(57)【要約】【課題】  燃料性状判定を好適に行う。【解決手段】  触媒後空燃比センサの出力Ｖｒｒがリーン側又はリッチ側に反転する毎に空燃比をリッチ側又はリーン側にアクティブに切替制御し、このときの触媒後空燃比センサ出力の振れ幅Ｆ及び反転周期ＴＲ，ＴＬの少なくとも一方に基づき、燃料の硫黄濃度を推定する。触媒後空燃比センサ出力のリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値を、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値ＶＲに設定する。燃料硫黄濃度に応じて振れ幅Ｆ及び反転周期ＴＲ，ＴＬが変化するようになり、振れ幅Ｆ及び反転周期ＴＲ，ＴＬに基づいて燃料の硫黄濃度を好適に推定可能となる。【選択図】  図６
2009191786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒の下流側に設けられた触媒後空燃比センサと、
前記触媒後空燃比センサの出力がリーン側又はリッチ側に反転する毎に空燃比をリッチ側又はリーン側にアクティブに切替制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段によって空燃比が切替制御されているときの前記触媒後空燃比センサの出力の振れ幅及び反転周期の少なくとも一方に基づき、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と
を備え、
前記触媒後空燃比センサ出力のリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値が、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定されている
ことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記リーン反転しきい値が、前記触媒後空燃比センサ出力のリーン側からリッチ側への反転時期を定めるリッチ反転しきい値と等しい値に設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記アクティブ空燃比制御手段による空燃比の切替制御に際して、空燃比の振り幅が所定の規定値よりも小さな値に設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記規定値が、前記触媒の劣化診断のために前記アクティブ空燃比制御手段によって実行される空燃比切替制御のときの空燃比の振り幅に等しい値である
ことを特徴とする請求項３記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記硫黄濃度推定手段が、排気ガス流量が所定値より少ないときに燃料の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
前記アクティブ空燃比制御手段が、排気ガス流量に応じて空燃比の振り幅を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料性状判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の性状を判定するための燃料性状判定装置に係り、特に、内燃機関の使用燃料の硫黄濃度を推定可能な燃料性状判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用の内燃機関において、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。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ能）を有するものがあり、これは、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少振れてしまっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用により、そのような空燃比ずれを吸収することができる。
【０００３】
ところで、触媒が劣化すると触媒の浄化効率が低下する。一方、触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、酸素吸蔵能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。一般的には、燃焼室内の混合気ひいては触媒に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ又はリーンに切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９１７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような燃料が給油された場合、硫黄成分が触媒に蓄積して触媒の性能が低下する被毒（Ｓ被毒）が発生する。Ｓ被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出反応が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再給油されると被毒状態はやがて解消される。Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的なものである。よって触媒の劣化診断においては、かかるＳ被毒による一時的劣化を、本来診断すべき恒久的劣化であると誤って診断しないようにする必要がある。とりわけ、正常と劣化との境目（クライテリア）付近にありながらなお正常である触媒について、誤って劣化と誤診断してしまわないようにする必要がある。
【０００６】
かかる誤診断を防止するためには、燃料性状、特に燃料中の硫黄濃度を推定ないし判定するのが好適である。このような推定ないし判定を行えば、燃料が高硫黄濃度であると判定したときに触媒劣化診断を中止するなど必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できるからである。
【０００７】
かかる燃料性状判定に関して、特許文献１には、前記Ｃｍａｘ法において空燃比をリッチに制御し触媒から酸素を放出させたときの放出酸素量と、これとは逆に空燃比をリーンに制御し触媒に酸素を吸蔵させたときの吸蔵酸素量とをそれぞれ計測し、比較することで、触媒の硫黄被毒の有無や燃料の硫黄濃度を推定することが開示されている。これは、酸素吸蔵時と酸素放出時とで燃料中の硫黄が触媒に与える影響が異なるという性質に着目したものである。
【０００８】
しかし、この特許文献１に記載の方法はあくまで通常のＣｍａｘ法を用いて放出酸素量と吸蔵酸素量とを計測し、燃料性状判定を行うものである。これに対し本発明者らは、鋭意研究の末、Ｃｍａｘ法で実施されるアクティブ空燃比制御のやり方を改良して好適に燃料性状判定を行える装置を創案するに至った。そこで本発明はそのような燃料性状判定装置を提供することを目的の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒の下流側に設けられた触媒後空燃比センサと、
