(57)【要約】【課題】  空燃比をアクティブに制御し、排気エミッションの悪化や回転変動増加等を防止しつつ、排気系を構成する空燃比センサや触媒等の診断を確実かつ高精度に行うことができるようにされた排気系診断装置を提供する。【解決手段】  下流空燃比センサ（８２、８２）の出力に基づいて、メイン触媒（７５）に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段（１０１）と、下流空燃比センサ（８２、８２）の診断を行うべく、各気筒群（３６、３７）の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段（１０２）と、各気筒群（３６、３７）の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、下流空燃比センサ（８２、８２）の応答性を検出する応答性検出手段（１０３）と、前記応答性に基づいて、下流空燃比センサ（８２、８２）の劣化を判定する下流センサ劣化判定手段（１０４）と、を備えてなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系を診断する装置であって、
前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、
前記下流空燃比センサの診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、
前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、
前記応答性に基づいて、前記下流空燃比センサの劣化を判定する下流センサ劣化判定手段と、を備えていることを特徴とする排気系診断装置。
【請求項２】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系を診断する装置であって、
前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、
前記プリ触媒の診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、
前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサの応答周期もしくはそれに関連する情報を検出する応答周期検出手段と、
前記応答周期もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記プリ触媒の劣化を判定するプリ触媒劣化判定手段と、を備えていることを特徴とする排気系診断装置。
【請求項３】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の上流及び下流にそれぞれ上流空燃比センサ及び下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系を診断する装置であって、
前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、
前記上流空燃比センサの診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、
前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記上流空燃比センサの応答性もしくはそれに関連する情報を検出する応答性検出手段と、
前記応答性もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記上流空燃比センサの劣化を判定する上流センサ劣化判定手段と、を備えていることを特徴とする排気系診断装置。
【請求項４】
前記排気空燃比制御手段は、前記各下流空燃比センサのうちの少なくとも一つの出力がリッチになるように各気筒群に対する空燃比制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気系診断装置。
【請求項５】
前記排気空燃比制御手段は、診断開始時に全ての気筒群の空燃比を一時的にリッチにすることを特徴とする請求項４に記載の排気系診断装置。
【請求項６】
前記排気空燃比制御手段は、前記各下流空燃比センサのうちの少なくとも一つの出力がリーンになるように各気筒群に対する空燃比制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気系診断装置。
【請求項７】
前記排気空燃比制御手段は、診断開始時に全ての気筒群の空燃比を一時的にリーンにすることを特徴とする請求項６に記載の排気系診断装置。
【請求項８】
前記リッチリーン切り換え手段は、前記下流空燃比センサの出力が所定値以上変動するように、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の排気系診断装置。
【請求項９】
前記リッチリーン切り換え手段は、前記下流空燃比センサの出力が所定値を越えてから次に当該所定値を越えるまでの応答周期が略所定時間値となるように燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項８に記載の排気系診断装置。
【請求項１０】
前記リッチリーン切り換え手段は、各気筒群のリッチ−リーン空燃比の差が所定範囲内に収まるように燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項８に記載の排気系診断装置。
【請求項１１】
前記応答性検出手段は、前記下流空燃比センサの出力が第１の所定値から第２の所定値に変わるまで、あるいは、前記第２の所定値から前記第１の所定値に変わるまでの応答時間の少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項１に記載の排気系診断装置。
【請求項１２】
前記下流センサ劣化判定手段は、前記応答時間がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記下流空燃比センサが劣化したと判定することを特徴とする請求項１１に記載の排気系診断装置。
【請求項１３】
前記応答周期検出手段は、前記下流空燃比センサの出力が所定値を越えてから次に当該所定値を越えるまでの応答周期を検出することを特徴とする請求項２に記載の排気系診断装置。
【請求項１４】
前記プリ触媒劣化判定手段は、前記応答周期がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下のとき、前記プリ触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項１３に記載の排気系診断装置。
【請求項１５】
前記プリ触媒劣化判定手段は、前記応答周期から前記下流空燃比センサの応答時間を除いた補正応答周期がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下のとき、前記プリ触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項１３に記載の排気系診断装置。
【請求項１６】
前記プリ触媒劣化判定手段は、前記応答周期に関連する情報としての、前記燃料噴射量の補正量がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下であるとき、前記プリ触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項９に記載の排気系診断装置。
【請求項１７】
前記応答性検出手段は、前記上流空燃比センサの出力が第１の所定値から第２の所定値に変わるまで、あるいは、前記第２の所定値から前記第１の所定値に変わるまでの応答時間の少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項３に記載の排気系診断装置。
【請求項１８】
前記上流センサ劣化判定手段は、前記応答時間がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記上流空燃比センサが劣化したと判定することを特徴とする請求項１７に記載の排気系診断装置。
【請求項１９】
前記リッチリーン切り換え手段は、前記上流空燃比センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を行い、前記上流センサ劣化判定手段は、前記リッチリーン切り換え時の燃料補正量がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記上流空燃比センサが劣化したと判定することを特徴とする請求項３に記載の排気系診断装置。
【請求項２０】
回転変動検出手段を備え、前記リッチリーン切り換え手段は、前記回転変動検出手段により検出された回転変動が所定値以上のとき、リッチ−リーン空燃比の差を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気系診断装置。
【請求項２１】
前記応答時間もしくは応答周期が所定値よりも長くなる場合には、劣化判定を中止することを特徴とする請求項１１、１３、又は１７に記載の排気系診断装置。
