(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の触媒診断装置において、
上記触媒の上流側に配置され、触媒上流側における内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する前空燃比センサと、
上記触媒の下流側に配置され、触媒下流側における排気ガスの空燃比を検出する後空燃比センサと、
上記前空燃比センサの出力信号に基づいて、上記内燃機関の排気ガスの空燃比が所定範囲内となるように、内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、
触媒の劣化診断時に、上記後空燃比センサの一連の出力信号が、ストイキよりリッチ側にあるかリーン側にあるかを判断し、リッチ側にあればリーン側に移動させ、リーン側にあればリッチ側に移動させるための空燃比シフト信号を算出し、算出した空燃比シフト信号を、上記燃料噴射量制御部に供給し、上記後空燃比センサの一連の出力信号が上記ストイキ近辺の所定範囲内となったときに、上記前空燃比センサの出力信号と上記後空燃比センサの出力信号との関係に基づいて、上記触媒が劣化しているか否かを判定する劣化診断部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の触媒診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の触媒が劣化しているか否かを診断する触媒診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気を浄化する装置は、主に、触媒コンバ−タと空燃比フィ−ドバック制御部とからなる。触媒コンバータは、排気中に含まれるＨＣ、ＮＯx、ＣＯを除去するため排気管部に配置される。また、空燃比フィードバック制御部は、触媒コンバータの上流にＯ2センサ（酸素センサ）が配置され、空燃比が検出される。そして、この空燃比が所定の値（ストイキ）となるように、内燃機関への燃料噴射量が制御される。これは、触媒コンバータ上流の空燃比がストイキである場合に、触媒コンバータが効果的に機能するからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の三元触媒システムでは、触媒コンバータそのものの性能が劣化すると、上述の空燃比フィードバック制御部により空燃比が正確に制御されたとしても、有害成分の転換効率が低下してしまう。
したがって、触媒コンバータの劣化状態を判定し、劣化した場合には、これを警告する必要がある。
【０００４】
触媒コンバータの劣化状態の判定装置としては、例えば、特開平２−３０９１５号公報に記載されている「内燃機関の触媒劣化判定装置」がある。これは、触媒コンバータの上流側と下流側とに酸素センサ（注：この場合の酸素センサは二値センサである）が配置され、上流側の酸素センサの出力値が反転してから、下流側のセンサの出力値が反転するまでの時間差が測定される。そして、測定された時間差の大きさに基づいて、触媒の劣化状態が判定される。具体的には、時間差が小さければ、触媒が劣化状態であると判定される。
【０００５】
ところが、上記触媒劣化判定装置にあっては、上記時間差は、触媒コンバータの劣化度に拘らず、排気量の変動に応じて変動してしまうため、触媒コンバータの劣化判定精度が低かった。したがって、触媒コンバータが劣化しているにも拘らず、劣化状態ではないと誤判断してしまう可能性があった。
【０００６】
本発明の目的は、排気量の変動等の変動要因に影響されず、高精度に触媒コンバータの劣化状態を検出することができる内燃機関の触媒診断装置を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【０００８】