前記触媒後空燃比センサの出力がリーン側又はリッチ側に反転する毎に空燃比をリッチ側又はリーン側にアクティブに切替制御するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御手段によって空燃比が切替制御されているときの前記触媒後空燃比センサの出力の振れ幅及び反転周期の少なくとも一方に基づき、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と
を備え、
前記触媒後空燃比センサ出力のリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値が、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定されている
ことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【００１０】
このようにリーン反転しきい値を理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定してアクティブ空燃比制御を行うと、燃料の硫黄濃度に応じて触媒後空燃比センサの出力の振れ幅及び反転周期が変化することが、本発明者らの研究結果より明らかとなった。そこで、かかるアクティブ空燃比制御を行ってそれら振れ幅及び反転周期の少なくとも一方を計測することにより、当該振れ幅及び反転周期の少なくとも一方に基づき燃料の硫黄濃度を好適に推定することが可能である。
【００１１】
好ましくは、前記リーン反転しきい値が、前記触媒後空燃比センサ出力のリーン側からリッチ側への反転時期を定めるリッチ反転しきい値と等しい値に設定されている。
【００１２】
好ましくは、前記アクティブ空燃比制御手段による空燃比の切替制御に際して、空燃比の振り幅が所定の規定値よりも小さな値に設定されている。
【００１３】
このように空燃比の振り幅を小さな値に設定することにより、空燃比切替直後の触媒後空燃比センサ出力の変化速度を遅くし、燃料の硫黄濃度に応じた触媒後空燃比センサ出力の振れ幅の違いを明確にすることができる。そして燃料の硫黄濃度推定を容易に且つ高精度で行うことができるようになる。
【００１４】
好ましくは、前記規定値が、前記触媒の劣化診断のために前記アクティブ空燃比制御手段によって実行される空燃比切替制御のときの空燃比の振り幅に等しい値である。
【００１５】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段が、排気ガス流量が所定値より少ないときに燃料の硫黄濃度を推定する。
【００１６】
排気ガス流量が所定値より少ないときも、空燃比の振り幅を小さな値に設定したときと同様に、空燃比切替直後の触媒後空燃比センサ出力の変化速度を遅くし、燃料の硫黄濃度に応じた触媒後空燃比センサ出力の振れ幅の違いを明確にすることができる。そして燃料の硫黄濃度推定を容易に且つ高精度で行うことができるようになる。
【００１７】
好ましくは、前記アクティブ空燃比制御手段が、排気ガス流量に応じて空燃比の振り幅を変化させる。
【００１８】
好ましくは、前記触媒後空燃比センサが、理論空燃比を境に出力が急変する特性を有する。
【００１９】
好ましくは、前記燃料性状判定装置が、前記触媒の上流側に設けられた触媒前空燃比センサを備え、前記アクティブ空燃比制御手段は、前記触媒前空燃比センサによって検出された空燃比が所定の目標空燃比に一致するように空燃比を制御すると共に、前記触媒後空燃比センサ出力が前記リーン反転しきい値又は前記リッチ反転しきい値に達する毎に前記目標空燃比を理論空燃比よりリッチ側又はリーン側の値に切り替える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料性状判定を好適に行うことができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関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。内燃機関１は車両用多気筒エンジン（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。
【００２３】
内燃機関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。
【００２４】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管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、吸入空気量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とが組み込まれている。なお吸気ポート、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。
【００２５】
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（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。
【００２６】
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒１１，１９が直列に取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。上流触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、即ち触媒前空燃比センサ１７及び触媒後空燃比センサ１８が設置されている。触媒前空燃比センサ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、触媒後空燃比センサ１８は所謂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を持つ。これら触媒前空燃比センサ１７及び触媒後空燃比センサ１８の出力特性を図５に示す。なお触媒後空燃比センサ１８は上流触媒１１と下流触媒１９の間に設置されている。
【００２７】
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、触媒前空燃比センサ１７、触媒後空燃比センサ１８のほか、内燃機関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、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２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。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、触媒前空燃比センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように空燃比をフィードバック制御する。一方、触媒１１，１９は、これに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（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ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、理論空燃比に等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定し、触媒前空燃比センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に一致するようにインジェクタ１２から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。