【請求項２２】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系を診断する方法であって、
前記下流空燃比センサの診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記下流空燃比センサの応答性を検出し、この検出された応答性に基づいて、前記下流空燃比センサの劣化を判定することを特徴とする排気系診断方法。
【請求項２３】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系を診断する方法であって、
前記プリ触媒の診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記下流空燃比センサの応答周期もしくはそれに関連する情報を検出し、この検出された応答周期もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記プリ触媒の劣化を判定することを特徴とする排気系診断方法。
【請求項２４】
複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の上流及び下流にそれぞれ上流空燃比センサ及び下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系を診断する方法であって、
前記上流空燃比センサの診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記上流空燃比センサの応答性もしくはそれに関連する情報を検出し、この検出された応答性もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記上流空燃比センサの劣化を判定することを特徴とする排気系診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、それらのプリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系（空燃比センサ、触媒等）を診断する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気通路に触媒を設置し、この触媒の上流及び下流に排気成分を検出する空燃比センサを配置し、この空燃比センサの出力に基づいて燃料量を補正し、排気を触媒にて高効率に浄化することが行われている。この場合、排気エミッションは、触媒の浄化性能や空燃比センサの性能に依存するため、エンジンの制御系には、それらの性能をモニタする排気系診断手段が備えられる。その一例として、触媒の下流に配在された空燃比センサを、そのセンサ出力に基づいてパッシブに診断（劣化判定）することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、診断のために空燃比（燃料噴射量等）を制御して空燃比センサや触媒をアクティブに診断することも提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開平７−２５９６１３号公報（第１〜８頁、図１〜図９）
【特許文献２】特開平８−２２００５１号公報（第１〜１０頁、図１〜図９）
【特許文献３】特開２００３−２５４１４２号公報（第１〜９頁、図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、パッシブな診断は、触媒や空燃比制御の性能向上により、所要の診断頻度を確保することが困難となってきている。そこで、今後はアクティブに空燃比を制御して診断することが主流となると考えられるが、アクティブな診断は、排気浄化性能の低下（排気エミッションの悪化）や回転変動増加という新たな問題を招来する。
【０００４】
また、前記特許文献３には、排気浄化性能を確保しながら触媒の劣化を判定可能な方策が提案されているものの、かかる提案によっても、実際には、前記問題を充分には解消できない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、空燃比をアクティブに制御し、排気エミッションの悪化や回転変動増加等を防止しつつ、排気系を構成する空燃比センサや触媒等の診断を確実かつ高精度に行うことができるようにされたエンジンの排気系診断装置及び排気系診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明に係る排気系診断装置の第１形態は、基本的には、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系における、特に前記下流空燃比センサの診断を行うもので、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、前記下流空燃比センサの診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、前記応答性に基づいて、前記下流空燃比センサの劣化を判定する下流センサ劣化判定手段と、を備える。
【０００７】
かかる構成によれば、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するので、排気エミッションの悪化を防止しつつ、下流空燃比センサの劣化判定を確実かつ高精度に行うことができる。
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る排気系診断装置の第２形態は、基本的には、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系における、特に前記プリ触媒の診断を行うもので、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、前記プリ触媒の診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサの応答周期もしくはそれに関連する情報を検出する応答周期検出手段と、前記応答周期もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記プリ触媒の劣化を判定するプリ触媒劣化判定手段と、を備える。
【０００９】
かかる構成によれば、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するので、排気エミッションの悪化を防止しつつ、プリ触媒の劣化判定を確実かつ高精度に行うことができる。
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明に係る排気系診断装置の第３形態は、基本的には、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の上流及び下流にそれぞれ上流空燃比センサ及び下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されているエンジンの排気系における、特に前記上流空燃比センサの診断を行うもので、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段と、前記上流空燃比センサの診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段と、前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記上流空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、前記応答性に基づいて、前記上流空燃比センサの劣化を判定する上流センサ劣化判定手段と、を備える。
【００１１】
かかる構成によれば、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するので、排気エミッションの悪化を防止しつつ、上流空燃比センサの劣化判定を確実かつ高精度に行うことができる。
【００１２】
上記した本発明に係る排気系診断装置の第１、第２、第３形態の好ましい態様を以下に挙げる。
【００１３】
前記排気空燃比制御手段は、好ましくは、前記各下流空燃比センサのうちの少なくとも一つの出力がリッチになるように各気筒群に対する空燃比制御を行うようにされる。これにより、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をややリッチ寄りとすることができるので、診断時におけるＮＯｘ排出量の増加を抑えることができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、前記排気空燃比制御手段は、診断開始時に全ての気筒群の空燃比を一時的にリッチにするようにされる。これにより、診断開始時におけるＮＯｘ排出量の増加を抑えることができる。
【００１５】