（１）内燃機関の触媒診断装置において、上記触媒の上流側に配置され、触媒上流側における内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する前空燃比センサと、上記触媒の下流側に配置され、触媒下流側における排気ガスの空燃比を検出する後空燃比センサと、触媒の劣化診断時に、上記前空燃比センサの出力信号に基づいて、上記内燃機関の排気ガスの空燃比が所定範囲内となるように、内燃機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、上記後空燃比センサの一連の出力信号が、ストイキよりリッチ側にあるかリーン側にあるかを判断し、リッチ側にあればリーン側に移動させ、リーン側にあればリッチ側に移動させるための空燃比シフト信号を算出し、算出した空燃比シフト信号を、上記燃料噴射量制御部に供給し、上記後空燃比センサの一連の出力信号が上記ストイキ近辺の所定範囲内となったときに、上記前空燃比センサの出力信号と上記後空燃比センサの出力信号との関係に基づいて、上記触媒が劣化しているか否かを判定する劣化診断部とを備える。
【００１３】
また、相関関数算出部により、前空燃比センサの出力信号と後空燃比センサの出力信号との相互相関関数と、前空燃比センサの出力信号の自己相関関数とが、算出される。そして、遂次劣化指標算出部により、相互相関関数の最大値と自己相関関数の最大値との比である遂次劣化指標が算出される。一方、補間係数出力部は、エンジンの吸入空気量と、前空燃比センサの出力信号の周波数に基づいて、補間係数を算出し、出力する。最終劣化指標算出部は、所定数の遂次劣化指標の平均値を算出し、算出した平均値を上記補間係数により補間する。そして、補間した平均値を最終劣化指標として、触媒の劣化が判定される。したがって、前空燃比センサの出力周波数の変動及び吸入空気量の変動に影響されず、高精度の触媒劣化判定が実行される。
【００１４】
また、触媒の劣化診断時において、後空燃比センサの出力信号が所定範囲内となるように制御するとともに、前空燃比センサの出力信号の周波数及びエンジン吸入空気量により最終劣化指標を補間するように構成すれば、排気量の変動や後センサ前空燃比センサの出力周波数の変動及び吸入空気量の変動に影響されず、高精度の触媒劣化判定が実行される。
【００１５】
また、吸入空気量、水温、燃料噴射量、を考慮することにより、さらに、診断情報を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例の概略構成図である。図１において、燃料噴射制御手段７は、空燃比フィードバック計算部８と、燃料噴射量計算部９と、出力部１０とを有しており、エンジン１の燃料噴射量を制御する。前Ｏ2センサ、つまり、酸素センサ（空燃比センサ）３は触媒コンバータ２の上流側に配置されている。この前Ｏ2センサ３は、ラムダ（λ）センサであり、検出素子の材質としては、例えば、ジルコニア、チタニアが使用される。
【００１７】
燃料噴射量計算部９は、吸入空気量センサ５によって検出された吸入空気量Ｑaと、回転数検出センサ６によって検出された回転数Ｎeとに基づいて、次式（１）に従って基本噴射量Ｆ0を算出する。
Ｆ0 ＝ ｋ0Ｑa／Ｎe    −−−  （１）
ただし、ｋ0は、所定の係数である。
一方、空燃比フィ−ドバック計算部８は、触媒コンバータ２の上流に配置された前Ｏ2センサ３の出力信号を所定のタイミングでサンプリングし、その検出値に応じて、空燃比が所望の値となるように、補正係数αを算出し、燃料噴射量計算部９に供給する。
【００１８】
燃料噴射量計算部９は、次式（２）に従って、基本噴射量Ｆ0に補正係数αを加味して噴射量Ｆを算出する。
Ｆ ＝ ｋ0Ｑa／Ｎe（１＋α）    −−−  （２）
そして、燃料噴射量計算部９は、算出した噴射量Ｆを示す信号を出力部１０に供給する。すると、出力部１０は、噴射量Ｆに対応する電圧デューティ信号を燃料噴射弁２６に印加する。
上述のような空燃比制御により、触媒コンバータ２の上流では、空燃比がストイキ前後の値で摂動している。
【００１９】
さて、本発明においては、この空燃比フィ−ドバック制御による空燃比の摂動を触媒コンバータ劣化診断のテスト信号に利用している。すなわち、触媒コンバータ２が劣化していなければ、触媒の酸化・還元作用により触媒コンバータ２の後流では空燃比の摂動が少なくなる。一方、触媒コンバータ２が劣化すると後流の空燃比摂動が上流のものに近づいて来る。このように触媒コンバータの前後における空燃比摂動の類似性に着目して劣化を診断している。
【００２０】
