(57)【要約】【課題】触媒の硫黄被毒による一時的異常を恒久的異常と区別し、誤診断を防止する。【解決手段】触媒の性能指標値ＯＳＣｍを実測する。その一方で、触媒に与えられてきたストレスＳＴＲ１を推定し、推定されたストレスに対応した性能指標値ＯＳＣｅを、ストレスＳＴＲと性能指標値ＯＳＣとの間の所定の関係Ｌから推定する。実測値ＯＳＣｍと推定値ＯＳＣｅとの間の乖離ΔＯＳＣｅｍを所定値βと比較し、触媒が異常か否かについての仮の判定を行う。硫黄被毒した触媒を最終的に異常と誤診断することを回避することができる。【選択図】図７
2012031761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の性能指標値を実測する実測手段と、
前記触媒に与えられてきたストレスを推定するストレス推定手段と、
前記ストレスと前記性能指標値との間の所定の関係から、推定された前記ストレスに対応した前記性能指標値を推定する推定手段と、
前記性能指標値の実測値と推定値との間の乖離を算出する乖離算出手段と、
算出された前記乖離を第１所定値と比較して、前記触媒が異常か否かについての仮の判定を行う仮判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２】
前記仮判定手段が仮異常判定をしたとき、前記触媒の再生を行う再生手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
【請求項３】
前記触媒の再生後、前記実測手段が前記触媒の性能指標値を再実測する
ことを特徴とする請求項２に記載の触媒異常診断装置。
【請求項４】
前記性能指標値の実測値と再実測値との乖離が第２所定値より大きいとき、前記触媒が硫黄被毒していたと判定する硫黄被毒判定手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項３に記載の触媒異常診断装置。
【請求項５】
前記硫黄被毒判定手段が前記触媒を硫黄被毒していたと判定したとき、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項４に記載の触媒異常診断装置。
【請求項６】
推定された前記硫黄濃度に基づき、排気ガス影響による硫黄被毒の影響を除去すべく、前記再実測値およびこれの比較対象となる異常判定値のうちの一方を補正する硫黄補正手段と、補正された一方と補正されてない他方とを比較して前記触媒が正常か異常かを最終判定する判定手段と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記実測値が第３所定値以下のとき、前記乖離算出手段が前記乖離の算出を行う
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項８】
前記ストレスと前記性能指標値との間の前記関係を補正するストレス補正手段をさらに備え、
前記仮判定手段が仮異常判定をしなかったとき、前記ストレス補正手段が前記関係を前記実測値に合わせて補正する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項９】
前記ストレスと前記性能指標値との間の前記関係を補正するストレス補正手段をさらに備え、
前記硫黄被毒判定手段が前記触媒を硫黄被毒していたと判定しなかったとき、前記ストレス補正手段が前記関係を前記再実測値に合わせて補正する
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項１０】
前記触媒が、酸素吸蔵能を有する触媒であり、前記性能指標値が、前記触媒の酸素吸蔵容量である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒は使用時間の増大につれ経時劣化し、次第に初期の性能を失っていく。過度に性能が低下した触媒を使用し続けることは環境上好ましいことではない。そこで触媒の異常診断をオンボードで行い、排ガスエミッションが悪化した車両の走行を未然に防止するようにしている。
【０００３】
触媒の異常診断においては、典型的に、現状の触媒の性能を表す指標値すなわち性能指標値を実測し、この実測した性能指標値を所定値と比較して触媒が正常か異常かを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５４０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料中に含まれる硫黄（Ｓ）の影響により触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒ともいう）することがある。Ｓ被毒が発生すると、その未発生時に比べ、性能指標値の実測値が低下し、見掛け上触媒が劣化したようになる。しかしながらＳ被毒は、硫黄濃度の低い燃料が再給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、解消する。
【０００６】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００７】
なお特許文献１では、ＮＯｘトラップ触媒におけるイオウ付着量を走行距離に応じて推定すると共に、使用ガソリン燃料がハイオクタンかレギュラーかによって、同一走行距離に対し異なるイオウ付着量を推定するようにしている。しかし、レギュラーガソリンにマンガンを添加してオクタン価を上昇させる場合のように、燃料のオクタン価とＳ濃度との間には必ずしも相関関係が無い。よって特許文献１の技術では必ずしもイオウ付着量を正確に推定できる訳ではないと考えられる。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、触媒のＳ被毒に起因する回復可能な一時的異常を回復不能な恒久的異常と区別し、誤診断を未然に防止し得る触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の性能指標値を実測する実測手段と、
前記触媒に与えられてきたストレスを推定するストレス推定手段と、
前記ストレスと前記性能指標値との間の所定の関係から、推定された前記ストレスに対応した前記性能指標値を推定する推定手段と、
前記性能指標値の実測値と推定値との間の乖離を算出する乖離算出手段と、
算出された前記乖離を第１所定値と比較して、前記触媒が異常か否かについての仮の判定を行う仮判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１０】
触媒の性能指標値とは、触媒の性能を表す指標値をいい、例えば触媒の酸素吸蔵容量や特定排ガス成分の浄化率等をいう。またストレスとは、触媒が過去に受け、触媒を劣化方向に導くような負担あるいは負荷をいう。ストレスと性能指標値との間の関係は予め実験的に求めることができるので、当該関係を用いることにより、推定ストレスに対応した性能指標値を推定することが可能である。