【００２９】
ここで上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお以下の説明は下流触媒１９にも同様に当てはまる。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保持され、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収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。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１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が還元浄化される。
【００３０】
このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを敢えて理論空燃比を中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。
【００３１】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数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との接触確率の低下を引き起こし、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。
【００３２】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を検出することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大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される。
【００３３】
本実施形態の触媒劣化診断は前述のＣｍａｘ法によるものを基本とする。そして触媒１１の劣化診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。アクティブ空燃比制御において、混合気の空燃比ひいては触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒは、所定の中心空燃比Ａ／Ｆｃを境にリッチ側及びリーン側にアクティブに（強制的に）交互に切り替えられる。なおリッチ側に切り替えられているときの空燃比をリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ、リーン側に切り替えられているときの空燃比をリーン空燃比Ａ／Ｆｌと称す。このアクティブ空燃比制御によって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ側又はリーン側に切り替えられている最中に触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００３４】
触媒１１の劣化診断は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度（触媒床温）の計測については、温度センサを用いて直接検出してもよいが、本実施形態の場合内燃機関の運転状態から推定することとしている。例えばＥＣＵ２０は、エアフローメータ５によって検出される吸入空気量Ｇａに基づいて、予め設定されたマップを利用し、触媒１１の温度Ｔｃを推定する。なお、吸入空気量Ｇａ以外のパラメータ、例えばエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）などを触媒温度推定に用いるパラメータに含めてもよい。
【００３５】
図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における触媒前空燃比センサ１７及び触媒後空燃比センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。図３（Ａ）に示される触媒前空燃比センサ１７の出力は触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒに換算した値である。また図３（Ｂ）に示される触媒後空燃比センサ１８の出力はその出力値自体、即ち出力電圧Ｖｒｒの値である。
【００３６】
図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比としての理論空燃比Ａ／Ｆｓを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えに追従して、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。
【００３７】
図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えばリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５とされる。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。
【００３８】
ところで、目標空燃比Ａ／Ｆｔが切り替えられる時期ないしタイミングは、触媒後空燃比センサ１８の出力がリッチからリーンに、又はリーンからリッチに切り替わるタイミングである。ここで図示されるように触媒後空燃比センサ１８の出力電圧Ｖｒｒは理論空燃比Ａ／Ｆｓを境に急変する。そして当該出力電圧Ｖｒｒの反転時期、即ち当該出力電圧Ｖｒｒがリッチ側に反転したかどうか或いはリーン側に反転したかどうかを定めるため、当該出力電圧Ｖｒｒに関する二つの反転しきい値ＶＲ，ＶＬが定められている。ここでＶＲをリッチ判定値、ＶＬをリーン判定値という。ＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）とされる。出力電圧Ｖｒｒがリーン側即ち減少方向に変化してリーン判定値ＶＬに達した時、出力電圧Ｖｒｒはリーン側に反転したとみなされ、触媒後空燃比センサ１８によって検出された触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒは少なくとも理論空燃比よりリーンであると判断される。他方、出力電圧Ｖｒｒがリッチ側即ち増大方向に変化してリッチ判定値ＶＲに達した時、出力電圧Ｖｒｒはリッチ側に反転したとみなされ、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒは少なくとも理論空燃比よりリッチであると判断される。図５に示すように、リーン判定値ＶＬとリッチ判定値ＶＲとにそれぞれ対応する空燃比の間の狭い領域Ｙ（これを遷移領域という）に理論空燃比が含まれている。基本的に、出力電圧Ｖｒｒからは触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出できるのみで、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒの絶対値まで検出するのは困難である。