劣化診断手段１１は、触媒診断領域判定部２２と、下流側空燃比制御部２８と、劣化判定部２９とを備えている。そして、下流側空燃比制御部２８は、出力判定部１９と、リーンリッチ側判定部２０と、空燃比シフト係数算出部２１とを有している。また、劣化判定部２９は、相関関数算出部１８と、遂次劣化指標Φi算出部１６Ａと、最終劣化指標Ｉ算出部１６Ｂと、比較部１６Ｅと、触媒劣化判定出力部１７とを有している。上記触媒診断領域判定部２２は、吸入空気量センサ５からの出力信号と、回転数検出センサ６からの出力信号とが供給される。
【００２１】
さて、触媒コンバータ２が劣化しているか否かの診断は、例えば、エンジン１の回転数が所定回転数以上であって、触媒コンバータ２の温度が図５に示すように、５００度以上であるという条件が成立した場合の診断領域Ｄａにおいて実行される。したがって、この条件が成立したか否かが、触媒診断領域判定部２２によって判定される。そして、上記条件が成立した場合には、触媒診断領域判定部２２から診断実行信号が、出力判定部１９及び相関関数算出部１８に供給される。すると、出力判定部１９及び相関関数算出部１８は、診断を開始するように構成されている。
【００２２】
図２は、上記算出部１８、１６Ａ、１６Ｂと、比較部１６Ｅと、触媒劣化判定出力部１７との動作説明図である。図２において、相関関数算出部１８は、データサンプリング部１２Ａ及び１２Ｂと、メモリ１３Ａ及び１３Ｂと、自己相関計算部１４Ａと、相互相関計算部１４Ｂと、相互相関関数算出部１４Ｄとを有している。そして、前Ｏ2センサ３の出力信号Ｓ3は、サンプリング部１２Ａに供給され、一定時間毎又は一定角度毎にサンプリングされて、メモリ１３Ａに一時的に記憶される。また、触媒コンバータ２の下流側に配置された後Ｏ2センサ（空燃比サンサ）４の出力信号Ｓ4は、出力判定部１９（図２では省略してある）を介して、サンプリング部１２Ｂに供給される。そして、一定時間毎又は一定角度毎にサンプリングされて、メモリ１３Ｂに一時的に記憶される。
【００２３】
つぎに、メモリ１３Ａからの出力信号ｘ及びメモリ１３Ｂからの出力信号ｙが、相互相関計算部１４Ｂに供給される。相互相関計算部１４Ｂは、次式（３−１）〜（３−ｎ）に示す計算を実行する。
Σｘｎｙ０    ＝ｘ０ｙ０  ＋・・・ｘｏｄｎｙ０        −−−  （３−１）
Σｘｎ１ｙ０１＝ｘ０１ｙ０１＋・・・ｘｏｄｎ１ｙ０１  −−−  （３−２）
〜
Σｘｎｎｙ０ｎ＝ｘ０ｎｙ０ｎ＋・・・ｘｏｄｎｎｙ０ｎ  −−−  （３−ｎ）
つまり、図３の（Ｂ）に示すセンサ４の時点ｔ2における信号ｙ０と、図３の（Ａ）に示すセンサ３の時点ｔ0における信号ｘｏｄｎからｘ０までとの、それぞれの積が算出される。続いて、時点ｔ3における信号ｙ０１と、信号ｘｏｄｎ１からｘ０１までとの、それぞれの積が算出される。このようにして、信号ｙ０ｎと、信号ｘｏｄｎｎからｘ０ｎまでとの、それぞれの積が得られるまで計算が実行される。なお、図３において、時点ｔ0からｔ1までの時間τは、センサ３の出力信号Ｓ3に対するセンサ４の出力信号Ｓ4の遅延時間（位相）である。信号ｘとｙとの積は、信号ｘに対して、τだけ遅延して出力された信号ｙとの積が最大値をとる。
【００２４】
そして、上記式（３−１）〜（３−ｎ）によって得られた計算結果が相互相関関数算出部１４Ｄに供給され、次式（４）に示す相互相関関数Ｙが算出される。
【００２５】
【数１】
0003992426.tif 000002
【００２６】
また、メモリ１３Ａからの出力信号ｘは、自己相関計算部１４Ａに供給される。自己相関計算部１４Ａは、次式（５）に示す計算を実行する。
【００２７】
【数２】
0003992426.tif 000003
【００２８】
そして、算出された自己相関関数Ｘ及び相互相関関数Ｙが、算出部１６Ａに供給される。算出部１６Ａは、次式（６）に従って、逐次劣化指標Φiを計算する。
Φi ＝ ＹM／Ｘ    −−−  （６）
ここで、ＹMとは、相互相関関数Ｙを構成する項の最大値である。
触媒コンバータ２が劣化すると、触媒コンバータ２の前後における空燃比摂動の類似度が増すため、逐次劣化指標Φiは大きくなる（１に近づく）。これを図４に示す。つまり、触媒コンバータ２の劣化が大の場合の劣化指標Φiａは、劣化が小さい場合の劣化指標Φiｂよりも大となる。
【００２９】
上述のようにして、劣化指標Φiが順次算出され、最終劣化指標Ｉ算出部１６Ｂに供給される。
算出部１６Ｂにおいては、次式（７）に示すように、算出されたｎ個の劣化指標Φiの平均値を算出する。そして、算出した平均値を、触媒コンバータ２の最終劣化指標Ｉとする。