一方、別の好ましい態様では、上記とは逆に、前記排気空燃比制御手段は、前記各下流空燃比センサのうちの少なくとも一つの出力がリーンになるように各気筒群に対する空燃比制御を行うようにされる。これにより、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をややリーン寄りとすることができるので、診断時におけるＨＣ、ＣＯ排出量の増加を抑えることができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、前記排気空燃比制御手段は、診断開始時に全ての気筒群の空燃比を一時的にリーンにするようにされる。これにより、診断開始時におけるＨＣ、ＣＯ排出量の増加を抑えることができる。
【００１７】
前記リッチリーン切り換え手段は、好ましくは、前記下流空燃比センサの出力が所定値以上変動するように、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるようにされる。
【００１８】
このように下流空燃比センサの出力を十分変動させることにより、下流空燃比センサの異常（劣化）を確実に検出でき、さらに診断精度も向上する。
【００１９】
前記リッチリーン切り換え手段は、好ましくは、前記下流空燃比センサの出力が所定値を越えてから次に当該所定値を越えるまでの応答周期が略所定時間値（数秒程度）となるように燃料噴射量を補正するようにされる。
【００２０】
これにより、応答周期が略所定時間値（数秒程度）とされるので、診断に要する時間が適度なものとなるとともに、診断頻度を十分に確保することができる。
【００２１】
前記リッチリーン切り換え手段は、好ましくは、各気筒群のリッチ−リーン空燃比の差が所定範囲（２〜０．８）内に収まるように燃料噴射量を補正するようにされる。
【００２２】
このように空燃比の幅が所定範囲に収まるように制御することにより、回転変動への跳ね返りを防止しつつ、確実かつ高精度に劣化判定を行うことができる。
【００２３】
一方、第１形態の排気系診断装置において、前記応答性検出手段は、好ましくは、前記下流空燃比センサの出力が第１の所定値から第２の所定値に変わるまで、あるいは、前記第２の所定値から前記第１の所定値に変わるまでの応答時間の少なくとも一方を検出するようにされる。
【００２４】
この場合、第１形態の下流センサ劣化判定手段は、好ましくは、前記応答時間がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記下流空燃比センサが劣化したと判定するようにされる。
【００２５】
このように、応答時間を運転状態に応じて定められる所定値（しきい値）と比較することにより、一層広範囲で精度良く下流空燃比センサの劣化を判定できる。
【００２６】
また、第２形態の応答周期検出手段は、好ましくは、前記下流空燃比センサの出力が所定値を越えてから次に当該所定値を越えるまでの応答周期（応答時間）を検出するようにされ、この場合、前記プリ触媒劣化判定手段は、好ましくは、前記応答周期がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下のとき、前記プリ触媒が劣化したと判定するようにされる。
【００２７】
このようにされることにより、触媒の酸素貯蔵能力がエンジンの運転状態を加味して計測（推定）されることになるので、精度良くプリ触媒の劣化を判定できる。
【００２８】
また、前記プリ触媒劣化判定手段は、より好ましくは、前記応答周期から前記下流空燃比センサの応答時間を除いた補正応答周期がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下のとき、前記プリ触媒が劣化したと判定するようにされる。
【００２９】
このようにされることにより、下流空燃比センサの応答特性の影響を受けずに、より精度良くプリ触媒の劣化を判定できる。
【００３０】
また、第２形態において、上記とは別に、前記リッチリーン切り換え手段が、前記下流空燃比センサの出力が所定値を越えてから次に当該所定値を越えるまでの応答周期が略所定時間値（数秒程度）となるように燃料噴射量を補正する場合、前記プリ触媒劣化判定手段は、前記応答周期に関連する情報としての、前記燃料噴射量の補正量がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下であるとき、前記プリ触媒が劣化したと判定するようにされる。
【００３１】
このようにされることにより、診断に要する時間が適度なものとなるとともに、診断頻度を十分に確保することができる。
【００３２】
一方、第３形態の排気系診断装置において、前記応答性検出手段は、好ましくは、前記上流空燃比センサの出力が第１の所定値から第２の所定値に変わるまで、あるいは、前記第２の所定値から前記第１の所定値に変わるまでの応答時間の少なくとも一方を検出するようにされる。
【００３３】
この場合、第３形態の上流センサ劣化判定手段は、好ましくは、前記応答時間がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記上流空燃比センサが劣化したと判定するようにされる。
【００３４】
このように、応答時間を運転状態に応じて定められる所定値（しきい値）と比較することにより、一層広範囲で精度良く上流空燃比センサの劣化を判定できる。
【００３５】
また、第３形態の他の好ましい態様では、前記リッチリーン切り換え手段は、前記上流空燃比センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を行い、前記上流センサ劣化判定手段は、前記リッチリーン切り換え時の燃料補正量がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以上のとき、前記上流空燃比センサが劣化したと判定するようにされる。
【００３６】
このように、エンジンの運転状態を加味しつつ、空燃比フィードバック制御中のリッチ運転あるいはリーン運転時の燃料補正量を用いることで、正確に上流空燃比センサの劣化を判定できる。
【００３７】
本発明に係る排気系診断装置の他の好ましい態様では、回転変動検出手段を備え、前記リッチリーン切り換え手段は、前記回転変動検出手段により検出された回転変動が所定値以上のとき、リッチ−リーン空燃比の差を小さくするようにされる。
【００３８】
これにより、回転変動への跳ね返りを確実に防止しつつ、排気系を構成する空燃比センサや触媒の診断を行うことができる。
【００３９】
また、前記応答時間もしくは応答周期が所定値よりも長くなる場合には、劣化判定を中止するようにされる。
【００４０】
このように、前記応答時間もしくは応答周期が長すぎる場合には診断を中止することで、エンジンの運転状態の変化による診断精度の低下を抑えることができる。
【００４１】
一方、本発明に係る排気系診断方法の第１態様は、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系における、特に、前記下流空燃比センサを診断する方法であって、
前記下流空燃比センサの診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記下流空燃比センサの応答性を検出し、この検出された応答性に基づいて、前記下流空燃比センサの劣化を判定するようにされる。
【００４２】
また、本発明に係る排気系診断方法の第２態様は、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の下流にそれぞれ下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系における、特に、前記プリ触媒を診断する方法であって、
前記プリ触媒の診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記下流空燃比センサの応答周期もしくはそれに関連する情報を検出し、この検出された応答周期もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記プリ触媒の劣化を判定するようにされる。
【００４３】
さらに、本発明に係る排気系診断方法の第３態様は、複数の気筒群を有し、各気筒群に接続された複数の上流側排気通路部にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒が配在されるとともに、各プリ触媒の上流及び下流にそれぞれ上流空燃比センサ及び下流空燃比センサが配在され、前記各上流側排気通路部が集合する集合部下流の下流側排気通路部に三元触媒からなるメイン触媒が配在されたエンジンの排気系における、特に、前記上流空燃比センサを診断する方法であって、前記上流空燃比センサの診断に際し、前記下流空燃比センサの出力に基づいて、前記メイン触媒に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための空燃比制御を行うとともに、該空燃比制御から得られる情報に基づいて、各気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えて、前記上流空燃比センサの応答性を検出し、この検出された応答性に基づいて、前記上流空燃比センサの劣化を判定するようにされる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係るエンジンの排気系診断装置及び排気系診断方法によれば、排気系を構成する空燃比センサや触媒をアクティブに診断することができるので、充分な診断頻度及び診断精度の確保が可能となり、しかも、診断時における排気エミッションの悪化や回転変動への跳ね返りも防止できる。また、下流空燃比センサ、プリ触媒、上流空燃比センサの異常（劣化）を一回の診断時に個別に判定することもできるので、効率的な診断が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態・・・下流空燃比センサの診断］