【００１１】
性能指標値の実測値と推定値との間の乖離は、実測値が予め想定されていたよりもどの程度異常側にズレたかを示すことができる。よって乖離を第１所定値と比較することにより、Ｓ被毒に起因する実測値の大きなズレを検知することができる。乖離と第１所定値との比較結果に応じて、触媒が異常との仮の判定を行うことにより、Ｓ被毒した触媒を最終的に異常と誤診断することを回避することができ、また異常原因特定等の適切な措置を講じることができる。
【００１２】
これにより、触媒のＳ被毒に起因する回復可能な一時的異常を回復不能な恒久的異常と区別し、誤診断を未然に防止することができる。
【００１３】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記仮判定手段が仮異常判定をしたとき、前記触媒の再生を行う再生手段をさらに備える。これにより、触媒がＳ被毒していた場合にそのＳ被毒の影響を解消できる。
【００１４】
好ましくは、前記触媒の再生後、前記実測手段が前記触媒の性能指標値を再実測する。これにより、触媒がＳ被毒していた場合にＳ被毒解消後の性能指標値の再実測値を得ることができる。
【００１５】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記性能指標値の実測値と再実測値との乖離が第２所定値より大きいとき、前記触媒が硫黄被毒していたと判定する硫黄被毒判定手段をさらに備える。
【００１６】
再生前の実測値と再生後の再実測値との乖離が大きいときには、再生前の触媒がＳ被毒していたということができる。よって実測値と再実測値との乖離が第２所定値より大きいとき、触媒がＳ被毒していたと判定する。これにより実測値がズレていた原因を特定できる。
【００１７】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記硫黄被毒判定手段が前記触媒を硫黄被毒していたと判定したとき、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段をさらに備える。
【００１８】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、推定された前記硫黄濃度に基づき、排気ガス影響による硫黄被毒の影響を除去すべく、前記再実測値およびこれの比較対象となる異常判定値のうちの一方を補正する硫黄補正手段と、補正された一方と補正されてない他方とを比較して前記触媒が正常か異常かを最終判定する判定手段と、をさらに備える。
【００１９】
詳しくは後述するが、Ｓ被毒には、排気ガス中のＳＯｘに由来する排気ガス影響によるものと、触媒表面上に蓄積したＳＯｘに由来する蓄積影響によるものとの二種類がある。このうち後者は再生によって解消するが、前者は再生によっても解消しない。そこで前者のＳ被毒の影響を解消すべく、再実測値およびこれの比較対象となる異常判定値のうちの一方を補正する。これにより前者のＳ被毒の影響を取り除いて診断精度を向上できる。
【００２０】
好ましくは、前記実測値が第３所定値以下のとき、前記乖離算出手段が前記乖離の算出を行う。これにより不必要な再生等を回避し、不必要な燃料消費等を避けることができる。
【００２１】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記ストレスと前記性能指標値との間の前記関係を補正するストレス補正手段をさらに備え、
前記仮判定手段が仮異常判定をしなかったとき、前記ストレス補正手段が前記関係を前記実測値に合わせて補正する。
【００２２】
ストレスと性能指標値との関係は実状とズレる場合がある。仮判定手段が仮異常判定をしなかったときには、Ｓ被毒の虞がなく、性能指標値の実測値は実状を表していると考えられる。よって、前記関係を実測値に合わせて補正することにより、前記関係の実状とのズレを解消することができる。
【００２３】
好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記ストレスと前記性能指標値との間の前記関係を補正するストレス補正手段をさらに備え、
前記硫黄被毒判定手段が前記触媒を硫黄被毒していたと判定しなかったとき、前記ストレス補正手段が前記関係を前記再実測値に合わせて補正する。
【００２４】
硫黄被毒判定手段が触媒を硫黄被毒していたと判定しなかったときには、Ｓ被毒の虞がなく、性能指標値の再実測値は実状を表していると考えられる。よって、前記関係を再実測値に合わせて補正することにより、前記関係の実状とのズレを解消することができる。
【００２５】
好ましくは、前記触媒が、酸素吸蔵能を有する触媒であり、前記性能指標値が、前記触媒の酸素吸蔵容量である。好ましくは、前記触媒は、三元触媒および吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の少なくとも一方を含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、触媒のＳ被毒に起因する回復可能な一時的異常を回復不能な恒久的異常と区別し、誤診断を未然に防止することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】基本方法におけるアクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】基本方法における酸素吸蔵容量の実測方法を示すタイムチャートである。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】ストレスマップを示す図である。
【図７】乖離算出と仮異常判定の方法を説明するためのグラフである。
【図８】異常診断処理のフローチャートである。
【図９】酸素吸蔵容量の各値を示すグラフである。
【図１０】酸素吸放出反応の様子を示す図である。
【図１１】排気ガス中のＳＯｘが触媒に付着する様子を示す図である。
【図１２】ＳＯｘ還元の様子を示す図である。
【図１３】触媒成分への硫黄残留の様子を示す図である。
【図１４】再実測値の補正の様子を示すグラフである。
【図１５】異常判定値の補正の様子を示すグラフである。
【図１６】ストレスマップ補正の一の態様を示すグラフである。
【図１７】ストレスマップ補正の別の態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき詳述する。
【００２９】