Ｉ ＝ （ΣΦi）／ｎ    −−−  （７）
なお、この最終劣化指標Ｉを算出する際には、各種運転条件による補正係数を加味して行うこともできる。例えば、エンジン負荷による補正係数ｋ1、触媒温度による補正係数ｋ2を加味して、Ｉ＝（Σｋ1ｋ2Φi）／ｎとすることもできる。
なお、補正係数ｋ1、ｋ2は、予め、マップデータとしてメモリに記憶しておけばよい。
また、劣化指標Φiの平均値は、最大の劣化指標Φiからｎ番目までの劣化指標の平均値とすることもできる。
【００３０】
算出された最終劣化指標Ｉは、比較部１６Ｅに供給され、予め定めた劣化判定レベルＩDと比較される。そして、最終劣化指標Ｉが劣化判定レベルＩDより以上の場合には、劣化と判断され、それを示す信号が判定出力部１７に供給される。すると、判定出力部１７は、表示手段（図示せず）を駆動し、触媒コンバータ２が劣化したことを表示させる。
【００３１】
ここで、逐次劣化指標Φiをそのまま使用せず、その平均値、すなわち最終劣化指標Ｉを用いるのは、通常走行中、エンジン回転数や負荷が変動すると、逐次劣化指標Φiも影響を受けて変動するからである。つまり、一定時間、一定回転回数あるいは一定負荷帯ごとの逐次劣化指標Φiを求めて累積し、その平均値を最終劣化指標Ｉとすることにより、全運転域での劣化判定を可能としている。但し、ある程度運転状態が限定されるような場合には、逐次劣化指標Φiをそのまま用いて、判定を行っても構わない。
【００３２】
さて、上記相関関数により触媒劣化診断を行う場合には、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3（図６の（Ａ）に示す）に対して、後Ｏ２センサ４の出力信号Ｓ4が、図６の（Ｂ）に示すように、ストイキＳT前後で変動していれば、上記相関関数を高精度に算出することができる。
ところが、後Ｏ２センサ４の出力信号Ｓ4は、排気量変動等により、図６の（Ｃ）に示すように、一連の信号S4が、リッチ側に偏位してしまったり、リーン側に偏位してしまい、上記相関関数を高精度に算出できない場合がある。
【００３３】
そこで、図７の（Ａ）に示すように、診断領域Ｄａ（時点ｔ1から時点ｔ2まで）においては、空燃比ＡＦがリッチ側であれば、リーン側に、リーン側であれば、リッチ側に変動させ、後Ｏ２センサ４の出力信号Ｓ4を、ストイキ近辺に移動させるようにする。このようにすれば、図７の（Ｂ）に示す前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3と、図７の（Ｃ）に示す後Ｏ２センサ４との相関関数を高精度に算出することができる。
【００３４】
図８は、劣化診断手段１１の動作フローチャートである。
図８のステップ１００において、触媒診断領域判定部２２が、診断領域Ｄａであるか否かを判定し、診断領域Ｄａであれば、次のステップに進む。ステップ１０２では、リーンリッチ側判定部２０が、リーン側かリッチ側かを判定する。
【００３５】
次に、ステップ１０３に進み、空燃比シフト係数算出部２１が、空燃比ＡＦがリッチ側からリーン側へ、又はリーン側からリッチ側へシフトするための係数を算出し、空燃比フィードバック計算部８に供給する。すると、空燃比フィードバック計算部８は、空燃比シフト係数算出部２１から供給された係数に従って、補正係数αを訂正し、訂正した補正信号αを燃料噴射量計算部９に供給する。そして、上述と同様にして、空燃比が制御される。
【００３６】
次に、ステップ１０４に進むと、相関関数算出部１８により、自己相関関数Ｘと、相互相関関数Ｙとが算出され、遂次劣化指標Φｉが算出される。
【００３７】
次に、ステップ１０５に進み、算出部１６Ｂが最終劣化指標Ｉを算出し、比較部１６Ｅが劣化指標Ｉと判定値ＱＩDとを比較する。そして、ステップ１０６において、判定出力部１７が、触媒コンバータ２が劣化しているか否かを判定し、ステップ１０７に進む。ステップ１０７において、触媒コンバータ２が劣化していなければ、ステップ１０９に進み、劣化していれば、ステップ１０８に進む。そして、ステップ１０８において、表示手段（図示せず）により劣化が表示される。
【００３８】
また、ステップ１０９で空燃比は反転（リーン側（リッチ側）からリッチ側（リーン側）に偏移した位置に移動）したと判断すると、ステップ１１０で空燃比シフトを停止する。