図１は、本発明に係る排気系診断装置の実施形態を、それが適用された車載用筒内噴射式エンジンの一例と共に示す概略構成図である。図１においては一気筒だけしか示されていないが、本実施形態のエンジン１０は、例えば、図２にその排気系診断に関与する部分が概略的に示されているように、例えば、それぞれ３つの気筒（#１、#２、及び#３並びに＃４、＃５、及び＃６）からなる気筒群を有するＡバンク３６とＢバンク３７とを備えたＶ形６気筒エンジンであり、各バンク３６、３７を形成するシリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２（気筒＃１〜＃６）内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火コイル３４から高電圧が印加される点火プラグ３５及び燃焼室１７内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３０が臨設されている。なお、図において、点火プラグ３５及び燃料噴射弁３０は、便宜上、燃焼室１７の天井部の左右に並設されているが、それらの配設位置は適宜に設定可能である。また、図２においては、Ａバンク３６、Ｂバンク３７は、共に一つの気筒と一つの燃料噴射弁３０しか示されておらず、他は省略されている（図が煩瑣になるのを避けるため）。
【００４６】
燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１の入口部２１ａから取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５が収容されたスロットルボディ２６を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０の下流部分を形成する分岐通路部及びその下流端に配在された、吸気カムシャフト２９により開閉駆動される吸気弁２８を介して各気筒＃１〜＃６の燃焼室１７に吸入される。
【００４７】
燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、排気カムシャフト４９により開閉駆動される排気弁４８を介して、後で詳述するように、排気通路４０に排出され、排気通路４０に配備されたプリ触媒７０、７０、及びメイン触媒とされる床下触媒７５（一般に車両の床下に配備されることからこのように称される）で浄化された後、外部に排出される。
【００４８】
前記燃料噴射弁３０から噴射されるガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から低圧燃料ポンプ５１により一次加圧されて燃料圧力レギュレータ５２により一定の圧力（例えば３ｋｇ／ｃｍ２）に調圧されるとともに、排気カムシャフト４９に設けられたポンプ駆動カム４７により駆動される高圧燃料ポンプ６０において、より高い圧力に二次加圧（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２）されて燃料蓄圧室（コモンレール）５３へ圧送され、この蓄圧室５３から燃料が気筒＃１〜＃６毎に設けられた燃料噴射弁３０に供給される。
【００４９】
ここで、本実施形態においては、排気通路４０は、各バンク３６、３７の気筒群（#１、#２、及び#３並びに＃４、＃５、及び＃６）にそれぞれ個別排気通路部４１、４１、４１を介して接続された２本の上流側排気通路部４２、４２と、これら２本の上流側排気通路部４２、４２が集合する集合部４４下流の下流側排気通路部４５と、で構成され、上流側排気通路部４２，４２にはそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒７０が配在されるとともに、上流側排気通路部４２，４２における各プリ触媒７０の上流には、それぞれ通常時の空燃比制御等に使用される上流空燃比センサ８１が配在され、上流側排気通路部４２，４２における各プリ触媒７０の下流には、それぞれ排気系診断に使用される下流空燃比センサ８２が配在され、前記各上流側排気通路部４２、４２が集合する集合部４４下流の下流側排気通路部４５には、三元触媒からなる床下触媒（メイン触媒）７５が配在されている。
【００５０】
そして、本実施形態においては、エンジン１０の点火時期、燃料噴射量（空燃比）等の制御に加えて排気系診断を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。
【００５１】
コントロールユニット１００は、基本的には、よく知られているように、ＭＰＵ、ＥＰ−ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ等で構成され、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ２３により検出されるスロットル弁２５の開度に応じた信号、カム角センサ３６からの排気カムシャフト４９の位相（回転位置）検出信号、クランク角センサ３７からのクランクシャフト１８の回転角度・位相（回転位置）検出信号、上流側排気通路部４２，４２に配在された上流空燃比センサ８１及び下流空燃比センサ８２により検出される排気中の例えば酸素濃度に応じた信号、シリンダブロック１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温度に応じた信号等が供給される。
【００５２】
コントロールユニット１００は、前記各信号を所定の周期をもって取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された制御信号を、各燃料噴射弁３０、点火コイル３４、電制スロットル弁２５、等に供給して、燃料噴射（噴射量、噴射時期）制御、点火時期制御、燃料圧力制御、スロットル弁２５の開度制御等を実行するとともに、適時に排気系の診断を行う。
【００５３】
本実施形態では、排気系の診断として、下流空燃比センサ８２、８２の診断（劣化判定）を行う。以下、この診断を図２から図１５を参照しながら説明する。
【００５４】
コントロールユニット１００は、図２に下流空燃比センサ８２の診断を行う場合の機能ブロック図が示されているように、前記下流空燃比センサ８２、８２の出力に基づいて、前記床下触媒７５に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う床下排気空燃比制御手段１０１と、前記下流空燃比センサ８２、８２の診断を行うべく、前記床下排気空燃比制御手段１０１から得られる情報に基づいて、Ａバンク３６の気筒群及びＢバンク３７の気筒群の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段１０２と、前記各気筒群の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサ８２、８２の応答性を検出する応答性検出手段１０３と、前記応答性に基づいて、前記下流空燃比センサ８２、８２の劣化を判定する下流センサ劣化判定手段１０４と、を備え、下流空燃比センサ８２、８２に劣化ありと判定された場合には警告灯を点灯するようになっている。
【００５５】
より具体的には、コントロールユニット１００は、Ａバンク３６とＢバンク３７のそれぞれの気筒群の燃料噴射弁３０による燃料噴射量をアクティブに制御し、リッチ運転あるいはリーン運転することで、下流空燃比センサ８２、８２の応答性を検出し、検出された応答性に基づいて下流空燃比センサ８２、８２の劣化を判定するようにされる。
【００５６】
かかる下流空燃比センサ８２、８２の診断の詳細を、その前提となる事実及びそれに基づく考察を含めて説明していく。
【００５７】
図３は、空燃比センサ特性の一例を示す。図３（Ａ）は、ストイキを中心に線形の電圧を出力するリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の特性である。また図３（Ｂ）は、ストイキを中心にスイッチ的に出力が変わる空燃比センサ（Ｏ２センサ）の特性である。以下、特に言及しない限り、前記上流空燃比センサ８１、８１はＬＡＦセンサ、下流空燃比センサ８２、８２は、Ｏ２センサとして説明をするが、これに限られる訳ではない。
【００５８】
図４は、コントロールユニット１００が実行する下流空燃比センサ８２、８２の診断におけるリッチリーン切り換えルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、診断を行う条件として、定常運転中であること、床下触媒７５が活性化していること等がある。また、パッシブ診断を併用している場合は、パッシブ診断を行っても正常と判定できなかった場合に限り実施するようにしてもよい。上記条件が整っている場合、診断開始時には、Ａバンク３６、Ｂバンク３７（の気筒群）とも一時的にリッチ運転する（後述）。