図１は、本実施形態の構成を概略的に示す。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００３０】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００３１】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する単位時間当たりの空気量すなわち吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００３２】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００３３】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００３４】
上流触媒１１の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂酸素センサ（Ｏ2センサ）からなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００３５】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００３６】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、上流触媒１１及び下流触媒１９に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７の出力に基づきフィードバック制御する。
【００３７】
ここで、異常診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００３８】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００３９】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００４０】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００４１】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。
【００４２】
［異常診断の基本方法］
触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵または放出し得る酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表すことができる。すなわち、触媒の劣化度が小さく酸素吸蔵能が高いほど、酸素吸蔵容量は大きくなり、触媒の劣化度が大きく酸素吸蔵能が低いほど、酸素吸蔵容量は小さくなる。
【００４３】
よってこの酸素吸蔵容量を計測あるいは実測し、当該実測値に基づいて触媒の異常を診断する方法、すなわちＣｍａｘ法が一般的に採用されている。このＣｍａｘ法が本実施形態の異常診断の基本方法をなす。
【００４４】
このように、本実施形態では、触媒の性能がその酸素吸蔵能の大きさ、具体的には酸素吸蔵容量ＯＳＣの大きさによって表される。よって触媒の性能を表す指標値すなわち性能指標値は、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値そのものである。酸素吸蔵容量ＯＳＣの実測値が大きいほど触媒の性能は高く、酸素吸蔵容量ＯＳＣの実測値が小さいほど触媒の性能は低いといってよい。
【００４５】
もっとも、触媒の性能指標値は酸素吸蔵容量ＯＳＣ以外であってもよい。例えば、本実施形態のような三元触媒の場合、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの三者を同時に浄化できるので、ＣＯ浄化率、ＨＣ浄化率およびＮＯｘ浄化率の少なくとも一つを性能指標値としてもよい。また、酸素吸蔵能を有する触媒としては、三元触媒の他に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）もある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるときに吸蔵ＮＯｘを放出して還元処理する触媒である。従って性能指標値として酸素吸蔵容量ＯＳＣを用いる場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を診断対象の触媒に含めることができる。言い換えれば診断対象の触媒は、三元触媒および吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の少なくとも一方を含むことができる。
【００４６】
本発明において、診断対象の触媒とその性能指標値に関する限定は特にない。従って種々の触媒と、各々の触媒に対応した様々な性能指標値（例えば特定排ガス成分の浄化率）との組合せが、採用可能である。
【００４７】
さて、異常診断に際してはまず、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒上流側の空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境に、リッチおよびリーンに交互に制御する。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比も、リッチおよびリーンに交互に制御されることとなる。
【００４８】
また、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００４９】
以下、図３及び図４を用いて、上流触媒１１の酸素吸蔵容量の実測方法を説明する。
【００５０】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００５１】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行されている。このとき、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これにより空燃比制御はリーン制御からリッチ制御に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００５２】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられ、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００５３】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００５４】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。隣り合うリーン制御とリッチ制御の組をアクティブ空燃比制御の１周期とする。アクティブ空燃比制御は所定のＮ周期（Ｎは２以上の整数）実行される。