【００３９】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、触媒コンバータ２の劣化診断時において、後Ｏ2センサ４の出力信号Ｓ4を判定し、ストイキ近辺でなければ、ストイキ近辺となるように、空燃比を調整する。そして、ストイキ近辺となった信号Ｓ4と信号Ｓ3との相関関数により、触媒コンバータ２が劣化したか否かを判定するように構成している。したがって、排気量の変動等の変動要因に影響されず、高精度に触媒コンバータ２の劣化状態を検出することができる内燃機関の触媒診断装置を実現することができる。
【００４０】
さて、前Ｏ2センサ３の出力信号Ｓ3の周波数は、前Ｏ2センサ３が劣化するにつれ、大となってくる（図９の（Ａ）の実線波形から破線波形に変化する）。前Ｏ2センサ３の出力信号Ｓ3の周波数が高い場合は、図９の（Ｂ）の実線で示すように、空燃比ＡＦは、所定範囲内（上限ＵＬと下限ＬＬとの間）で変動する。ところが、出力信号Ｓ3の周波数が低くなってくると、図９の（Ｂ）の破線で示すように、空燃比ＡＦは、上記範囲を超えて変動してしまう。空燃比ＡＦが上記範囲を超えて変動すると、上記劣化指標Ｉに誤差が発生してしまう。
【００４１】
つまり、図１０に示すように、例えば、真の劣化指標Ｉ0（約０．３）に対して、劣化指標Ｉbは、周波数が低くなれば大となり、高くなれば小となってしまう。さらに、劣化指標は、触媒を通過する排気ガス量Ｇによっても変動する。つまり、排気ガス量Ｇが大の場合は、上記劣化指標Ｉbに対して劣化指標Ｉaのように、劣化指標は大となり、排気ガス量Ｇが小の場合は、劣化指標Ｉbに対して劣化指標Ｉcのように、劣化指標は小となる。
【００４２】
図１１は、上述した周波数変動及び吸入空気量変動を補償する例である。この例において、上記第１の実施例と同等な部分には、同一の符号を付している。
図１１において、劣化診断手段１１Ａは、触媒診断領域判定部２２と、劣化判定部２９と、補間係数出力部３０とを備えている。この補間係数出力部３０は、吸入空気量Ｑａ算出部２７と、周波数ｆ算出部２３と、補間係数抽出部２４と、補間マップ２５とを有している。
【００４３】
吸入空気量Ｑａ算出部２７は、吸入空気量センサ５からの出力信号に基づいて、吸入空気量Ｑａを算出する（ここでいうＱａとは、単位時間あたりの吸入空気量あるいは単位機関回転あたりのＱａである）。また、周波数ｆ算出部２３は、前Ｏ2センサ３の出力信号Ｓ3の周波数ｆを算出する。補間係数抽出部２４は、算出部２７及び２３からの吸入空気量信号及び周波数信号に基づいて、補間マップ２５から補間係数を抽出し、最終劣化指標Ｉ算出部１６Ｂに供給する。補間マップ２５に記憶されている補間係数は、予め実験等により求められたものである。そして、図１２に示すように、吸入空気量Ｑａが第１の基準値より大の場合には、補間係数は曲線Ｃａとなり、第１の基準値以下であり、第２の基準値より大の場合には、補間係数は曲線Ｃｂとなる。また、吸入空気量Ｑａが第２の基準値以下の場合には、補間係数は曲線Ｃｃとなる。
【００４４】
図１３は、図１１に示した劣化診断手段１１Ａの動作フローチャートである。
図１３のステップ２００において、触媒診断領域判定部２２が、診断領域Ｄａであるか否かを判定し、診断領域Ｄａであれば、ステップ２０１に進む。そして、ステップ２０１にて、補間係数抽出部２４が、算出部２７及び２３からの出力信号に基づいて、補間マップ２５から補間係数を抽出し算出部１６Ｂに供給するとともに、算出部１８及び１６Ａが遂次劣化指標Φｉを算出する。次に、ステップ２０２に進み、算出部１６Ｂが、補間係数抽出部２４からの補間係数を加味して、最終劣化指標Ｉを算出する。そして、ステップ２０３に進み、比較部１６Ｅが劣化指標Ｉと判定値ＱＩDとを比較し、判定出力部１７が、触媒コンバータ２が劣化しているか否かを判定する。次に、ステップ２０４に進み、触媒コンバータ２が劣化していなければ、ステップ２００に戻り、劣化していれば、ステップ２０５に進む。そして、ステップ２０５において、表示手段（図示せず）により劣化が表示される。
【００４５】