【００３９】
図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、触媒後空燃比センサ１８の出力電圧Ｖｒｒがリッチ側の値からリーン側に変化してリーン判定値ＶＬに等しくなった時（時刻ｔ１）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。その後、触媒後空燃比センサ１８の出力電圧Ｖｒｒがリーン側の値からリッチ側に変化してリッチ判定値ＶＲに等しくなった時（時刻ｔ２）、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。このように、触媒後空燃比センサ１８の出力がリーン側又はリッチ側に反転する毎に空燃比がリッチ側又はリーン側にアクティブに切替制御される。
【００４０】
このアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測され、触媒１１の劣化が判定される。
【００４１】
図３を参照して、時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、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。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、触媒後空燃比センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（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、或いは反転される。
【００４２】
そして今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。よって触媒１１の下流側にはほぼ理論空燃比Ａ／Ｆｓの排気ガスが流出し、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチにならないことから、触媒後空燃比センサ１８の出力は反転しない。触媒１１から酸素が放出され続けるとやがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上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。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、触媒後空燃比センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲ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。
【００４３】
酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収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目標空燃比Ａ／Ｆｔ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目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。
【００４４】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして計測される。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／Ｆｆｒ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／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣ（酸素吸蔵容量の瞬時値）が算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積算される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量即ち放出酸素量が計測される。
【００４５】
【数１】
2009191786.tif 000003
【００４６】
ここで、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。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００４７】
基本的には、この１回で計測された酸素吸蔵容量ＯＳＣを用い、これを所定の劣化判定値ＯＳＣｓと比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓを超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓ以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。しかしながら、本実施形態では精度を向上させるため、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン側となっている酸素吸蔵サイクルでも同様に酸素吸蔵容量（この場合吸蔵酸素量）を計測し、これら酸素吸蔵容量の平均値を１吸放出サイクルに係る１単位の酸素吸蔵容量として計測している。そしてさらに、吸放出サイクルを複数回繰り返し、複数単位の酸素吸蔵容量の値を得、その平均値を最終的な酸素吸蔵容量計測値としている。
【００４８】
酸素吸蔵サイクルにおける酸素吸蔵容量（吸蔵酸素量）の計測については、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが積算される。こうしてこの酸素吸蔵サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ即ち吸蔵酸素量（図４のＯＳＣ２）が計測される。酸素放出サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と酸素吸蔵サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるのが理想的である。
【００４９】
次に、この酸素吸蔵容量計測値を用いて触媒の劣化判定がなされる。即ち、酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが所定の劣化判定値ＯＳＣｓと比較され、酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓより大きければ触媒は正常、酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓ以下ならば触媒は劣化と判定される。なお、触媒が劣化と判定された場合、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を起動させるのが好ましい。以上が触媒劣化診断の基本的な内容である。
【００５０】