【００５５】
ここでリーン判定値ＶＬは、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定する値である。このリーン判定値ＶＬは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さい（リーン側の）値に予め定められている。
【００５６】
同様に、リッチ判定値ＶＲは、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定する値である。このリッチ判定値ＶＲは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きい（リッチ側の）値に予め定められている。
【００５７】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測或いは実測される。
【００５８】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００５９】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして実測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が実測される。
【００６０】
【数１】
2012031761.tif 000003
【００６１】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００６２】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が前式（１）に従って実測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に実測される。
【００６３】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との実測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００６４】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との実測値の平均値を算出する。そしてこの平均値を所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値が異常判定値αより大きいときには触媒１１を正常と判定し、平均値が異常判定値α以下のときには触媒１１を異常と判定する。なお触媒を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００６５】
ここで、アクティブ空燃比制御および診断を実行するための前提条件について説明する。まず前提条件には、（１）吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとが所定の関係を満たしている、という条件が含まれる。吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５で検出される。触媒温度Ｔｃは、エンジン運転状態（例えば回転速度と負荷）に基づきＥＣＵ２０により推定されるが、温度センサで直接検出してもよい。
【００６６】
エンジンが定常運転している場合、即ちエンジンの回転速度と負荷がほぼ一定の場合、吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの間には一定の相関関係が存在する。他方、両者が大きくかけ離れているときは、エンジンが定常運転状態になく、加速又は減速即ち過渡運転が行われている状態とみなせる。
【００６７】
そこで定常運転時の吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの関係を予めマップ化し、マップ値を中心とした所定範囲内に両者の実際値があるときに、定常運転中であるとして診断を許可する。逆に、その所定範囲内に両者の実際値がないときは、非定常運転中であるとして診断を禁止する。こうすることで一定以上の診断精度を確保可能となる。このように条件（１）は、実質的に、エンジンが定常運転中であるという条件を意味する。
【００６８】
また前提条件には、（２）少なくとも上流触媒１１が活性化している、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している、（４）現トリップ中で診断が未完了である、の各条件が含まれる。
【００６９】
（２）については、推定触媒温度Ｔｃが所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（３）については、ＥＣＵ２０によって推定される触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（４）について、トリップとは、エンジンの１回の始動から停止までの期間をいう。本実施形態では１トリップ当たりに少なくとも１回、診断を実行するようにしており、現トリップ中で未だ診断が１回も完了していない場合に（４）が成立する。
【００７０】
これら条件（１）〜（４）の全てが満たされたとき、前提条件が満たされたとする。またこれら条件（１）〜（４）のうちいずれかが満たされていないとき、前提条件が満たされていないとする。
【００７１】
［本実施形態の異常診断方法］
次に、本実施形態の異常診断方法をより具体的に説明する。
【００７２】
本実施形態では、触媒１１が与えられてきたストレス、より詳しくは、ある時点において触媒１１が使用開始時からその時点までに与えられてきたストレスを推定する。ストレスとは、触媒が過去に受け、触媒を劣化方向に導くような負担あるいは負荷をいう。本実施形態では、触媒１１の温度（推定触媒温度Ｔｃ）、触媒１１の使用時間、および触媒１１に供給された排気ガスの空燃比（触媒前センサ１７で検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）に基づき、ＥＣＵ２０が所定のマップまたは関数に従ってストレスＳＴＲを推定する。触媒１１の温度が高いほど、また触媒１１の使用時間が長いほど、また触媒１１に供給された排気ガスの空燃比がリーンであるほど、触媒１１の劣化が進行するからである。なお触媒１１の高温時にフューエルカットが行われたときには触媒の劣化進行が極めて著しい。高温リーン下では触媒の貴金属からなる触媒成分３２が著しく酸化される。
【００７３】