以上のように、上述した例によれば、触媒コンバータ２の劣化診断時において、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3の周波数ｆと、吸入空気量Ｑａとに基づいて定めた補間係数により劣化指標Ｉを補間し、補間した劣化指標Ｉにより、触媒コンバータ２が劣化したか否かを判定するように構成している。したがって、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3及び吸入空気量Ｑａの変動に影響されず、高精度に触媒コンバータ２の劣化状態を検出することができる内燃機関の触媒診断装置を実現することができる
【００４６】
図１４は、本発明の第２の実施例の概略構成図であり、上述した例を組み合わせた例である。
図１４において、劣化診断手段１１Ｂは、触媒診断領域判定部２２と、補間係数出力部３０と、下流側空燃比制御部２８と、劣化判定部２９と、を備えている。
図１５は、図１４の劣化診断手段１１Ｂの動作フローチャートである。
図１５のステップ３００において、触媒診断領域判定部２２が、診断領域Ｄａであるか否かを判定し、診断領域Ｄａであれば、次のステップに進む。ここで、出力判定部１９により、出力信号Ｓ4がストイキ近辺か否かが判定されている。この判定は、信号Ｓ4のリッチ信号とリーン信号との出力時間を比較することにより実行される。信号Ｓ4がストイキ近辺でなければ、信号Ｓ4は、リーンリッチ側判定部２０に供給され、ステップ３０２に進む。そして、リーンリッチ側判定部２０が、信号Ｓ4はリーン側かリッチ側かを判定し、リーン側か又はリッチ側かを示す信号を空燃比シフト係数算出部２１に供給する。
【００４７】
次に、ステップ３０３に進み、空燃比シフト係数算出部２１が、空燃比ＡＦがリッチ側からリーン側へ、又はリーン側からリッチ側へシフトするための係数を算出し、空燃比フィードバック計算部８に供給する。すると、空燃比フィードバック計算部８は、空燃比シフト係数算出部２１から供給された係数に従って、補正係数αを訂正し、訂正した補正信号αを燃料噴射量計算部９に供給する。そして、上述と同様にして、空燃比が制御される。
【００４８】
次に、ステップ３０４にて、補間係数抽出部２４が、算出部２７及び２３からの出力信号に基づいて、補間マップ２５から補間係数を抽出し算出部１６Ｂに供給するとともに、算出部１８及び１６Ａが遂次劣化指標Φｉを算出する。次に、ステップ３０５に進み、算出部１６Ｂが、補間係数抽出部２４からの補間係数を加味して、最終劣化指標Ｉを算出する。そして、ステップ３０６に進み、比較部１６Ｅが劣化指標Ｉと判定値ＱＩDとを比較し、判定出力部１７が、触媒コンバータ２が劣化しているか否かを判定する。次に、ステップ３０７に進み、触媒コンバータ２が劣化していなければ、ステップ３０９に進み、劣化していれば、ステップ３０８に進む。そして、ステップ３０８において、表示手段（図示せず）により劣化が表示される。また、ステップ３０９で空燃比反転すると、ステップ３１０で空燃比シフトを停止する。
【００４９】
以上のように、本発明の第２の実施例によれば、触媒コンバータ２の劣化診断時において、後Ｏ２センサ４の出力信号Ｓ4がストイキ近辺か否かを判定し、ストイキ近辺でなければ、ストイキ近辺となるように、空燃比を調整する。そして、ストイキ近辺となった信号Ｓ4と信号Ｓ3との相関関数を算出する。さらに、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3の周波数ｆと、吸入空気量Ｑａとに基づいて定めた補間係数により劣化指標Ｉを補間し、補間した劣化指標Ｉにより、触媒コンバータ２が劣化したか否かを判定するように構成している。したがって、排気量の変動、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3及び吸入空気量Ｑａの変動等に影響されず、高精度に触媒コンバータ２の劣化状態を検出することができる内燃機関の触媒診断装置を実現することができる。
【００５０】
以上説明した例においては、触媒コンバータ２のみの劣化判定であるが、触媒コンバータ２のみならず、前Ｏ2センサ３の劣化判定を実行するように構成することもできる。
つまり、前Ｏ2センサ３が劣化すると、応答が遅くなり、自己相関関数Ｘが小さくなってくる。したがって、前Ｏ2センサ３が劣化した場合のＸを予め求めて、これを劣化判定値Ｘ0として、記憶しておく。そして、自己相関関数計算部１３が算出したＸと判定値Ｘ0とを比較すれば、前Ｏ2センサ３の劣化を判定する事ができる。
【００５１】
図１６は、上述した前Ｏ2センサ３の劣化判定を実行するブロック図であり、図２の例に前Ｏ2センサ劣化判定部１５が追加されている。