【００５９】
まず、ステップＳ４０１では、診断開始時の予備動作が終了しているか否を判定し、終了していればステップＳ４０２に進み、終了してなければステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８では予備動作が終了していないので、Ａバンク３６、Ｂバンク３７（の気筒群）ともリッチ運転する。
【００６０】
一方、予備動作が終了している場合に進むステップＳ４０２では、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ以上で、かつＢバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ以上で、かつＢバンク３７がリッチ運転であるか否かを判定し、前記条件が成立していればステップＳ４０３に進み、Ａバンク３６をリーン運転するとともに、所定値ａをｌｏｗ（約０．２Ｖ）にし、成立してなければステップＳ４０４に進み、Ａバンク３６をリッチ運転するとともに、所定値ａをｈｉｇｈ（約０．６Ｖ）にする。
【００６１】
続くステップＳ４０５では、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ以上で、かつＡバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ以上で、かつＡバンクがリッチ運転であるか否かを判定し、前記条件が成立していればステップＳ４０６に進み、Ｂバンクをリーン運転するとともに、所定値ｂをｌｏｗ（約０．２Ｖ）にし、成立してなければステップＳ４０７に進みＢバンクをリッチ運転するとともに、所定値ｂをｈｉｇｈ（約０．６Ｖ）にする。
【００６２】
図５は、図４に示されるリッチリーン切り換えルーチンを実行したときの各バンク３６、３７の燃料補正量（燃料噴射量の補正量）と下流空燃比センサ８２、８２の出力とを模式的に示す。燃料補正量は各バンク３６、３７の空燃比がストイキになるように燃料が噴射されときの燃料噴射量を基準０としたときの補正量であり、基準よりも多ければリッチ運転、少なければリーン運転になる。燃料補正量が基準より多いか少ないかは上流側空燃比センサ８１、８１の出力がリッチかリーンかで確認することができる。もしくは、診断実行前の燃料噴射パルス幅を基準として、パルス幅が長くなればリッチ、短くなればリーンとみることもできる。
【００６３】
本実施形態では、診断開始と同時にＡＢ両バンク３６、３７を一時的にリッチ運転する。これは診断開始直後にＮＯｘが床下触媒７５から漏れるの防ぐため、つまり、外部へのＮＯｘ排出量を低減するためであり、床下触媒７５の酸素貯蔵量を減少させることで、床下触媒７５入り口の排気（床下排気）が多少リーンになってもＮＯｘを浄化できる。次に、Ａ、Ｂ両バンク３６、３７の下流空燃比センサ８２、８２の出力が所定値以上になったら、Ａバンク３６をリーン運転する。すると、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力は、空気の移送遅れによるむだ時間とプリ触媒７０の酸素貯蔵によるダイナミクスの影響を受けつつ次第にリーンに変わる。そして、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ（ｌｏｗ）以下になったときに、Ａバンク３６をリッチ運転に切り換える。すると、前述のむだ時間とダイナミクスの影響を受けつつも、今度は逆にＡバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力がリッチになり、所定値ａ（ｈｉｇｈ）を越えたところで今度はＢバンク３７をリーン運転にする。すると、Ｂバンク３７でも同様に、空気の移送遅れによるむだ時間とプリ触媒７０の酸素貯蔵によるダイナミクスの影響をうけつつ次第にリーンに変わり、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ（ｌｏｗ）以下になったときにＢバンク３７をリッチ運転に切り換える。そして、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が次第にリッチになり、所定値ｂ（ｈｉｇｈ）を越えたところで再びＡバンク３６をリーン運転する。
【００６４】
本例では、以上の動作を少なくとも１回以上繰り返すことにより、Ａ、Ｂバンク３６、３７の下流空燃比センサ８２、８２の出力を所定値以上変動させることで、下流空燃比センサ８２、８２の劣化を検出することができる（後述）。しかも、Ａ、Ｂバンク３６、３７の一方がリッチ運転、他方がリーン運転になったときの燃料補正量の和が０になるように制御することで、診断時においても床下排気がストイキ近傍になり、排気が床下触媒７５により効果的に浄化されるので、排気エミッションの悪化を生じない。なお、燃料補正によるリッチリーン振幅（リッチ空燃比とリーン空燃比との差）は、回転変動の増加を防止するために所定範囲、例えば２〜０．８程度にしておくことが好ましい。また、前記リッチリーン振幅は、高回転になるほど大きくできる。また、回転変動防止のためにアイドル時にはアクティブ診断を禁止してもよい。この範囲であれば、診断頻度を確保するために、応答周期（後述）が数秒になるように燃料補正量を設定してもよい。
【００６５】
図６は、プリ触媒７０下流の下流空燃比センサ８２、８２の出力を参照せずに、各バンク３６、３７を互い違いに周期Ｔ１でリッチリーン運転した例を示している。この例では、床下排気の空燃比を制御できず、下流空燃比センサ８２、８２の出力がクロスするところでＮＯｘ等の排出量が増加して排気エミッションが悪化することがある。それに対し、図４、図５に示される本実施形態の手法では、下流空燃比センサ８２、８２の出力に基づいて、床下排気の空燃比を制御しているので、排気エミッションの悪化を抑えられる。
【００６６】
図７は、同じく下流空燃比センサ８２、８２の出力を参照せず、周期Ｔ２が短すぎて下流空燃比センサ８２の劣化検出ができない例を示す。この例では、プリ触媒７０の酸素貯蔵により下流空燃比センサ８２、８２の出力が応答せずに、下流空燃比センサ８２、８２の劣化判定ができない。このことは、下流空燃比センサ８２、８２の診断を確実に実施するためには、下流空燃比センサ８２、８２の出力に基づいて、リッチリーン運転することが不可欠であることを示している。
【００６７】
図８は、プリ触媒７０、７０の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）がＡ、Ｂバンク３６、３７で異なる場合を示す。この場合、Ａバンク３６側のプリ触媒７０のＯＳＣが小さいため、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２は診断できるが、Ｂバンク３７側は診断できない。このように下流空燃比センサ８２、８２の応答性は、プリ触媒７０、７０のＯＳＣに依存するため、下流空燃比センサ８２、８２を診断するためには、Ａ、Ｂバンク３６、３７を独立して個別にリッチリーン運転の切り換えを実施することが必要である。この問題は、下流空燃比センサ８２、８２の出力に応じてリッチリーン運転を切り換えることで解決できる。
【００６８】
なお、図４及び図５に示される手法は、特にＮＯｘ排出量の増加を抑制するための方策であり、ＮＯｘではなくＨＣ、ＣＯ排出量の増加を抑制するためには、図９、図１０に示される手法を採用すればよい。
【００６９】
図９は、コントロールユニット１００が実行する下流空燃比センサの診断におけるリッチリーン切り換えルーチンの他の例を示すフローチャートである。なお、診断を行う条件として、定常運転中であること、床下触媒７５が活性化していること等がある。また、パッシブ診断を併用している場合は、パッシブ診断を行っても正常と判定できなかった場合に限り実施するようにしてもよい。上記条件が整っている場合、診断開始時には、Ａバンク３６、Ｂバンク３７（の気筒群）とも一時的にリーン運転する（後述）。
【００７０】
まず、ステップＳ９０１では診断開始時の予備動作が終了しているか否を判定し、終了していればステップＳ９０２に進み、終了してなければステップＳ９０８に進む。ステップＳ９０８では、Ａ、Ｂバンク３６、３７ともリーン運転する。一方、予備動作が終了している場合に進むステップＳ９０２では、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ以下で、かつＢバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ以下で、かつＢバンクがリーン運転であるか否かを判定し、前記条件が成立していればステップＳ９０３に進み、Ａバンク３６をリッチ運転するとともに、所定値ａをｈｉｇｈ（約０．６Ｖ）にし、成立してなければステップＳ９０４に進み、Ａバンク３６をリーン運転するとともに、所定値ａをｌｏｗ（約０．２Ｖ）にする。
【００７１】
次に進むステップＳ９０５では、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ以下で、かつＡバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ以下で、かつＡバンク３６がリーン運転であるか否かを判定し、前記条件が成立していればステップＳ９０６に進み、Ｂバンク３７をリッチ運転するとともに、所定値ｂをｈｉｇｈ（約０．６Ｖ）にし、成立してなければステップＳ９０７に進み、Ｂバンク３７をリーン運転するとともに、所定値ｂをｌｏｗ（約０．２Ｖ）にする。