例えばＥＣＵ２０は、エンジン運転中、所定の演算周期毎に、１周期当たりのストレス（これを瞬間ストレスという）を算出すると共に、この瞬間ストレスを積算して、ある時点の推定ストレスＳＴＲの値を算出する。ＥＣＵ２０は、所定のマップ等を利用して、触媒１１の温度が高いほど、また触媒１１に供給された排気ガスの空燃比が大きい（リーンである）ほど、大きな瞬間ストレスを算出する。そしてこの瞬間ストレスの積算時間が長いほど、即ち触媒１１の使用時間が長いほど、ある時点での推定ストレスＳＴＲの値は大きくなる。ストレスＳＴＲの推定はエンジン運転中に常時行われる。
【００７４】
一方、ストレスＳＴＲと、触媒性能指標値である酸素吸蔵容量ＯＳＣとの関係が、予め実験的に定められ、図６に示すようなマップの形（関数でもよい）でＥＣＵ２０に記憶されている。当該関係は図中の線Ｌで示される。以下、図中の線Ｌを関係若しくはマップ値といい、図示されるマップをストレスマップという。当然ながら、ストレスＳＴＲが大きいほど触媒が劣化するので、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値は小さくなる。
【００７５】
次に、ＥＣＵ２０は、推定ストレスＳＴＲに対応した触媒性能指標値すなわち酸素吸蔵容量ＯＳＣを、ストレスマップから推定あるいは算出する。この推定あるいは算出は必要に応じて行われるが、エンジン運転中に常時行ってもよい。
【００７６】
一方、ＥＣＵ２０は、酸素吸蔵容量ＯＳＣの実測値と推定値との間の乖離を算出する。すなわち、図７に示すように、推定ストレスＳＴＲがＳＴＲ１である時点において、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値（本実施形態では複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との平均値）が実測された場合に、ＥＣＵ２０は、その実測値ＯＳＣｍと、推定ストレスＳＴＲ１に対応した推定値ＯＳＣｅとの乖離ないし差分を算出する。乖離ΔＯＳＣｅｍはΔＯＳＣｅｍ＝ＯＳＣｅ−ＯＳＣｍから求められる。図示例では、実測値ＯＳＣｍが推定値ＯＳＣｅを下回っている。
【００７７】
次に、ＥＣＵ２０は、算出された乖離ΔＯＳＣｅｍを、第１所定値としての仮異常判定値β（＞０、図７参照）と比較して、触媒１１が異常か否かについての仮の判定を行う。ΔＯＳＣｅｍ＞βのときは、触媒１１が異常という仮の判定すなわち仮異常判定を行い、ΔＯＳＣｅｍ≦βのときは仮異常判定を行わない。
【００７８】
実測値ＯＳＣｍと推定値ＯＳＣｅとの間の乖離ΔＯＳＣｅｍが大きいということは、触媒１１が予め想定されていたよりも異常側にあることになる。そしてその異常原因として、一つには触媒１１のＳ被毒が考えられ、もう一つには触媒１１の真の劣化が考えられる。但しこの段階ではそのいずれかであるかを特定することはできず、単に両者の疑いがあるだけである。そこで乖離ΔＯＳＣｅｍが仮異常判定値βよりも大きいときには、異常原因を特定するため、暫定的に仮異常判定し、異常との最終判定を行わないようにしている。これによりＳ被毒に起因する回復可能な一時的異常を、回復不能な恒久的異常すなわち劣化と区別し、誤診断を未然に防止することができる。
【００７９】
特に近年では、貴金属量（触媒成分３２の量）を低減した触媒が開発過程にあり、このような低貴金属触媒ではＳ被毒による誤診断が起こりやすい。本実施形態はこうした低貴金属触媒を使用した場合の誤診断防止に大変有効である。
【００８０】
一方、異常原因が真の劣化である場合などには、ストレスマップに示されたようなストレスＳＴＲと酸素吸蔵容量ＯＳＣとの関係が実状とズレている可能性がある。よってこの場合には、当該関係、具体的にはストレスマップを補正する。この補正については後述する。
【００８１】
以上が本実施形態の異常診断の概要であるが、その詳細については次項で述べることとする。
【００８２】
［本実施形態の異常診断処理］
図８には、ＥＣＵ２０が実行する異常診断処理のフローチャートを示す。まず最初のステップＳ１０１では、触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が実測されたか否かが判断される。すなわち、上述の前提条件が満たされ、アクティブ空燃比制御が実行され、この最中に複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との値が計測され、これらの平均値が求められて酸素吸蔵容量の実測値ＯＳＣｍが得られたかどうかが判断される。
酸素吸蔵容量の実測値ＯＳＣｍが得られていなければ待機状態となり、酸素吸蔵容量の実測値ＯＳＣｍが得られたならば、ステップＳ１０２に進む。
【００８３】
ステップＳ１０２では、酸素吸蔵容量の実測値ＯＳＣｍが、第３所定値としての閾値αｘ（図７参照）以下か否かが判断される。この閾値αｘは前述の異常判定値αより大きい値である。ここでは、たとえ触媒がＳ被毒していたとしても正常とみなせるほどに十分大きな実測値ＯＳＣｍが得られたかどうかを判断している。なお閾値αｘは異常判定値αと等しい値としても良い。
【００８４】
実測値ＯＳＣｍが閾値αｘより大きいときには、十分大きな実測値ＯＳＣｍが得られたとして、詳細は後述するが、ステップＳ１１３以降に進んで直接最終的な正異常判定がなされる。他方、実測値ＯＳＣｍが閾値αｘ以下のときにはステップＳ１０３に進む。
【００８５】
ステップＳ１０３では、現時点での推定ストレスＳＴＲに対応した酸素吸蔵容量の推定値ＯＳＣｅがストレスマップから算出されると共に、この推定値ＯＳＣｅと実測値ＯＳＣｍとの乖離ΔＯＳＣｅｍが算出される。そして算出された乖離ΔＯＳＣｅｍが、仮異常判定値β（＞０）より大きいか否かが判断される。
乖離ΔＯＳＣｅｍが仮異常判定値βより大きいときには、実測値ＯＳＣｍが推定値ＯＳＣｅを大きく下回っているので、ステップＳ１０４に進んで仮異常判定がなされる。即ちこのときには、触媒１１がＳ被毒しているかあるいは劣化している可能性があるので、ステップＳ１０４に進んで、触媒１１が異常であるとの仮の判定がなされる。この仮異常判定の後、ステップＳ１０５に進む。
【００８６】
他方、乖離ΔＯＳＣｅｍが仮異常判定値β以下のときには、ステップＳ１１７に進んで後述するストレスマップの補正が行われる。
【００８７】
ステップＳ１０５〜Ｓ１０７では、仮に触媒１１がＳ被毒していた場合にこれを解消するため、触媒１１の再生すなわちＳ再生が行われる。まずステップＳ１０５では、推定触媒温度Ｔｃが、比較的高温の所定温度Ｔｃ１より高いか否かが判断される。推定触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１以下の場合には待機状態となり、推定触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より高い場合にはステップＳ１０６に進む。
【００８８】