次に、本実施形態における燃料性状判定、特に燃料の硫黄濃度の推定について説明する。なお以下の説明において、通常燃料とは、予め使用が予定されている硫黄濃度が低い燃料、即ち硫黄濃度が所定値以下の燃料をいう。また高硫黄燃料とは、硫黄濃度が当該所定値よりも大きい燃料をいう。またリッチ時間ＴＲとは、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に切り替えられているときの時間、具体的には目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに設定されているときの時間をいう。このリッチ時間ＴＲは図３に示すｔ１〜ｔ２の期間に相当する。またリーン時間ＴＬとは、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に切り替えられているときの時間、具体的には目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに設定されているときの時間をいう。このリーン時間ＴＬは図３に示すｔ２〜ｔ３の期間に相当する。
【００５１】
本発明者らの試験研究の結果によれば、高硫黄燃料使用時に酸素吸蔵容量を計測した場合、通常燃料使用時に比べ、触媒後空燃比センサ１８の出力が早いタイミングで反転するようになり、より少ない値の酸素吸蔵容量が計測されることが判明している。その理由は前述したように、排気中の硫黄成分により触媒の酸素吸放出反応が妨げられるからである。
【００５２】
また、燃料ないし排気ガス中の硫黄が、酸素吸蔵よりもむしろ酸素放出を大きく妨げることも判明している。まず空燃比がリーンで触媒に酸素が吸蔵されるときには、単にリーンガス中の酸素が触媒の酸素吸蔵成分に吸蔵されるメカニズムである。一方、高硫黄燃料であると、触媒の酸素吸蔵成分に硫黄成分が吸蔵され、その分酸素吸蔵量が減り、リーン時間ＴＬは通常燃料時よりも若干小さくなる。しかしながら、硫黄の影響によって触媒中の反応速度即ち酸素吸蔵速度がそれほど低下させられる訳ではない。よって通常燃料から高硫黄燃料に変更した場合のリーン時間ＴＬの低下代もそれほど大きくはならない。よって酸素吸蔵サイクルにおいて計測される酸素吸蔵容量ＯＳＣの値もそれほど低下しない。
【００５３】
ところが、空燃比がリッチで触媒から酸素が放出されるときには、触媒の酸素吸蔵成分に吸蔵された酸素が、貴金属からなる触媒成分３２を介してリッチガスによって引き出され、且つリッチガスと反応するメカニズムである。一方、高硫黄燃料であると、触媒成分３２及び酸素吸蔵成分が硫黄化合物によって被毒され、触媒成分３２を介する反応速度及び酸素放出速度が顕著に低下し、触媒中に吸蔵された酸素が残存している状態であるにも拘わらず、反応で消費されなかったリッチガスが早いタイミングから触媒をすり抜けるようになる。よって通常燃料から高硫黄燃料に変更した場合のリッチ時間ＴＲの低下代は大きく、酸素放出サイクルにおいて計測される酸素吸蔵容量ＯＳＣの値も大きく低下することになる。空燃比リーン時の酸素吸蔵容量と空燃比リッチ時の酸素吸蔵容量との平均値を最終的な酸素吸蔵容量計測値とするので、結果的に最終的な酸素吸蔵容量計測値は通常燃料使用時よりも少なくなる。
【００５４】
ところで、かかる現象を熟慮した末、本発明者らは、酸素吸蔵容量計測時のアクティブ空燃比制御の方法を変更ないし改良することにより、燃料の性状を判定できること、即ち燃料の硫黄濃度を推定できることを新たに見出した。その主な変更点は、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値を、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定することである。より具体的には、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値と、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側からリッチ側への反転時期を定めるリッチ反転しきい値とを等しくし、且つ、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の一値に設定することである。
【００５５】
即ち、図３乃至図５に示したように、酸素吸蔵容量計測時のアクティブ空燃比制御の際、当該反転しきい値としてはリーン判定値ＶＬとリッチ判定値ＶＲとの二値が設定されている。一方、本実施形態において燃料の硫黄濃度を推定する際には、リッチ判定値ＶＲの一値のみが設定される。図５から分かるように、このリッチ判定値ＶＲは、理論空燃比に対応した触媒後空燃比センサ１８の出力値Ｖｓｔよりもリッチ側の値である。なお必ずしも酸素吸蔵容量計測時のリッチ判定値ＶＲと等しくする必要はなく、これと異なる値としてもよい。
【００５６】
また、他の好ましい変更点として、燃料硫黄濃度推定時にはアクティブ空燃比制御の空燃比の振り幅（目標空燃比Ａ／Ｆｔの振り幅）を酸素吸蔵容量計測時の空燃比の振り幅よりも小さくしている。ここで空燃比の振り幅とは、空燃比振動の中心に対するリーン側又はリッチ側への振幅をいうのではなく、純粋に空燃比の最大値と最小値との差をいう。本実施形態において、酸素吸蔵容量計測時にはリッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５であり、既定値としての振り幅は０．５＋０．５＝１．０である。これに対し、燃料硫黄濃度推定時には例えばリッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．２とされ、振り幅は０．２＋０．２＝０．４とされる。この空燃比の振り幅を小さくする理由は後に述べる。
【００５７】
図６には、かかる二つの変更を伴うアクティブ空燃比制御を行ったときの触媒後空燃比センサ１８の出力変化の様子を示す。図３と同様、図６（Ａ）には触媒前空燃比センサ１７の出力（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）を示し、図６（Ｂ）には触媒後空燃比センサ１８の出力（出力電圧Ｖｒｒ）を示す。実線で示すのが通常燃料の場合、破線で示すのが高硫黄燃料の場合である。図示するように、高硫黄燃料時のリーン時間ＴＬ’は通常燃料時のリーン時間ＴＬより若干短くなるに止まるが、高硫黄燃料時のリッチ時間ＴＲ’は通常燃料時のリッチ時間ＴＲより顕著に短くなる。全体として、触媒前空燃比センサ出力Ｖｒｒの反転周期Ｔ（リッチ時間ＴＲ又はリーン時間ＴＬ）は通常燃料時より高硫黄燃料時の方が短くなる傾向にある。
【００５８】
時刻ｔ１において、リーン側に変化中の触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリッチ判定値ＶＲに達すると、目標空燃比がリッチに切り替えられる。この時以降、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒはリーン側に変化ないし低下するが、このときのリーン側への最大変化量ないし最大低下量は、通常燃料時よりも高硫黄燃料時の方が少ない。本実施形態はこうした触媒後空燃比センサ１８の出力挙動の違いを利用して燃料の硫黄濃度を推定するものである。一方、時刻ｔ２又はｔ２’において、リッチ側に変化中の触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリッチ判定値ＶＲに達すると、目標空燃比がリーンに切り替えられる。この時以降、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒはリッチ側に変化ないし上昇するが、このときのリッチ側への変化量ないし上昇量は、通常燃料時と高硫黄燃料時とで同等である。触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリッチ側の上限値に達してしまうからである。結果的に、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの振れ幅は、通常燃料時（Ｆ）よりも高硫黄燃料時（Ｆ’）の方が小さくなる。ここで触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの振れ幅とは、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの最大値と最小値の差をいう。
