＣとＣＯが主であり、これらを触媒で酸化することによって、無害なＨ2Ｏ、ＣＯ2へと変換する。この場合に、水Ｈ2Ｏは触媒である貴金属（例えば白金）に付着して水素Ｈ2と酸素イオンＯ2-とに電離し、この酸素イオン分を下流側広域空燃比センサ４４が酸素として感じてしまうために下流側センサ４４では上流側センサ４３より酸素濃度が多いとする出力をするものと考えられる。言い換えると、空気過剰率が１．０を超える領域において水Ｈ2Ｏのような酸素イオン由来成分に起因して触媒前後で空気過剰率の差が生じるものと考えられる。なお、図３に示す触媒の特性は、ＨＣトラップ触媒４２に固有のものであるのかどうかを確かめるため、他の触媒（ＮＯｘトラップ触媒、三元触媒、酸化触媒等）についても同様の実験をしてみたところ、触媒の種類を問わず、触媒であれば図３に示す特性と同様の特性が得られることが判明している。従って、実施形態では主にリーン空燃比で運転するディーゼルエンジンで述べるが、リーン空燃比で運転することがあり、かつ排気通路に触媒を備えるガソリンエンジンについても本発明を適用できる。
【００３４】
しかしながら、実際には空気過剰率が１．０に近い領域では空気過剰率差が小さいこと、また上流側センサ４３、下流側のセンサ４４には測定バラツキがありこれに起因して図４に示したように触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率ともある幅をもってバラツク（触媒出口の空気過剰率については一点鎖線により、また触媒入口の空気過剰率については２点破線によりバラツキの幅を示す）。このため、触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域においては触媒前後の空気過剰率差を求めても、それが果たして触媒前後の空気過剰率差なのか否かわからない。従って、触媒４２に劣化が生じておらず触媒前後の空気過剰率差は小さくなっていないはずなのに上流側センサ４３、下流側センサ４４の測定バラツキのために触媒前後の空気過剰率差が小さくなってしまって触媒４２に劣化が生じているとの誤診断が生じたり、この逆に触媒４２に劣化が生じおり触媒前後の空気過剰率差は小さくなるはずなのに測定バラツキのため触媒前後の空気過剰率差が大きくなってしまって触媒４２に劣化が生じていないとの誤診断が生じたりすることが考えられる。
【００３５】
そこで、図５に示したように触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域では、触媒前後の空気過剰率差に基づく触媒劣化診断を禁止し、代わって、ＤＯＳ診断を行うことが考えられる。
【００３６】
しかながら、こうした２種類の診断を空気過剰率の領域毎に切換える方法だと領域を切り分けるため境界値を適合しなければならなくなり工数が増えるので、本実施形態では、リーン空燃比の運転時（リッチ空燃比での運転時も）には触媒前後の空気過剰率差に基づく触媒劣化診断を行い、この診断の結果、触媒４２に劣化が生じている可能性があるときには、ＤＯＳ診断へと移行させる。
【００３７】
上記の上流側センサ４３は上流側空燃比検出手段及び酸素イオン由来成分検出手段として、また下流側センサ４４は下流側空燃比検出手段及び酸素イオン由来成分検出手段として機能する。
【００３８】
エンジンコントローラ３１により実行されるこの制御を図６のフローチャートにより詳述する。図６は触媒劣化判定を行うためのもので、一定時間毎に繰り返し実行する。
【００３９】
ステップ１ではストイキフィードバックフラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。今回の運転時に始めて図６のフローを実行するときにはストイキフィードバックフラグ＝０であるので、ステップ２に進み触媒４２入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒ、触媒４２出口の空気過剰率ＬＭＤｒｒを読み込む。ここで、各空気過剰率ＬＭＤｆｒ、ＬＭＤｒｒは上流側センサ４３、下流側センサ４４により検出される各空燃比を理論空燃比（１４．７）で除算することで求めることができる。
【００４０】
ステップ３、４では触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒと１．０との比較により、リーン空燃比での運転時であるのかあるいはリッチ空燃比の運転時であるのか、それとも理論空燃比付近での運転時であるのかをみる。触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒがほぼ１．０でなくかつ触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒが１．０より大きいときにはリーン空燃比での運転時であると判断してステップ５以降に、触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒがほぼ１．０でなくかつ触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒが１．０より小さいときにはリッチ空燃比での運転時であると判断してステップ８以降に、また触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒがほぼ１．０であるときには理論空燃比付近での運転時であると判断してステップ１７に進む。
【００４１】