ステップＳ１０６では、燃焼室３内の混合気の空燃比がストイキよりリッチな値に制御され、すなわち空燃比Ａ／Ｆがリッチ化される。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比もストイキよりリッチとなり、高温且つリッチという条件が整って、触媒１１に付着していた硫黄成分が脱離放出される。
【００８９】
次のステップＳ１０７ではＳ再生が終了したか否か、すなわち、推定触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より高いという条件下でリッチ化が所定時間行われたか否かが判断される。
Ｓ再生が終了してないときにはステップＳ１０６に戻って空燃比リッチ化が継続され、Ｓ再生が終了したときにはステップＳ１０８に進む。
【００９０】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０１と同様の方法で、触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が再実測されたか否かが判断される。すなわち、Ｓ再生終了後に前提条件が満たされると、アクティブ空燃比制御が開始され、あとはステップＳ１０１に関して説明したのと同様の方法で酸素吸蔵容量ＯＳＣが再実測される。この再実測値ＯＳＣｍ２が得られたかどうかがここでは判断されている。
再実測されていなければ待機状態となり、再実測されたならばステップＳ１０９に進む。
【００９１】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１で得られた実測値ＯＳＣｍと、ステップＳ１０８で得られた再実測値ＯＳＣｍ２との乖離すなわち回復量ΔＯＳＣｍｍ２が算出され、この回復量ΔＯＳＣｍｍ２が第２所定値としての回復判定値γより大きいか否かが判断される。回復量ΔＯＳＣｍｍ２はΔＯＳＣｍｍ２＝ＯＳＣｍ２−ＯＳＣｍから求められる。
【００９２】
回復量ΔＯＳＣｍｍ２は、Ｓ再生実行の結果、実測値ＯＳＣｍがどの程度増大あるいは回復したかを示す値である。これに関して図９を用いて説明する。
【００９３】
図９において、（Ａ）は酸素吸蔵容量の推定値ＯＳＣｅ、（Ｂ）はＳ再生前の酸素吸蔵容量の実測値ＯＳＣｍ、（Ｃ）はＳ再生後の酸素吸蔵容量の再実測値ＯＳＣｍ２で触媒がＳ被毒していた場合、（Ｄ）はＳ再生後の酸素吸蔵容量の再実測値ＯＳＣｍ２で触媒がＳ被毒しておらず劣化していた場合をそれぞれ示す。
【００９４】
図示するように、実測値ＯＳＣｍは推定値ＯＳＣｅより著しく小さく、その差は仮異常判定値βより大きい。これに対し、Ｓ被毒していた場合の再実測値ＯＳＣｍ２は、Ｓ再生の結果、実測値ＯＳＣｍより大きく増大しており、回復量ΔＯＳＣｍｍ２は大である。対照的に、Ｓ被毒しておらず劣化していた場合の再実測値ＯＳＣｍ２は、Ｓ再生してもそれ程変わらず、実測値ＯＳＣｍより僅かに増大するのみで、回復量ΔＯＳＣｍｍ２も小である。
【００９５】
よってこの特性を考慮し、図８に示すように、回復量ΔＯＳＣｍｍ２が回復判定値γ（図９も参照）より大きいときには、ステップＳ１１０において、触媒はＳ被毒していたとの判定すなわちＳ被毒判定が行われる。他方、回復量ΔＯＳＣｍｍ２が回復判定値γ以下のときには、ステップＳ１１６において、触媒はＳ被毒ではなく劣化しているとの判定すなわち劣化判定が行われる。
【００９６】
ここで、図９（Ｃ）のＳ被毒の場合についてより詳しく説明する。Ｓ再生の後、再実測値ＯＳＣｍ２は、推定値ＯＳＣｅを上回ることもあるが、多くの場合には図示されるように推定値ＯＳＣｅほどまでには増大しない。これは次に述べるＳ被毒のメカニズムに関連している。
【００９７】
まず前提として、触媒の劣化のみにより酸素吸蔵容量の実測値が低下する要因として、次の三つが挙げられる。
（１）触媒の酸素吸蔵容量（キャパシティ）自体の低下
（２）リーン雰囲気下での酸素吸蔵速度の低下
（３）リッチ雰囲気下での酸素放出速度の低下
【００９８】
また、触媒における酸素吸放出反応は下記のようにして起こる。図１０（Ａ）に示す酸素吸蔵反応の場合、排気ガス中の酸素Ｏ2は、酸素吸蔵成分を含むコート材３１に直接付着ないし吸着する。他方、図１０（Ｂ）に示す酸素放出反応の場合、コート材３１に付着ないし吸着していた酸素Ｏ2は、貴金属からなる触媒成分３２を介してコート材３１から放出される。上記（１）、（２）の要因はコート材３１の性能のみに依存するといってほぼ差し支えない。
【００９９】
他方、コート材３１に対するＳＯｘ（硫黄酸化物）の吸着により酸素吸蔵容量は低下するが、元来触媒が有する酸素吸蔵容量は非常に大きいので、現実問題として、ＳＯｘ吸着による影響は少ないと考えられる。高硫黄濃度の燃料を使用したとき酸素吸蔵容量実測値が低下する主な要因は、上記（３）の酸素放出速度の低下、および酸素放出量の低下にあると考えられる。酸素を放出できなければその分吸蔵もできないからである。従ってＳ被毒影響のポイントは酸素放出の点にあると考えられる。
【０１００】
図１１に示すように、元々のＳ被毒の原因は排気ガス中に含まれるＳＯｘであり、これがコート材３１や触媒成分３２に付着してＳ被毒をもたらす。但し、触媒成分３２（貴金属）とＳＯｘとの結合力は弱く、触媒成分３２に直接付着したＳＯｘの影響度は小さい。
【０１０１】
一方、硫黄成分がＳＯｘとしてコート材３１や触媒成分３２に付着しただけでは、触媒活性度低下への影響は少なく、それ程問題視する必要はない。むしろ、問題視すべきは下記の反応である。
【０１０２】
触媒が活性であると、ＳＯｘが触媒成分３２上で酸化または還元される。図１２はこの還元の様子を示し、（Ａ）は還元前、（Ｂ）は還元後である。還元の結果、ＳＯｘから分解された酸素が排気ガス中のＨＣおよびＣＯと反応し、Ｈ2ＯとＣＯ2が生成されている。
【０１０３】
しかしながら、このとき触媒温度が十分な高温でないと、（Ｂ）に示すように、ＳＯｘが還元されるときにＳ（硫黄）のみが触媒成分３２上に残留し、触媒成分３２を被覆する。このＳによる被覆が、触媒成分３２を介する反応を阻害し、上記（３）の酸素放出速度の低下ひいては酸素放出量の低下をもたらし、酸素吸蔵容量実測値を低下させる主な要因となる。
【０１０４】
ところで、触媒成分３２上に残留するＳの原因となるＳＯｘについては、図１３（Ａ）に示すような排気ガス中のＳＯｘと、図１３（Ｂ）に示すようなコート材３１（および触媒成分３２）上に蓄積したＳＯｘとがある。そこで便宜上、前者によるＳ被毒を排気ガス影響によるＳ被毒と称し、後者によるＳ被毒を蓄積影響によるＳ被毒と称し、両者を区別する。
【０１０５】
排気ガス影響によるＳ被毒は、排気ガス中にＳＯｘが存在する限り解消せず、高硫黄濃度の燃料を使い続ける限り起こるもので、Ｓ再生しても解消しない。他方、蓄積影響によるＳ被毒は、Ｓ再生を実行することにより解消する。