【００５９】
触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの振れ幅が燃料硫黄濃度に応じて変化する理由は、主に触媒後空燃比センサ出力のリーン反転しきい値を、理論空燃比対応出力Ｖｓｔよりもリッチ側の値、具体的にはリッチ判定値ＶＲに設定したためと解される。こうすると、空燃比をリッチに切り替えるタイミングを（例えばリーン判定値ＶＬとする場合に比べ）より早めることができ、また触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリッチ判定値ＶＲに到達した時以降にリーン側に変化する際の余裕代を大きくとれ、燃料硫黄濃度に応じた変化量の違いを得ることが可能となる。逆に、リーン反転しきい値を触媒劣化診断時と同じリーン判定値ＶＬとすると、空燃比をリッチに切り替えるタイミングが遅すぎ、またリーン判定値ＶＬよりもリーン側への余裕代を殆どとれず、燃料硫黄濃度に応じた触媒後空燃比センサ出力変化量の違いを得ることができない。
【００６０】
ここで、空燃比のリッチへの切替時ｔ１以降に触媒後空燃比センサ出力のリーン側への最大変化量が通常燃料時と高硫黄燃料時とで異なる理由を説明する。
【００６１】
図７及び図８にはそれぞれ通常燃料時と高硫黄燃料時との触媒内での酸素吸蔵状態を示す。横軸は触媒の前後位置、即ち前端（上流端）から後端（下流端）までの位置を示す。縦軸は酸素吸蔵レベル（％）を示し、酸素吸蔵量がゼロのときの０％から容量一杯まで吸蔵したときの１００％までの値をとる。各図は時刻ｔ１の時点、即ち触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリッチ判定値ＶＲに達し、目標空燃比がリッチに切り替えられる時点での様子を示す。
【００６２】
まず図７の通常燃料時について説明する。空燃比がリーンに制御されているとき、触媒はその前端から徐々に酸素を吸蔵していく。酸素吸蔵レベルの変化の仕方としては図中一点鎖線で示すとおりである。そして通常燃料時だと触媒内での硫黄吸蔵は起こらないので、触媒の後端まで、酸素吸蔵容量をほぼ一杯まで使い切った後にリーンガスが触媒下流側に漏れ出す。触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリーン側に反転した時点ｔ１において、触媒内には図中Ｗで示すような酸素が吸蔵されていない容量が残っている（これを余裕吸蔵容量という）。この余裕吸蔵容量Ｗは比較的少なく、図８に示す高硫黄燃料時の余裕吸蔵容量Ｗ’より格段に少ない。一方、図６に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比がリッチに切り替えられても、実際に触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替わるまでには時間遅れがあり、図６にハッチングＧで示す如きリーンガスが時刻ｔ１直後に触媒に流入する。余裕吸蔵容量Ｗが少ないため、時刻ｔ１直後のリーンガスＧを触媒中であまり処理できずに触媒下流側に漏れ出させてしまう。よってこの漏れ出したリーンガスに反応して触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒが大きくリーン側に変化するのである。
【００６３】
次に、図８に示す高硫黄燃料時について説明する。空燃比のリーン制御中、触媒はその前端から徐々に酸素を吸蔵していくが、このときの酸素吸蔵レベルの変化の仕方は図中一点鎖線で示すとおりであり、通常燃料時と比較して触媒のより後側の部分を使いながら吸蔵していく傾向にある。つまり、一点鎖線で示す酸素吸蔵レベルの傾きが小さくなる。これは硫黄影響で反応速度が低下していることに起因する。また高硫黄燃料時だと触媒内での硫黄吸蔵が起こり、その分、酸素を吸蔵できる容量が低下する。よって触媒が本来有する酸素吸蔵容量ほぼ一杯まで酸素を吸蔵する前に、より早いタイミングで、リーンガスが触媒下流側に漏れ出す。このリーンガス漏れ出しの際、通常燃料時にはリーンガスが突然急に漏れ出すが、高硫黄燃料時にはリーンガスが早めに少しずつ漏れ出して次第に量が増加する傾向にある。触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリーン側に反転する時点ｔ１において、図８に示すように、酸素が吸蔵されていない余裕吸蔵容量Ｗ’は比較的多く、図７に示す通常燃料時の余裕吸蔵容量Ｗより遙かに多い。この余裕吸蔵容量Ｗ’のうちある程度の部分は硫黄が吸蔵されており酸素を吸蔵できないが、残りの部分は酸素を吸蔵でき、この残りの部分で吸蔵できる酸素量は通常燃料時の余裕吸蔵容量Ｗより多い。よって、時刻ｔ１直後の遅れ時間内でのリーンガスＧを、通常燃料時より多く触媒内で処理することができ、時刻ｔ１以降の触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側への最大変化量は通常燃料時より少なくなる。
【００６４】
以上の理由により、リッチ切替時ｔ１以降の触媒後空燃比センサ出力のリーン側への最大変化量は、通常燃料時より高硫黄燃料時の方が少なくなるものと考えられる。
【００６５】
一方、アクティブ空燃比制御のときの空燃比の振り幅を酸素吸蔵容量計測時より小さくする理由は、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側への最大変化量の燃料硫黄濃度に応じた違いをより明確にし、強調するためである。即ち、空燃比の振り幅を小さくすると、理論空燃比に対するリーン側の振幅も少なくなり（本実施形態では０．２）、リッチ切替時ｔ１付近で触媒から漏れ出すリーンガスのリーン深さないしリーン度合いが少なくなる。よって、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側への変化速度を遅くし、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側への最大変化量を燃料硫黄濃度に応じてより明確に異ならせることができる。逆に、空燃比の振り幅を酸素吸蔵容量計測時と同じく大きくしたままだと、通常燃料時でも高硫黄燃料時でも触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒがリーン側に急速に大きく変化し、両者の違いをはっきり出せないことが懸念される。一方、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒは、リーン側からリッチ側に変化するときよりもリッチ側からリーン側に変化するときの方が変化速度が遅いという特性がある。空燃比の振り幅を小さくするとこの特性を増長し、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側最大変化量を燃料硫黄濃度に応じてより明確に異ならせることができる利点がある。そして燃料の硫黄濃度推定を容易に且つ高精度で行うことができる利点がある。