【００７２】
図１０は、図９に示されるリッチリーン切り換えルーチンを実行したときの各バンク３６、３７の燃料補正量と下流空燃比センサ８２、８２の出力の変化を模式的に示す。この例では、診断開始と同時にＡＢ両バンク３６、３７をリーン運転する。これは診断開始直後にＨＣ及びＣＯが床下触媒７５下流（外部）に漏れるの防ぐためであり、床下触媒７５の酸素貯蔵量を増加させておくことで、床下触媒７５入り口の排気（床下排気）が多少リッチになってもＨＣ及びＣＯを浄化できる。次に、Ａ、Ｂバンク３６、３７の下流空燃比センサ８２、８２の出力が所定値以下になったらば、Ａバンク３６をリッチ運転する。すると、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力は、空気の移送遅れによるむだ時間とプリ触媒７０の酸素貯蔵によるダイナミクスの影響を受けつつ、次第にリッチへと変わる。
【００７３】
ここで、Ａバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ａ（ｈｉｇｈ）以上になったときに、Ａバンク３６をリーン運転に切り換える。すると、前述のむだ時間とダイナミクスの影響をうけつつも、今度は逆にＡバンク３６側の下流空燃比センサ８２の出力がリーンになり、所定値ａ（ｌｏｗ）を越えたところで、今度はＢバンク３７側をリッチ運転する。すると、同様にＢバンク３７でも空気の移送遅れによるむだ時間とプリ触媒７０の酸素貯蔵によるダイナミクスの影響をうけつつ、次第にリッチに変わり、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が所定値ｂ（ｈｉｇｈ）以上になったときに、Ｂバンク３７をリーン運転に切り換えると、Ｂバンク３７側の下流空燃比センサ８２の出力が次第にリーンになり、所定値ｂ（ｌｏｗ）まで下がったところで再びＡバンク３６をリッチ運転する。
【００７４】
本例でも、以上の動作を少なくとも１回以上繰り返すことにより、Ａ、Ｂバンク３６、３７の下流空燃比センサ８２、８２の出力を所定値以上変動させることで、下流空燃比センサ８２、８２の劣化を検出することができる（後述）。しかも、Ａ、Ｂバンク３６、３７の一方がリッチ運転、他方がリーン運転になったときの燃料補正量の和が０になるように制御することで、診断時においても床下排気がストイキ近傍になり、排気が床下触媒７５により効果的に浄化されるので、排気エミッションの悪化を生じない。なお、燃料補正によるリッチリーン振幅（リッチ空燃比とリーン空燃比との差）は、回転変動の増加を防止するために所定範囲、例えば２〜０．８程度にしておくことが好ましい。
【００７５】
図１１は、下流空燃比センサ８２、８２の応答周期及び応答時間の説明に供される図で、（Ａ）は、応答周期を示す。応答周期は、下流空燃比センサ８２の出力の振動周期であり、センサ出力が所定値を越えてから再び前記所定値を越えるまでの時間で定義される。また、図１１（Ｂ）は、応答時間を示す。応答時間は、下流空燃比センサ８２の出力が所定値１と該所定値１よりも大きい所定値２まで変化する時間であり、Ｏ２センサの場合は、所定値１を約０．２Ｖ、所定値２を約０．６Ｖにするとよい。
【００７６】
図１２は、コントロールユニット１００が実行する下流空燃比センサの診断における応答周期調整ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００７７】
このルーチンでは、まず、ステップＳ１２０１では吸入空気量やエンジン回転数等のエンジンの運転状態から燃料補正量を設定する。続くステップＳ１２０２では、下流空燃比センサ８２の出力から応答周期を演算する。そして、次に進むきステップＳ１２０３で応答周期が予め決められた所定範囲（数秒程度）の上限値よりも長いか否かを判断し、長い場合はステップＳ１２０４に進み、燃料補正量をステップＳ１２０１で定められた補正量よりも増加し、そうでない場合はステップＳ１２０５に進む。ステップＳ１２０５では、応答周期が所定範囲の下限値よりも短いか否かを判定し、短い場合はステップＳ１２０６に進み、燃料補正量をステップＳ１２０１で定められた補正量よりも減少させ、そうでない場合はこのルーチンを終了する。
【００７８】
この応答周期調整ルーチンを実行することで、下流空燃比センサ８２の応答周期を所定範囲内に収めることができ、診断に要する時間が短縮され、充分な診断頻度を確保できる。
【００７９】
また、図１３は、コントロールユニット１００が実行する下流空燃比センサの診断における応答周期調整ルーチンの他の例を示すフローチャートである。この例では、上流空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）８１、８１を用いて空燃比フィードバック制御を行う場合に、そこで使用される目標空燃比を変更して、応答周期を所定範囲内に収めるようにされる。
【００８０】
すなわち、ステップＳ１３０１では、吸入空気量やエンジン回転数に基づいて目標空燃比を設定し、ステップＳ１３０２において、下流空燃比センサ８２の出力から応答周期を演算する。ステップＳ１３０３では、応答周期が所定範囲（数秒程度）の上限値よりも長いか否かを判定し、長い場合には、ステップＳ１３０４に進み、目標空燃比をステップＳ１３０１で定められた値よりもリッチにし、そうでない場合はステップＳ１３０５に進む。ステップＳ１３０５では、応答周期が所定範囲の下限値よりも短いか否かを判定し、短い場合にはステップＳ１３０６に進み、目標空燃比をステップＳ１３０１で定められた値よりもリーンにし、そうでない場合はこのルーチンを終了する。このように空燃比フィードバック制御で使用される目標空燃比を用いると、精度良いリッチリーンの運転切り替えが可能になり、排気エミッション特性が向上する。
【００８１】
図１４は、コントロールユニット１００が実行する下流空燃比センサの診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００８２】
このルーチンでは、まず、ステップＳ１４０１では、下流空燃比センサ８２、８２の応答性を検出する。ここでは、下流空燃比センサ８２、８２が、ある所定値１から別の所定値２に到達するまでの時間（応答時間）を演算するか、あるいはリッチリーン切り換えを数回実施した際の応答時間の平均値や中心値を用いても良い。そして、ステップＳ１４０２において、応答時間がエンジンの運転状態によって決まるしきい値ａよりも長い場合はステップＳ１４０４に進み、そうでない場合はステップＳ１４０３に進む。ステップＳ１４０３では、下流空燃比センサ８２、８２が正常であると判定し、その結果を所定のメモリに保存する。また、ステップＳ１４０４では、下流空燃比センサが異常である（劣化している）と判定し、その結果を所定のメモリに保存し、警告灯を点灯する。なお、警告灯は異常であるという判定が所定回数連続してなされたときのみ点灯するようにしても良い。また、下流空燃比センサ８２、８２の正常判定処理あるいは異常（劣化）判定処理がなされたあとは、リッチリーン切り換え運転をやめ、アクティブ診断を終了する。
【００８３】
図１５は、図１４のステップＳ１４０２で用いられている、前記応答時間に対するしきい値ａの設定例を示す。前記応答時間は、吸入空気量が大きくなるにしたがい短くなるため、図に示される如くに、前記しきい値ａを吸入空気量が大きくなるに従って小さく設定することにより、診断精度が向上する。また、前記応答時間は、排気の当たり具合の影響を受けるので左右両バンク３６、３７毎にしきい値を設定するのが好ましい。
【００８４】
［第２実施形態・・・プリ触媒の診断］
次に、本発明に係る排気系診断装置の第２実施形態を説明する。本第２実施形態の排気系診断装置２では、プリ触媒７０、７０の診断を行うようにされ、第１実施形態のものとは、コントロールユニット１００による診断内容が異なるだけで、エンジン自体の構成は、図１、図２に示されるものと同じであるので、エンジン１０部分の説明は省略する。
【００８５】
本実施形態のコントロールユニット１００は、図１６に機能ブロック図で示されているように、第１実施形態と同様に、下流空燃比センサ８２、８２の出力に基づいて、メイン触媒とされる床下触媒７５に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段１０１と、プリ触媒７０、７０の診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段１０１から得られる情報に基づいて、Ａ、Ｂパンク３６、３７（の気筒群）の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段１０２と、を備えることに加えて、前記Ａ、Ｂバンク３６、３７（の気筒群）の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記下流空燃比センサ８２、８２の応答周期もしくはそれに関連する情報（燃料噴射量の補正量）を検出する応答周期検出手段１０６と、前記応答周期もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記プリ触媒７０、７０の劣化を判定するプリ触媒劣化判定手段１０７と、を備え、プリ触媒７０、７０に劣化ありと判定された場合には警告灯を点灯するようになっている。