まず、リーン空燃比での運転時について説明すると、ステップ５で次式により触媒出口の空気過剰率ＬＭＤｒｒと触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒの差の絶対値を触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤとして算出する。
【００４２】
ＤＬＭＤ＝｜ＬＭＤｒｒ−ＬＭＤｆｒ｜…（１）
ステップ６ではこの触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤと所定値を比較する。空気過剰率差ＤＬＭＤが所定値以上あれば触媒４２はまだ劣化していないと判断してそのまま今回の処理を終了する。これに対して空気過剰率差ＤＬＭＤが所定値未満になれば触媒４２が劣化している可能性があると判断して、ステップ６よりステップ７に進みストイキフィードバックフラグ＝１として今回の処理を終了する。
【００４３】
次に、リッチ空燃比での運転時について説明すると、リッチ空燃比での運転時における操作はリーン空燃比での運転時における操作と同様である。すなわち、ステップ８で次式により触媒入口の空気過剰率ＬＭＤｆｒと触媒出口の空気過剰率ＬＭＤｒｒの差の絶対値を触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤとして算出する。
【００４４】
ＤＬＭＤ＝｜ＬＭＤｆｒ−ＬＭＤｒｒ｜…（２）
ステップ９ではこの触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤと所定値を比較する。空気過剰率差ＤＬＭＤが所定値以上あれば触媒４２はまだ劣化していないと判断してそのまま今回の処理を終了する。これに対して空気過剰率差ＤＬＭＤが所定値未満になれば触媒４２が劣化している可能性があると判断して、ステップ９よりステップ７に進みストイキフィードバックフラグ＝１として今回の処理を終了する。
【００４５】
ステップ６、９における上記の所定値は適合により設定する。
【００４６】
一方、理論空燃比付近での運転時であるときにはステップ１７でストイキフィードバックフラグ＝１として今回の処理を終了する。
【００４７】
図示しないフローではストイキフィードバックフラグ＝１になったとき、空燃比が理論空燃比となるように（つまり空気過剰率が１．０となるように）燃料増量が行われると共に、上流側センサ４３出力に基づく空燃比フィードバック制御が行われる。この空燃比フィードバック制御としては、ガソリンエンジンを対象として行われる空燃比フィードバック制御をそっくり流用する。ただし、ガソリンエンジンを対象として行われる空燃比フィードバック制御では上流側センサが理論空燃比を境として２値的に変化する酸素センサであるため、フィードバック制御といっても擬似的な比例積分制御であるのに対して、ここでは上流側センサ４３が広域空燃比センサであるため、擬似的でないフィードバック制御（例えば比例制御、積分制御、比例積分制御等）を行うことができる。
【００４８】
今回にストイキフィードバックフラグ＝１となったときには、次回よりステップ１よりステップ１０に進み、空燃比フィードバック制御中か否かみる。空燃比フィードバック制御中でなければそのまま今回の処理を終了する。
【００４９】
空燃比フィードバック制御中であればステップ１１以降に進む。ステップ１１〜１６は、ＤＯＳ診断を行う部分である。ＤＯＳ診断は、前述のようにガソリンエンジンを対象とする、いわゆるダブルＯ2センサシステムにおいて用いられている触媒劣化診断方法である。
【００５０】
まず、ステップ１１では図７に示したように上流側センサ４３、下流側センサ４４の各出力（図７上段参照）ともパルス波形（図７下段参照）へと変換する。
【００５１】
ステップ１２ではこの変換した各パルス波形より上流側センサ出力と下流側センサ出力の所定時間当たりの反転回数Ｎｆｒ、Ｎｒｒ（あるいは反転周期）を算出し、ステップ１３で次式により上流側センサ出力と下流側センサ出力の所定時間当たりの反転回数比ＲＡＴＩＯ（あるいは反転周期比）を算出する。
【００５２】
ＲＡＴＩＯ＝Ｎｒｒ／Ｎｆｒ…（３）
あるいは、変換した各パルス波形より上流側センサ出力と下流側センサ出力の反転周期ＰＥＲＩＯＤｆｒ、ＰＥＲＩＯＤｒｒ（図７下段参照）を算出し、次式により上流側センサ出力と下流側センサ出力の反転周期比を算出する。
【００５３】
反転周期比＝ＰＥＲＩＯＤｆｒ／ＰＥＲＩＯＤｒｒ…（４）
図８に示したように空燃比フィードバック制御時に触媒入口の空燃比は短い周期で理論空燃比を横切って上下に反転する。一方、触媒出口の空燃比は、触媒新品時にはゆっくりとしか振れないのに対して、触媒劣化時になると触媒入口の空燃比とほぼ同じ周期で理論空燃比を横切って上下に反転することになる。つまり、（３）式の反転回数比ＲＡＴＩＯや（４）式の反転周期比は触媒新品時には１よりずっと小さな値であったのが、触媒劣化時には１に近い値をとる。
【００５４】
ステップ１４ではこのように経時的に徐々に１に近づいていく反転回数比ＲＡＴＩＯと所定値を比較し、反転回数比ＲＡＴＩＯが所定値以下であるときにはステップ１６に進んで劣化フラグ＝０として今回の処理を終了する。一方、反転回数比ＲＡＴＩＯが所定値を超えると、ステップ１４よりステップ１５に進んで触媒４２に劣化が生じたと判断して劣化フラグ＝１とする。