図１６において、自己相関関数計算部１３により、算出されたＸは、遂次劣化指標Φｉ算出部１６Ａに供給されるとともに、前Ｏ2センサ劣化判定部１５に供給される。そして、判定部１５において、Ｘが判定値Ｘ0以下か否かが判定される。Ｘが判定値Ｘ0以下であれば、劣化と判定され、これを示す信号が判定出力部１７に供給されて、表示手段により表示される。この場合、判定出力部１７は、触媒コンバータ２が劣化したのか、前Ｏ2センサ３が劣化したのかを判断できる信号を出力するものである。
この図１６の例は、上記第１、第２、第３の実施例のいずれにも適用する事ができ、触媒コンバータ２の劣化を高精度に判定できるのみならず、大幅な構成の追加を伴うことなく、前Ｏ2センサ３の劣化も判定することができる。
なお、劣化の可能性の高い前Ｏ2センサ３の劣化判定について述べたが、後Ｏ2センサ４も同様に、劣化判定可能である。
【００５２】
また、上述した例においては、触媒診断領域判定部２２は、触媒温度をエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａとから推定するように構成したが、触媒コンバータ２に温度センサを取付けて、触媒コンバータ２の温度を検出するように構成してもよい。また、触媒コンバータ２の温度は、燃料噴射量の積算値と、エンジン始動後の時間とから推定してもよい。
【００５３】
また、上述した例においては、触媒診断領域であることの判断を触媒温度と、エンジン回転数とから行っているが、車速、エンジン回転数、冷却水温度、エンジン負荷等から触媒診断領域であることを判断してもよい。
【００５５】
また、上記第１及び第２の実施例において、後Ｏ２センサの出力信号Ｓ4は、出力判定部１９を介して、相関関数算出部１８に供給されるように構成したが、後Ｏ２センサの出力信号Ｓ4を直接相関関数算出部１８に供給するように、構成してもよい。この場合には、出力判定部１９からは、相関関数算出部１８に算出開始を許可する信号を供給するように、構成すればよい。
【００５６】
また、上記例において、前Ｏ２センサ３の出力信号Ｓ3の周波数ｆと吸入空気量Ｑａとから補間係数を決定しているが、上記周波数ｆの代わりに、出力信号Ｓ3の波形の傾きを算出し、この傾きと吸入空気量Ｑａとから補間係数を決定してもよい。
【００５７】
また、上述した例においては、空燃比センサとして酸素センサを用いたが、空燃比を検出するセンサであれば酸素センサに限らず、他の種類のセンサを使用してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているため、排気量の変動等に影響されず、高精度に触媒の劣化診断を実行可能な、内燃機関の触媒診断装置を実現することができる。
【００５９】
また、内燃機関の触媒診断装置において、触媒の上流側に配置される前空燃比センサと、触媒の下流側に配置される後空燃比センサと、前空燃比センサ及び下流側空燃比制御部からの出力信号とに基づいて、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、吸入空気量と前空燃比センサの出力信号周波数とを検出し、補間係数を算出する補間係数出力部と、前空燃比センサの出力信号と後空燃比センサの出力信号とを比較し、この比較結果を上記補間係数により補間し、補間した結果に基づいて、触媒の劣化を判定する劣化判定部と、を備える。
したがって、吸入空気量の変動や前空燃比センサの出力信号周波数の変動に影響されず、高精度に触媒の劣化診断を実行可能な、内燃機関の触媒診断装置を実現することができる。
【００６０】
また、内燃機関の触媒診断装置において、触媒の上流側に配置される前空燃比センサと、触媒の下流側に配置される後空燃比センサと、後空燃比センサの出力信号が所定範囲内にない場合には、空燃比シフト信号を出力する下流側空燃比制御部と、前空燃比センサ及び下流側空燃比制御部からの出力信号とに基づいて、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、吸入空気量と前空燃比センサの出力信号周波数とを検出し、補間係数を算出する補間係数出力部と、後空燃比センサの出力信号が所定範囲内であるとき、前空燃比センサの出力信号と後空燃比センサの出力信号とを比較し、この比較結果を上記補間係数により補間し、補間した結果に基づいて、上記触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定部と、を備える。