【０１０６】
そして、酸素吸蔵容量実測値を低下させる主な原因となるのは、後者、すなわち蓄積影響によるＳ被毒である。このときには大量のＳＯｘがコート材３１および触媒成分３２上に蓄積するからである。
【０１０７】
図９に戻って、Ｓ再生を行うと蓄積影響によるＳ被毒は解消するので、（Ｂ）に示すＳ再生前の実測値ＯＳＣｍから（Ｃ）に示すＳ再生後の再実測値ＯＳＣｍ２までの回復量ΔＯＳＣｍｍ２（図中矢印Ａで示す）は、蓄積影響によるＳ被毒の解消分に相当する。しかしながら、Ｓ再生を行っても排気ガス影響によるＳ被毒は解消しないので、（Ｃ）に示すＳ再生後の再実測値ＯＳＣｍ２は（Ａ）に示す推定値ＯＳＣｅまでには到達あるいは回復しない。これら推定値ＯＳＣｅと再実測値ＯＳＣｍ２との差（図中矢印Ｂで示す）が、排気ガス影響によるＳ被毒分に相当する。かような理由で、Ｓ再生後でも再実測値ＯＳＣｍ２が推定値ＯＳＣｅまでには増大しないことが多いのである。
【０１０８】
さて、図８に戻って、ステップＳ１１０でＳ被毒判定が行われた場合、ステップＳ１１１に進んで燃料のＳ濃度が推定される。このＳ濃度の推定は、回復量ΔＯＳＣｍｍ２と、Ｓ再生間の積算吸入空気量ΣＧａとを用いて行われる。
【０１０９】
回復量ΔＯＳＣｍｍ２が大きいということは、コート材３１および触媒成分３２上に多くのＳＯｘが蓄積していたことになる。そして単位時間当たりのＳＯｘ蓄積量は燃料のＳ濃度が高いほど多くなる。
【０１１０】
他方、吸入空気量が多いと燃料噴射量も多くなり、単位時間当たりのＳＯｘ蓄積量が多くなる。そこで、前回のＳ再生終了時から、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で行われるＳ再生の開始時までの間の吸入空気量の積算値ΣＧａで、回復量ΔＯＳＣｍｍ２を除してなる値を、Ｓ濃度推定パラメータＬ＝ΔＯＳＣｍｍ２／ΣＧａとして設定する。このＳ濃度推定パラメータＬは燃料のＳ濃度に相関する値である。なぜなら、例えば回復量ΔＯＳＣｍｍ２が大きく積算吸入空気量ΣＧａが小さいほど、燃料の硫黄濃度は高いといえるからである。
【０１１１】
よって、Ｓ濃度推定パラメータＬと燃料のＳ濃度との関係を予め実験的に求め、マップ等の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、実際に得られた回復量ΔＯＳＣｍｍ２と積算吸入空気量ΣＧａからＳ濃度推定パラメータＬを算出し、Ｓ濃度推定パラメータＬに対応したＳ濃度をマップ等から求める。こうして、燃料のＳ濃度を推定することが可能である。
【０１１２】
なお、Ｓ再生には、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で行われるような強制再生の他、通常運転に伴って偶発的に（いわゆる成り行きで）高温且つリッチの条件が整うことによりなされる自然再生がある。自然再生は典型的には高負荷運転時に行われる。上述の前回のＳ再生は、強制再生および自然再生のいずれをも含むものである。
【０１１３】
こうして燃料のＳ濃度が推定された後には、ステップＳ１１２に進んで、再実測値ＯＳＣｍ２が補正される。前述したように、再実測値ＯＳＣｍ２は、排気ガス影響によるＳ被毒の影響で、触媒が現に有する酸素吸蔵容量の値より小さくなっていると考えられる。よって排気ガス影響によるＳ被毒の影響を除去し、再実測値ＯＳＣｍ２をそのような現状の値に増大するため、補正が行われる。この様子を図１４に示す。（Ａ）が補正前の再実測値ＯＳＣｍ２を示し、（Ｂ）が補正後の再実測値ＯＳＣｍ２を示す。
【０１１４】
具体的には、Ｓ濃度と補正値との関係を予め実験的に求め、マップ等の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、実際に推定されたＳ濃度に対応した補正値をマップ等から求める。補正値を再実測値ＯＳＣｍ２に乗算または加算し、再実測値ＯＳＣｍ２を増大補正する。乗算の場合、補正値は１より大きい値であり、加算の場合、補正値は正の値である。Ｓ濃度が高いほど再実測値ＯＳＣｍ２がより大きくなるよう、補正が行われる。
【０１１５】
再実測値ＯＳＣｍ２を増大補正する代わりに、異常判定値αを減少補正してもよい。この様子を図１５に示す。αが補正前の異常判定値であり、α’が補正後の異常判定値である。
【０１１６】
前記同様、Ｓ濃度と補正値との関係を予め実験的に求め、マップ等の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、実際に推定されたＳ濃度に対応した補正値をマップ等から求める。補正値を元々の異常判定値αに乗算または加算し、異常判定値αを減少補正する。乗算の場合、補正値は０より大きく１より小さい値であり、加算の場合、補正値は負の値である。Ｓ濃度が高いほど異常判定値αがより小さくなるよう、補正が行われる。
【０１１７】
次いで、ステップＳ１１３において、補正後の再実測値ＯＳＣｍ２と異常判定値αとが比較される。或いは、再実測値ＯＳＣｍ２を補正しないで異常判定値αを補正した場合には、再実測値ＯＳＣｍ２と補正後の異常判定値αとが比較される。このように、再実測値ＯＳＣｍ２と異常判定値αのうち、補正された一方と補正されてない他方とが比較される。
【０１１８】
補正後の再実測値ＯＳＣｍ２が異常判定値α以下の場合、ステップＳ１１４にて触媒は異常との最終判定がなされる。他方、補正後の再実測値ＯＳＣｍ２が異常判定値αより大きい場合、ステップＳ１１５にて触媒は正常との最終判定がなされる。
【０１１９】
或いは、再実測値ＯＳＣｍ２が補正後の異常判定値α以下の場合、ステップＳ１１４にて触媒は異常との最終判定がなされる。他方、再実測値ＯＳＣｍ２が補正後の異常判定値αより大きい場合、ステップＳ１１５にて触媒は正常との最終判定がなされる。
【０１２０】
一方、ステップＳ１０２において、実測値ＯＳＣｍが閾値αｘより大きいと判断された場合、ステップＳ１１３に進んで直接最終判定がなされる。この場合、実測値ＯＳＣｍも異常判定値αも補正されず、これらが単純に比較される。もっとも、閾値αｘが異常判定値αより大きい（または等しい）ので、実測値ＯＳＣｍは当然ながら異常判定値αより大きい。従ってこの場合にはステップＳ１１５にて触媒は正常との最終判定がなされることになる。
【０１２１】
ところで、ステップＳ１０３で乖離ΔＯＳＣｅｍが仮異常判定値β以下と判断された場合（すなわちステップＳ１０４の仮異常判定がなされない場合）、およびステップＳ１１６で劣化判定がなされた場合には、Ｓ被毒の虞はないもののストレスマップが実状とズレている可能性があるので、ステップＳ１１７においてストレスマップが補正される。
【０１２２】