【００８６】
より具体的には、コントロールユニット１００は、Ａバンク３６とＢバンク３７のそれぞれの気筒群の燃料噴射弁３０による燃料噴射量をアクティブに制御し、リッチ運転あるいはリーン運転することで、下流空燃比センサ８２、８２の応周期を検出し、検出された応答周期に基づいてプリ触媒７０、７０の劣化を判定するようにされる。
【００８７】
かかるプリ触媒の診断の詳細を、図１７に示されるコントロールユニット１００が実行するプリ触媒の診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００８８】
図１７に示されるプリ触媒劣化判定ルーチンは、前述した第１実施形態のリッチリーン切り換えルーチン（図４、図９）、応答周期調整ルーチン（図１２、図１３）、下流空燃比センサの劣化判定ルーチン（図１４）に連なって実行されるもので、第１実施形態の劣化判定ルーチン（図１４）において下流空燃比センサ８２、８２が異常である（劣化している）との判定がなされた場合には、このプリ触媒劣化判定ルーチンは中止される。
【００８９】
図１７に示されるプリ触媒劣化判定ルーチンでは、まず、ステップＳ１７０１で応答周期を検出する。応答周期は、図１１（Ａ）に示される如くに、下流空燃比センサの出力が所定値から再び所定値まで戻るまでの時間であり、これが短いとプリ触媒７０、７０のＯＳＣが低下して浄化性能が低下したと判定できる。そこで、ステップＳ１７０２では、応答周期がエンジンの運転状態に応じて定められたしきい値ｂより短いか否かを判定し、短い場合はステップＳ１７０４に進み、そうでない場合はステップＳ１７０３に進む。ステップＳ１７０４では、プリ触媒異常判定処理を実施する。本処理ではプリ触媒７０が劣化したことを特定メモリに保存し、警告灯を点灯する。また、ステップＳ１７０３では、プリ触媒正常判定処理を実施する。すなわち、プリ触媒７０、７０の診断が実施され正常判定されたことを特定のメモリに保存し、診断実施カウンタをカウントアップする。
【００９０】
図１８は、図１７に示される劣化判定ルーチンのステップＳ１７０２で使用されるしきい値ｂの設定例を示す。図１８（Ａ）に示されるしきい値ｂは吸入空気量が多いほど短く設定されるが、応答周期が短くなると下流空燃比センサ８２の応答時間が支配的になりプリ触媒判定が困難になる。そこで図１８（Ｂ）に示される如くに、応答周期から応答時間を除いた補正応答周期をしきい値ｂとして使用しても良い。補正応答周期を用いれば、下流空燃比センサ８２、８２の応答ばらつきの影響を受けずに広い領域で正確にプリ触媒７０の劣化を判定できる。なお、本実施形態では、診断時に床下排気をストイキ近傍に制御するので、排気エミッションが悪化せず、しかも、リッチリーン運転を下流空燃比センサ８２の出力が反転するまで実施するので、プリ触媒７０のＯＳＣを正確に測定（推定）することができる。
【００９１】
上記した例では、前記プリ触媒７０の劣化判定を応答周期に基づいて行うようにされているが、応答周期に代えて、リッチリーン切り換え手段１０２から得られる燃料補正量（燃料噴射量の補正量）に基づいて行うことができる。
【００９２】
すなわち、図１９にコントロールユニット１００の機能ブロック図が示されているように、プリ触媒劣化判定手段１０７’は、前記応答周期に関連する情報としての、前記燃料補正量がエンジンの運転状態に応じて定められる所定値以下であるとき、前記プリ触媒７０が劣化したと判定するようにされる。
【００９３】
図２０は、前記燃料補正量を用いたプリ触媒劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
本劣化判定ルーチンにおいては、ステップＳ２００１でリッチリーン運転の燃料補正量を設定し、床下排気空燃比制御を実施する。ここでは、応答周期が所定範囲に収まるように、例えば図１２もしくは図１３に示されるルーチンに基づいた制御を実施する。そして、ステップＳ２００２では応答周期を検出し、ステップＳ２００３で応答周期が所定範囲にあるか否かを判定する。ここで応答周期が所定範囲内であればステップＳ２００４以降を実施し、そうでなければこのルーチンを終了する。ステップＳ２００５では、燃料補正量がしきい値ｃよりも多いか否かを判定する。エンジンの運転状態及び応答周期が一定であればプリ触媒７０のＯＳＣは燃料補正量で決まる（あるいは上流空燃比センサ８１の出力でも良い）。従って、燃料補正量がプリ触媒７０のＯＳＣが正常なときに設定されたしきい値ｃよりも多いということは、プリ触媒７０のＯＳＣが劣化していないことを意味する。そこで、しきい値ｃよりも多い場合には、ステップＳ２００５に進み、ステップＳ２００５では、プリ触媒正常判定処理を行う。しきい値ｃよりも少ない場合にはステップＳ２００６に進み、プリ触媒異常判定処理を行う。
【００９４】
図２１は、図２０に示される劣化判定ルーチンのステップＳ２００４で使用されるしきい値ｃの設定例を示す。図では、燃料補正量に対するしきい値ｃが示されており、吸入空気量とほぼ反比例する。本実施形態では、応答周期を一定に保つことにより、所定時間内に診断を済ますことができるので、診断頻度を十分に確保することができる。
【００９５】
［第３実施形態・・・上流空燃比センサの診断］
次に、本発明に係る排気系診断装置の第３実施形態を説明する。本第３実施形態の排気系診断装置３では、上流空燃比センサ８１、８１の診断を行うようにされ、第１実施形態のものとは、コントロールユニット１００による診断内容が異なるだけで、エンジン自体の構成は、図１、図２に示されるものと同じであるので、エンジン１０部分の説明は省略する。
【００９６】
本実施形態のコントロールユニット１００は、図２２に機能ブロック図で示されているように、第１実施形態と同様に、下流空燃比センサ８２、８２の出力に基づいて、メイン触媒とされる床下触媒７５に流入する排気の空燃比をストイキ近傍にするための制御を行う排気空燃比制御手段１０１と、上流空燃比センサ８１、８１の診断を行うべく、前記排気空燃比制御手段１０１から得られる情報に基づいて、Ａ、Ｂパンク３６、３７（の気筒群）の空燃比をリッチあるいはリーンに切り換えるリッチリーン切り換え手段１０２と、を備えることに加えて、前記Ａ、Ｂバンク３６、３７（の気筒群）の空燃比のリッチリーン切り換えが行われている際に、前記上流空燃比センサ８１、８１の応答性もしくはそれに関連する情報（燃料補正量）を検出する応答性検出手段１１０と、前記応答性もしくはそれに関連する情報に基づいて、前記上流空燃比センサ８１、８１の劣化を判定するプリ触媒劣化判定手段１１１と、を備え、上流空燃比センサ８１、８１に劣化ありと判定された場合には警告灯を点灯するようになっている。
【００９７】
より具体的には、コントロールユニット１００は、Ａバンク３６とＢバンク３７のそれぞれの気筒群の燃料噴射弁３０による燃料噴射量をアクティブに制御し、リッチ運転あるいはリーン運転し、前記上流空燃比センサ８１、８１の応答性を検出するとともに、前記応答性に代わる情報としての、リッチリーン切り換え手段１０２で演算される燃料補正量に基づいて、上流空燃比センサ８１、８１の劣化を判定するようにされる。
【００９８】
かかる上流空燃比センサ８１、８１の診断の詳細を、図２３に示されるコントロールユニット１００が実行する上流空燃比センサの診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００９９】
図２３に示される上流空燃比センサ劣化判定ルーチンは、少なくとも床下触媒７５が活性化した後でかつ診断のためのリッチリーン運転が実行された後に行われ、まず、ステップＳ２３０１では、上流空燃比センサ８１、８１の出力に基づいて応答性を検出する、ここでは、応答性として所定値から別の所定値に達するまでの応答時間を演算する。そして、ステップＳ２３０２で応答時間がしきい値ｄよりも長いか否かを判定し、長い場合には、テップＳ２３０７に進み、上流センサ応答劣化判定処理を実行してこのルーチンを終了し、また、ステップＳ２３０２で否と判定された場合には、ステップＳ２３０３に進み、所定（目標）空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御する。そして、ステップＳ２３０４で燃料補正量（燃料噴射量の補正量）がしきい値ｅよりも大きいか否かを判定し、大きい場合にはステップＳ２３０５に進み、上流センサゲイン劣化判定処理を実行し、そうでなければステップＳ２３０６で上流センサ正常判定処理を実行する。
【０１００】
図２４（Ａ）は、図２３に示される劣化判定ルーチンのステップＳ２３０２で使用される、応答時間に対するしきい値ｄの設定例を示す。図２４（Ａ）に示される如くに、応答時間に対するしきい値ｄが吸入空気量が大きくなるほど小さく設定され、このしきい値ｄよりも応答時間が長いと上流空燃比センサ８１の応答劣化と判定できる。ここで、吸入空気量に応じてしきい値ｄを設定するのは、吸入空気量が多いと排気の当たりがよくなり応答時間が短くなること、さらに吸入空気量が多い場合は一般的に高負荷領域であり排気温度が上がり応答時間が短くなること等による。