【００５５】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５６】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、排気通路２に排気中の有害成分を浄化し得るＨＣトラップ触媒４２を備え、運転時の空燃比をリーン空燃比とそれ以外の空燃比とに任意に切換えて運転すると共に、リーン空燃比に切換えての運転時に触媒４２に劣化が生じたか否かを判定し（図６のステップ５、６参照）、この判定結果より触媒４２に劣化が生じたと判定した場合に空燃比を理論空燃比へと変更すると共に上流側センサ４３（上流側空燃比検出手段）の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行い、この空燃比フィードバック制御中に少なくとも下流側センサ４４（下流側空燃比検出手段）の出力に基づいて触媒４２に劣化が生じたか否かを再び判定するようにした（図６のステップ１０〜１６参照）ので、診断の機会を確保しつつ診断のために空燃比を理論空燃比に戻す機会が減って燃費悪化を抑制できる。
【００５７】
また、第１判定手段（触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤに基づいて触媒４２に劣化が生じたか否かを判定する手段）では、触媒入口の空気過剰率が１．０に近い領域において上流側、下流側のセンサ４３、４４（空燃比検出手段）の測定バラツキに起因して診断精度が低下し、触媒４２に劣化が生じてないのに触媒４２に劣化が生じたとする誤診断や、触媒４２に劣化が生じているのに触媒４２に劣化が生じていないとする誤診断が生じることがあっても、診断精度の高いＤＯＳ診断（第２判定手段）により再度の診断が行われるので、第１判定手段における誤診断を正すことができる。さらに、適合工数を減らすことができる。
【００５８】
本実施形態（請求項２、４に記載の発明）によれば、リーン空燃比に切換えての運転時やリッチ空燃比に切換えての運転時に触媒前後の酸素イオン由来成分としての触媒前後の空気過剰率ＬＭＤｆｒ、ＬＭＤｒｒを検出し、この検出される触媒前後の空気過剰率差ＤＬＭＤが所定値を下回る場合に触媒４２に劣化が生じたと判定するので（図６のステップ３、４、５、６、８、９参照）、リーン空燃比での運転時やリッチ空燃比に切換えての運転時にも触媒４２に劣化が生じたか否かを診断することが可能なり、診断のために空燃比を理論空燃比に戻す必要がないことから燃費を悪化させることがない。
【００５９】
実施形態では、リーン空燃比に切換えての運転時やリッチ空燃比に切換えての運転時に触媒前後の酸素イオン由来成分を検出し、触媒前後の酸素イオン由来成分の差が所定値を下回る場合に触媒に劣化が生じたと判定するもので説明したが、これに限らず、公知の方法でリーン空燃比での運転時やリッチ空燃比での運転時に触媒に劣化が生じたか否かを判定するものにも本発明の適用がある。
【００６０】
実施形態では、酸素イオン由来成分検出手段が広域空燃比センサである場合で説明したが、これに限られるものでなく、理論空燃比を境にして出力が２値的に変化するいわゆる酸素センサを用いてもかまわない。これは、酸素センサに理論空燃比付近を除くリーン空燃比域において酸素センサ出力が空燃比に対してわずかでも変化すれば、広域空燃比センサと同様に扱うことができるためである。
【００６１】
実施形態形態では、空気過剰率を用いる場合で説明したが、空燃比を用いてもかまわないことはいうまでもない。
【００６２】
請求項１に記載の空燃比切換手段の機能は図１のエンジンコントローラ３１により、
第１判定手段の機能は図６のステップ３、４、５、６により、空燃比フィードバック制御手段の機能は図１のエンジンコントローラ３１により、第２判定手段の機能は図６のステップ１２〜１６により果たされている。
【００６３】
請求項３に記載の空燃比切換手段の機能は図１のエンジンコントローラ３１により、
第１判定手段の機能は図６のステップ３、４、８、９により、空燃比フィードバック制御手段の機能は図１のエンジンコントローラ３１により、第２判定手段の機能は図６のステップ１２〜１６により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】所定の運転モードに従ってディーゼルエンジンを運転したときの触媒入口の空気過剰率、触媒出口の空気過剰率の変化を示す波形図。
【図３】触媒前後の空気過剰率差の特性図。
【図４】触媒前後の空気過剰率差の特性図。
【図５】触媒前後の空気過剰率差の特性図。
【図６】触媒劣化判定を説明するためのフローチャート。
【図７】センサ出力の変換を説明するための波形図。
【図８】ＤＯＳ診断の原理を示すための波形図。
【符号の説明】
【００６５】
１  エンジン
３１  エンジンコントローラ
３３  クランク角センサ
４２  ＨＣトラップ触媒
４３  上流側センサ（上流側空燃比検出手段、酸素イオン由来成分検出手段）
４４  下流側センサ（下流側空燃比検出手段、酸素イオン由来成分検出手段）
４５  温度センサ
【図１】
2005240721.tif 000003
【図２】
2005240721.tif 000004
【図３】
2005240721.tif 000005
【図４】
2005240721.tif 000006
【図５】
2005240721.tif 000007
【図６】
2005240721.tif 000008
【図７】
2005240721.tif 000009
【図８】
2005240721.tif 000010