まず便宜上、ステップＳ１０３からステップＳ１１７に進んでストレスマップが補正される場合を説明する。図１６には、ステップＳ１０１で得られた実測値ＯＳＣｍが、ストレスマップ上のＯＳＣ値すなわちマップ値Ｌに対し増大側にズレているとき（すなわち乖離ΔＯＳＣｅｍが負のとき）を示す。このときには、予め想定されていたよりも触媒の劣化が進んでいないことになる。よって一つの方法として、マップ値Ｌは、破線で示すように一律に増大補正される。すなわち、実測値ＯＳＣｍに対応するストレスＳＴＲ１に対して、実測値ＯＳＣｍと同一のマップ値Ｌが得られるように、マップ値Ｌ全体が増大補正される。こうしてマップ上のストレスＳＴＲおよび酸素吸蔵容量ＯＳＣの関係は、実測値ＯＳＣｍに合わせて補正されることとなる。
【０１２３】
好ましい増大の仕方については、図示例のように、ストレスＳＴＲ１の位置では増大幅を実測値ＯＳＣｍとマップ値Ｌの差と等しくし、他の位置では、マップ値Ｌの変化特性に合わせて、増大幅を変化させる。ストレスがＳＴＲ１より小さくなるほど増大幅を少なくし、ストレスがＳＴＲ１より大きくなるほど増大幅を多くする。代替的に、ストレスＳＴＲ１の位置における実測値ＯＳＣｍとマップ値Ｌの差を、全てのストレスの位置における増大幅としてもよい。
【０１２４】
代替的なもう一つの方法として、マップ値Ｌの基本となるストレスＳＴＲを減少補正してもよい。この場合、実測値ＯＳＣｍと等しいマップ値Ｌに対応した、ＳＴＲ１より小さいストレスＳＴＲ１’が求められ、ＳＴＲ１とＳＴＲ１’との差（ＳＴＲ１−ＳＴＲ１’）が求められる。そして推定触媒温度Ｔｃ等に基づき推定されたストレスから、その差が減算され、これにより得られた減少補正後のストレスが、以降ストレスとして用いられる。補正後のストレスから、ストレスマップを利用して、対応する推定値ＯＳＣｅを得る。
【０１２５】
次に図１７を用いて、実測値ＯＳＣｍがマップ値Ｌに対し減少側にズレているとき（すなわち乖離ΔＯＳＣｅｍが正のとき）を説明する。このときには、予め想定されていたよりも触媒の劣化が進んでいることになる。よって一つの方法として、マップ値Ｌは、破線で示すように一律に減少補正される。すなわち、実測値ＯＳＣｍに対応するストレスＳＴＲ１に対して、実測値ＯＳＣｍと同一のマップ値Ｌが得られるように、マップ値Ｌ全体が減少補正される。こうしてマップ上のストレスＳＴＲおよび酸素吸蔵容量ＯＳＣの関係は、実測値ＯＳＣｍに合わせて補正されることとなる。
【０１２６】
好ましい減少の仕方については、図示例のように、ストレスＳＴＲ１の位置では減少幅を実測値ＯＳＣｍとマップ値Ｌの差と等しくし、他の位置では、マップ値Ｌの変化特性に合わせて、減少幅を変化させる。ストレスがＳＴＲ１より小さくなるほど減少幅を少なくし、ストレスがＳＴＲ１より大きくなるほど減少幅を多くする。代替的に、ストレスＳＴＲ１の位置における実測値ＯＳＣｍとマップ値Ｌの差を、全てのストレスの位置における減少幅としてもよい。
【０１２７】
代替的なもう一つの方法として、マップ値Ｌの基本となるストレスＳＴＲを増大補正してもよい。この場合、実測値ＯＳＣｍと等しいマップ値Ｌに対応した、ＳＴＲ１より大きいストレスＳＴＲ１’が求められ、ＳＴＲ１とＳＴＲ１’との差（ＳＴＲ１’−ＳＴＲ１）が求められる。そして推定触媒温度Ｔｃ等に基づき推定されたストレスに、その差が加算され、これにより得られた増大補正後のストレスが、以降ストレスとして用いられる。補正後のストレスから、ストレスマップを利用して、対応する推定値ＯＳＣｅを得る。
【０１２８】
ステップＳ１０３からステップＳ１１７に進んでストレスマップが補正された場合、その後ステップＳ１１３に進んで、ステップＳ１０１で得られた実測値ＯＳＣｍと異常判定値αとが比較される。この比較結果に応じて、ステップＳ１１４またはステップＳ１１５において、触媒が異常または正常と最終判定される。
【０１２９】
他方、ステップＳ１１６からステップＳ１１７に進んでストレスマップが補正される場合、実測値ＯＳＣｍの代わりに再実測値ＯＳＣｍ２が用いられ、再実測値ＯＳＣｍ２に合うようにストレスマップが補正される。そのやり方は前記同様である。そしてその後ステップＳ１１３に進んで、再実測値ＯＳＣｍ２と異常判定値αとが比較される。この比較結果に応じて、ステップＳ１１４またはステップＳ１１５において、触媒が異常または正常と最終判定される。
【０１３０】
このように、触媒のＳ被毒の虞がない場合に、実測値ＯＳＣｍまたは再実測値ＯＳＣｍ２に合うようにストレスマップを補正するので、ストレスマップを常に実状と合うように補正、更新することができ、ストレスマップの実状とのズレを解消することができる。そしてストレスマップを実状に合った正確な状態に維持し、酸素吸蔵容量ＯＳＣの推定精度を向上すると共に、当該推定値ＯＳＣｅを用いた乖離判断（ステップＳ１０３）等の精度を向上することができる。
【０１３１】
特に本実施形態では、実測値ＯＳＣｍが閾値αｘ以下という、実測値ＯＳＣｍが小さく誤診断が起こり易い状況でのみストレスマップを補正するので、診断精度の向上に有利であると共に、不必要に補正を行うことを回避できるという利点がある。
【０１３２】
さらに、乖離ΔＯＳＣｅｍが仮異常判定値βより大きい場合しかＳ再生を実行しないので、不必要な燃料消費を避けられ、不必要なエミッション悪化を避けられると共に、触媒を不必要に劣化させてしまうことを防止できる。すなわち、Ｓ再生時には空燃比をリッチ化するので、燃料消費量が多くなり、ＣＯおよびＨＣの排出量が増加する。また、一般的にはＳ再生時に空燃比をリッチとリーンに強制的に繰り返し切り替えることもあり、こうすると触媒が高温且つリーン雰囲気に曝されたときに、その劣化が大きく進行する。本実施形態では特定の場合しかＳ再生を実行しないので、Ｓ再生としてそのような手法を採用した場合に、不必要な触媒の劣化進行を防止することができる。
【０１３３】
本実施形態では実測値ＯＳＣｍが閾値αｘ以下の場合しかＳ再生を実行しないので、このことも不必要な燃料消費回避等に有利である。
【０１３４】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。
【０１３５】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１  内燃機関
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
２０  電子制御ユニット（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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【図７】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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