【０１０１】
また、図２４（Ｂ）は、図２３に示される劣化判定ルーチンのステップＳ２３０４で使用される、燃料補正量に対するしきい値ｅを示しており、吸入空気量が多いほどしきい値ｅも大きく設定され、このしきい値ｅよりも燃料補正量が大きければ上流空燃比センサ８１のゲイン劣化と判定する。また、しきい値ｅよりも小さければ上流空燃比センサ８１が正常であると判定する。すなわち、空燃比フィードバック制御によって補正される補正燃料噴射量が通常時よりも大きければ、上流空燃比センサ８１が劣化していると判定する。
【０１０２】
図２５（Ａ）、（Ｂ）は、応答劣化とゲイン劣化の違いの説明に供される図であり、空燃比フィードバック制御を行わずに燃料噴射量を変化させたときの上流空燃比センサ８１の出力を示す。図２５（Ａ）に示される如くに、応答劣化時には、正常時と比較して応答が遅い。一方、図２５（Ｂ）に示される如くに、ゲイン劣化時には、正常時と同じ燃料噴射量では応答幅が小さい。
【０１０３】
次に、前述した如くの排気系診断における回転変動防止策について、図２６、図２７を参照しながら説明する。
【０１０４】
ここでは、前述した第１実施形態の排気系診断装置１に回転変動防止策を講じた例について説明する。すなわち、本例では、図２６に示される如くに、図２の構成に加えて、エンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサ９０（図１のクランク角センサ３７でも可）を設け、その出力を床下排気空燃比制御手段１０１に取り込み、回転速度センサ９０の出力に基づいて回転変動を検出し、この回転変動に基づいて、リッチリーン運転の燃料補正量を調整したり、診断を中止したりするようにされる。
【０１０５】
図２７は、コントロールユニット１００が実行する回転変動防止策を講じた診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンにおいては、ステップＳ２７０１でリッチリーン切り換え運転する際の燃料補正量を設定する。次にステップＳ２７０２で回転速度センサ９０の出力に基づいて回転変動を検出する。そして、ステップＳ２７０３で回転変動が所定値よりも大きいか否かを判定し、所定値よりも大きい場合はステップＳ２７０４に進み、そうでない場合はステップＳ２７０５に進む。
【０１０６】
ステップＳ２７０４では、回転変動を抑えるため，燃料補正量をステップＳ２７０１で定められた値よりも小さく設定する。一方、ステップＳ２７０５では応答周期を検出し、ステップＳ２７０６で応答周期が所定値よりも大きい場合は、ステップＳ２７０７に進み、診断を一時中止し、劣化判定を実施しない。また、応答周期が所定値よりも短い場合は、ステップＳ２７０８に進み、前述した如くの排気系診断を実施する。本ルーチンを実行すれば、診断時の回転変動を抑制することができるとともに、応答周期が所定値よりも大きい場合は、診断を一時中止することにより、診断精度の向上等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係る排気系診断装置の第１実施形態を、それが適用された車載用筒内噴射式エンジンの一例と共に示す概略構成図。
【図２】本発明に係る排気系診断装置の第１実施形態の排気系診断に関与する部分を概略的に示す図。
【図３】空燃比センサ特性の一例を示し、（Ａ）は、ストイキを中心に線形の電圧を出力するリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の特性を示す図、（Ｂ）は、ストイキを中心にスイッチ的に出力が変わる空燃比センサ（Ｏ２センサ）の特性を示す図。
【図４】コントロールユニットが実行する下流空燃比センサの診断におけるリッチリーン切り換えルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５】図４に示されるリッチリーン切り換えルーチンを実行したときの各バンクの燃料補正量と下流空燃比センサの出力とを模式的に示す図。
【図６】下流空燃比センサの出力を参照せずに、リッチリーン運転した場合の各バンクの燃料補正量と下流空燃比センサの出力とを模式的に示す図。
【図７】周期Ｔ２が短すぎて下流空燃比センサの劣化検出ができない場合の各バンクの燃料補正量と下流空燃比センサの出力とを模式的に示す図。
【図８】プリ触媒の酸素貯蔵能力がＡ、Ｂバンクで異なる場合の各バンクの燃料補正量と下流空燃比センサの出力とを模式的に示す図。
【図９】コントロールユニットが実行する下流空燃比センサの診断におけるリッチリーン切り換えルーチンの他の例を示すフローチャート。
【図１０】図９に示されるリッチリーン切り換えルーチンを実行したときの各バンクの燃料補正量と下流空燃比センサの出力の変化を模式的に示す図。
【図１１】（Ａ）は、下流空燃比センサの応答周期の説明に供される図、（Ｂ）は。下流空燃比センサの応答時間の説明に供される図。
【図１２】コントロールユニットが実行する下流空燃比センサの診断における応答周期調整ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１３】コントロールユニットが実行する下流空燃比センサの診断における応答周期調整ルーチンの他の例を示すフローチャート。
【図１４】コントロールユニットが実行する下流空燃比センサの診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１５】応答時間に対するしきい値ａの設定例を示す図。
【図１６】本発明に係る排気系診断装置の第２実施形態の排気系診断に関与する部分を概略的に示す図。
【図１７】コントロールユニットが実行するプリ触媒の診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１８】しきい値ｂの設定例を示し、（Ａ）は応答周期に対するしきい値ｂを、（Ｂ）は補正応答周期に対するしきい値ｂを示す図。
【図１９】本発明に係る排気系診断装置の第２実施形態の他の例における排気系診断に関与する部分を概略的に示す図。
【図２０】図１９に示される排気系診断装置におけるプリ触媒劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図２１】燃料噴射量に対するしきい値ｃの設定例を示す図。
【図２２】本発明に係る排気系診断装置の第３実施形態の排気系診断に関与する部分を概略的に示す図。
【図２３】コントロールユニットが実行する上流空燃比センサの診断における劣化判定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図２４】（Ａ）は応答時間に対するしきい値ｄの設定例を示す図、（Ｂ）は、燃料補正量に対するしきい値ｅの設定例を示す図。
【図２５】応答劣化（Ａ）とゲイン劣化（Ｂ）の違いの説明に供される図。
【図２６】第１実施形態の排気系診断装置に回転変動防止策を講じた例の説明に供される排気系診断に関与する部分を概略的に示す図。
【図２７】コントロールユニットが実行する回転変動防止策を講じた診断ルーチンの一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１０８】
１・・・第１実施形態の排気系診断装置
２・・・第２実施形態の排気系診断装置
３・・・第３実施形態の排気系診断装置
１０・・・エンジン
３０・・・燃料噴射弁
４０・・・排気通路
４２・・・上流側排気通路部
４４・・・集合部
４５・・・下流側排気通路部
７０・・・プリ触媒
７５・・・床下触媒（メイン触媒）
８１・・・上流空燃比センサ
８２・・・下流空燃比センサ
９０・・・回転速度センサ
１００・・・コントロールユニット
１０１・・・床下排気空燃比制御手段
１０２・・・リッチリーン切り換え手段
１０３・・・応答性検出手段
１０４・・・下流センサ劣化判定手段
１０６・・・応答周期検出手段
１０７・・・プリ触媒劣化判定手段
１１０・・・応答性検出手段
１１１・・・上流センサ劣化判定手段
【図１】
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【図２】
2005337089.tif 000004
【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】
2005337089.tif 000009
【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】
2005337089.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2005337089.tif 000021
【図２０】
2005337089.tif 000022
【図２１】
2005337089.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2005337089.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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