【００６６】
なお、アクティブ空燃比制御のときの空燃比の振り幅を小さくしないで、その代わりに排気ガス流量が所定値より少ないときに燃料の硫黄濃度を推定するようにしてもよい。排気ガス流量が少なければ、空燃比の振り幅がたとえ大きくても（即ちリーンガスのリーン深さがたとえ大きくても）触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒのリーン側への変化速度を遅くすることができるからである。具体的には、排気ガス流量の代用値として、エアフローメータ５で検出される吸入空気量Ｇａの値を用い、この値が所定値より小さいときに燃料の硫黄濃度を推定する。なお空燃比の振り幅を小さくした上で、排気ガス流量が所定値より少ないときに燃料の硫黄濃度を推定するといった変形例も可能である。また排気ガス流量に応じて空燃比の振り幅を変化させてもよい。例えば排気ガス流量が多いほど空燃比の振り幅を小さくするといった具合である。
【００６７】
図９に、図６と同種の実測データを示す。但し図９（Ａ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔの変化を示す。図９（Ａ）から分かるように、アクティブ空燃比制御では空燃比が理論空燃比Ａ／Ｆｓ＝１４．６を中心として±０．２の範囲で振動させられている。空燃比の反転タイミングは唯一のリッチ判定値ＶＲのみで規定される。図から明らかなように、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの振れ幅は、通常燃料時（Ｆ）よりも高硫黄燃料時（Ｆ’）の方が小さい。なお図示のデータでは通常燃料時及び高硫黄燃料時ともに、リッチ時間の方がリーン時間より長くなっており、リッチとリーンで対称となっていないが、これは実験上、リッチとリーンのバランスがとれていないためと推測される。しかしこのことは、前述の硫黄濃度推定方法に実質的な影響を及ぼすことではない。
【００６８】
図１０には、さらに詳細を検討した実測データを示す。（Ａ）は触媒前空燃比センサ１７の出力（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒへの換算値）、（Ｂ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、（Ｃ）は触媒後空燃比センサ１８の出力Ｖｒｒ、（Ｄ）は触媒後空燃比センサ出力の反転しきい値Ｖｒｅｆ、（Ｅ）は、触媒後空燃比センサ１８とは別の広域空燃比センサで検出された触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒ、（Ｆ）は上流触媒１１から流出した排気ガスのＮＯｘ濃度、（Ｇ）は同ＨＣ濃度、（Ｈ）は同ＣＯ濃度をそれぞれ示す。アクティブ空燃比制御の空燃比の振り方は図９の例と同様である。
【００６９】
（Ｄ）に示すように、触媒後空燃比センサ出力の反転しきい値Ｖｒｅｆは一値であり、且つ、途中でよりリッチ側の値に変更されている。変更前の値は約０．４５Ｖであり、理路空燃比に対応した値にほぼ等しい。変更後の値は約０．５５Ｖであり、理路空燃比に対応した値よりリッチ側の値である。変更時点から所定時間経過前までの期間ＩＩは遷移期間であり、各値が安定していないので無視し、その遷移期間ＩＩ前後の変更前Ｉと変更後ＩＩＩとを比較して述べる。
【００７０】
（Ｂ）に着目すると、空燃比の反転周期は変更前Ｉより変更後ＩＩＩの方が短くなっているのがわかる。また（Ｃ）に着目すると、触媒後空燃比センサ出力Ｖｒｒの振れ幅Ｆ，Ｆ’は、変更前Ｉより変更後ＩＩＩの方が、通常燃料時と高硫黄燃料時とではっきりと差が出ているのが分かる。
【００７１】
一方、エミッションの観点から述べると、（Ｅ）に示すように、変更前Ｉでは触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが定期的且つ瞬間的に理論空燃比からリーン側にズレる。このズレは空燃比をリッチに切り替えたときのタイミングと同期して起こっている。他方、変更後ＩＩＩだと、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒが理論空燃比近傍に常に維持されている。（Ｆ）に着目すると、変更前Ｉでは、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーンズレするのと同時にＮＯｘが多く排出されている。他方、変更後ＩＩＩだと、空燃比をリッチに切り替えたときのタイミングと同期してＮＯｘが排出されているが、通常燃料時でも変更前Ｉより少なく、高硫黄燃料時だと変更前Ｉより格段に少なくごく僅かである。このような結果が得られる理由は、変更前Ｉより変更後ＩＩＩの方がより早いタイミングで空燃比をリッチに切り替えており、触媒への酸素吸蔵終了時付近でのリーンガスの供給時間が短いからである。
【００７２】
（Ｇ）、（Ｈ）に着目すると、変更前Ｉと変更後ＩＩＩとでＨＣ及びＣＯ排出レベルは同じであり、通常燃料時と高硫黄燃料時とで比較しても高硫黄燃料時の方が通常燃料時よりやや多いだけで、排出レベルとしては同等である。
【００７３】
以上の結果から、触媒後空燃比センサ出力の反転しきい値Ｖｒｅｆを理論空燃比よりリッチ側の一値とすることがエミッション、特にＮＯｘ排出量の点で有利であることが確認された。
【００７４】
次に、図１１を参照しつつ、本実施形態における燃料性状判定処理の内容を説明する。図示するルーチンはＥＣＵ２０により所定周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７５】
まずステップＳ１０１において、燃料性状判定処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転速度Ｎｅの変動幅が所定範囲内であるなど、エンジンが定常運転状態にあり、且つ上流触媒１１及び触媒前後空燃比センサ１７，１８が所定の活性温度に達していれば、前提条件成立となる。なお前提条件についてはこの例に限られない。前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０２に進む。
【００７６】
ステップＳ１０２ではアクティブ空燃比制御が実行される。このアクティブ空燃比制御時、前述したように、触媒後空燃比センサ出力の反転しきい値Ｖｒｅｆはリッチ判定値ＶＲの一値に設定される。また、空燃比の振り幅は触媒劣化診断時よりも小さな値とされ、例えば振り幅で０．４、理論空燃比に対するリッチ側及びリーン側への振幅はそれぞれ０．２とされる。
【００７７】
ステップＳ１０３では、このアクティブ空燃比制御中における触媒後空燃比センサ出力の振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔが計測される。図６に示すように、振れ幅Ｆは、リッチ時間ＴＲとリーン時間ＴＬとを合わせた１吸放出サイクル中で一つの値が計測される。また反転周期Ｔは、１吸放出サイクル中でリッチ時間ＴＲとリーン時間ＴＬとの二つが計測される。この吸放出サイクルを複数回（ｎ回）繰り返し、複数の振れ幅Ｆｎの平均値を最終的な振れ幅Ｆとして求める。即ちＦ＝ΣＦｎ／ｎである。また、吸放出サイクルを複数回（ｎ回）繰り返し、複数ずつ得られたリッチ時間ＴＲｎとリーン時間ＴＬｎとを両者区別無く平均化し、最終的な反転周期Ｔを求める。即ちＴ＝（ΣＴＲｎ＋ΣＴＬｎ）／ｎである。