したがって、排気量の変動等に影響されないばかりか、吸入空気量の変動や前空燃比センサの出力信号周波数の変動に影響されず、高精度に触媒の劣化診断を実行可能な、内燃機関の触媒診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の概略構成図である。
【図２】図１の例の一部概略構成図である。
【図３】相関計算部により実行される相関計算の説明図である。
【図４】触媒コンバータの劣化と劣化指標Φｉとの関係を示すグラフである。
【図５】触媒コンバータの劣化診断領域を説明するためのグラフである。
【図６】後Ｏ2センサの出力信号のリーン側又はリッチ側への偏位を説明するための波形図である。
【図７】  空燃比のリーン側又はリッチ側への移動を説明するための波形図である。
【図８】図１の例の動作フローチャートである。
【図９】前Ｏ2センサの出力信号周波数と空燃比との関係を示す波形図である。
【図１０】前Ｏ2センサの出力信号周波数の変動及び吸入空気量の変動と劣化指標との関係を示すグラフである。
【図１１】  本発明による例の概略構成図である。
【図１２】補間マップに記憶された補間係数を説明するためのグラフである。
【図１３】図１０の例の動作フローチャートである。
【図１４】  本発明の第２の実施例の概略構成図である。
【図１５】図１３の例の動作フローチャートである。
【図１６】前Ｏ2センサの劣化をも判定する場合の一部ブロック図である。
【符号の説明】
１                エンジン
２                触媒コンバータ
３                前Ｏ2センサ
４                後Ｏ2センサ
５                吸入空気量センサ
６                回転数検出センサ
７                燃料噴射制御手段
８                空燃比フィードバック計算部
９                燃料噴射量計算部
１０              出力部
１１              劣化診断手段
１１Ａ、１１Ｂ    劣化診断手段
１２Ａ、１２Ｂ    データサンプリング部
１３Ａ、１３Ｂ    メモリ
１４Ａ            自己相関計算部
１４Ｂ            相互相関計算部
１４Ｄ            相互相関関数計算部
１５              Ｏ2センサ劣化判定部
１６Ａ            遂次劣化指標Φｉ算出部
１６Ｂ            最終劣化指標Ｉ算出部
１６Ｅ            比較部
１７              触媒劣化判定出力部
１８              相関関数算出部
１９              出力判定部
２０              リーンリッチ側判定部
２１              空燃比シフト係数算出部
２２              触媒診断領域判定部
２３              周波数ｆ算出部
２４              補間係数抽出部
２５              補間マップ
２６              燃料噴射弁
２７              吸入空気量Ｑａ算出部
２８              下流側空燃比制御部
２９              劣化判定部
３０              補間係数出力部
Ｉ                最終劣化指標
ＩD               判定値
Ｎｅ              エンジン回転数
Ｑａ              吸入空気量
Ｓ3               前Ｏ2センサの出力信号
Ｓ4               後Ｏ2センサの出力信号
Ｘ                自己相関関数
Ｙ                相互相関関数
Φｉ              遂次劣化指標
【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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