【００７８】
なお、最終的な振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔの求め方はこの例に限られない。例えば１吸放出サイクル中の振れ幅Ｆのみを用いてもよいし、１吸放出サイクル中のリッチ時間ＴＲとリーン時間ＴＬの平均値を用いてもよい。燃料硫黄濃度に応じて主にリッチ時間ＴＲが変化することから、リッチ時間ＴＲのみを用いるようにしてもよい。例えば、複数の放出サイクルで得られたリッチ時間ＴＲｎの平均値を最終的な反転周期Ｔの値としてもよい。
【００７９】
こうして触媒後空燃比センサ出力の振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔが計測されたら、次にステップＳ１０４において振れ幅Ｆが所定のしきい値Ｆｓより小さいか否かが判定される。Ｆ＜Ｆｓの場合、ステップＳ１０５において反転周期Ｔが所定のしきい値Ｔｓより小さいか否かが判定される。Ｔ＜Ｔｓの場合、ステップＳ１０６において燃料は高硫黄燃料であると判定され、処理が終了される。
【００８０】
他方、ステップＳ１０４でＦ≧Ｆｓの場合、又はステップＳ１０５においてＴ≧Ｔｓの場合、ステップＳ１０７において燃料は通常燃料であると判定され、処理が終了される。
【００８１】
なお本実施形態では燃料の硫黄濃度推定に振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔの両方を用いたが、いずれか一方の値を用いるようにしてもよい。しかし、燃料の硫黄濃度に応じて両方の値が変化することから、両方の値を用いる方が精度良く硫黄濃度を推定できて好ましい。図示例では振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔの両方が所定値より小さいときに高硫黄燃料であると判定したが、いずれか一方が所定値より小さいときに高硫黄燃料であると判定してもよい。図示例では燃料を硫黄濃度が低いものと高いものとで二段階に区別するようにしたが、振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔの少なくとも一方に応じて無段階に区別するようにしてもよい。この場合、振れ幅Ｆ及び反転周期Ｔの少なくとも一方と、燃料硫黄濃度との関係を予め実験的に求めてマップ又は関数としてＥＣＵ２０に記憶させておき、これを利用して燃料硫黄濃度を求める。
【００８２】
このように本実施形態によれば、Ｃｍａｘ法で実施されるアクティブ空燃比制御のやり方を改良して好適に燃料性状判定を行うことができる。かかる燃料性状判定、特に燃料硫黄濃度の推定を行えれば、推定された燃料硫黄濃度が高いときに触媒劣化診断を中止したり、酸素吸蔵容量計測値を補正するなど必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できる。特に本実施形態によれば、酸素吸蔵容量、即ち吸蔵酸素量及び放出酸素量を計測する必要がないので、特許文献１に記載のものよりも簡単に燃料性状判定を行うことができる。
【００８３】
なお、前記実施形態では、触媒後空燃比センサ出力のリッチ側からリーン側への反転時期を定めるリーン反転しきい値と、触媒後空燃比センサ出力のリーン側からリッチ側への反転時期を定めるリッチ反転しきい値とを等しい値とし、且つ、理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の一値、具体的にはリッチ判定値ＶＲに設定した。しかし、これらリーン反転しきい値とリッチ反転しきい値とは必ずしも等しくする必要は無く、異なる値であってもよいと解される。両者が理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定されていれば、特にリーン反転しきい値が理論空燃比に対応した出力よりもリッチ側の値に設定されていれば、前記実施形態の如く、触媒後空燃比センサ出力の振れ幅及び反転周期の少なくとも一方に基づき、燃料の硫黄濃度を推定可能であると解される。従って本発明の実施形態には、リーン反転しきい値とリッチ反転しきい値とが異なるような実施形態も含まれるものとする。
【００８４】
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は任意であり、例えば車両用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。触媒後空燃比センサに触媒前空燃比センサと同様の広域空燃比センサを用いてもよいし、触媒前空燃比センサに触媒後空燃比センサと同様のＯ２センサを用いてもよい。これら広域空燃比センサやＯ２センサを含め、広く、排気空燃比を検出するセンサを空燃比センサということとする。
【００８５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【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】触媒劣化診断時のアクティブ空燃比制御の内容を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前空燃比センサ及び触媒後空燃比センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】改良したアクティブ空燃比制御を行ったときの触媒後空燃比センサの出力変化の様子を示すタイムチャートである。
【図７】空燃比のリッチ側への切替時点における触媒内での酸素吸蔵状態を示すグラフであり、通常燃料時を示す。
【図８】空燃比のリッチ側への切替時点における触媒内での酸素吸蔵状態を示すグラフであり、高硫黄燃料時を示す。
【図９】図６と同種の実測データを示すタイムチャートである。
【図１０】詳細を検討するための実測データを示すタイムチャートである。
【図１１】燃料性状判定処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１  内燃機関
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１７  触媒前空燃比センサ
１８  触媒後空燃比センサ
１９  下流触媒
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｖｒｒ  触媒後空燃比センサ出力
Ｆ  触媒後空燃比センサ出力の振れ幅
Ｔ  触媒後空燃比センサ出力の反転周期
Ｖｒｅｆ  反転しきい値
ＶＲ  リッチ判定値
Ａ／Ｆｔ  目標空燃比
Ａ／Ｆｆｒ  触媒前空燃比
Ａ／Ｆｒｒ  触媒後空燃比
【図１】
2009191786.tif 000004
【図２】
2009191786.tif 000005
【図３】
2009191786.tif 000006
【図４】
2009191786.tif 000007
【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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