CN102791982A - 催化剂劣化检测设备 - Google Patents

Abstract

一种催化剂劣化检测设备，包括：计算装置，该计算装置用于将在下述时间段内储存到催化剂（16）内或从催化剂（16）解吸的氧的量计算作为催化剂（16）的储氧量，所述时间段是指从前置催化剂传感器（17）的信号中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化时至后置催化剂传感器（18）的信号达到关于空气燃料比的变化的标准值时；催化剂劣化判定装置，该催化剂劣化判定装置用于基于储氧量判定催化剂（16）的劣化；以及修正装置，该修正装置用于随着测量的后置催化剂传感器（18）的响应性相对于基准值变得更加恶化，来将用于判定催化剂（16）的劣化所计算的储氧量向着更偏向减量侧的方向进行修正。

Description

催化剂劣化检测设备

技术领域

本发明涉及一种催化剂劣化检测设备。

背景技术

在安装在诸如机动车辆等的车辆中的内燃机中，排气通路设置有用于废气排放控制的催化剂，从而去除在排气通路中流动的废气中的NOx、HCs和CO。此外，为了去除废气的这三种成分，催化剂具备储氧功能，并且执行化学计量空气燃料比控制，即，将内燃机的燃烧室中的空气-燃料混合物的空气燃料比控制到化学计量的空气燃料比。

催化剂的储氧功能在本文中表示根据通过催化剂的废气中的氧浓度将来自废气的氧储存在催化剂中，并且将催化剂中储存的氧解吸且将其从催化剂释放到废气中的功能。特别地，在废气中的氧浓度高于当其空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值的状态期间，即，在其空气燃料比贫于化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧的状态期间，由于催化剂的上述储氧功能，通过催化剂的废气中的氧储存到催化剂内。另一方面，在废气中的氧浓度低于当其空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值的状态期间，即，在其空气燃料比富于化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧的状态期间，由于催化剂的上述储氧功能，储存在催化剂中的氧被解吸并从催化剂释放到废气中。

此外，在上述化学计量空气燃料比控制中，根据废气中的氧浓度调节内燃机的燃料喷射量，使得废气中的氧浓度变得等于当其空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值。这种化学计量空气燃料比控制使用前置催化剂传感器和后置催化剂传感器，前置催化剂传感器设置在催化剂上游的排气通道中并且基于废气中的氧浓度输出信号，并且后置催化剂传感器设置在催化剂下游的排气通道中且基于氧浓度输出信号。

具体地，根据来自前置催化剂传感器的信号调节内燃机的燃料喷射量，以使得催化剂上游的废气中的氧浓度变得等于当其空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值。由于这种调节，控制内燃机的燃烧室中的混合物的空气燃料比，以便在化学计量的空气燃料比的富燃料侧与贫燃料侧之间波动的同时，收敛至化学计量的空气燃料比。然而，在只进行与前置催化剂传感器的输出信号相当的燃料喷射量调节的情况中，仍然存在这样的可能，即由于前置催化剂传感器的产品差别等，在富燃料侧与贫燃料侧之间波动以便如上所述收敛至化学计量的空气燃料比的内燃机的空气燃料比的波动中心将偏离化学计量的空气燃料比。为了修正这样的偏差，还根据后置催化剂传感器的信号输出调节内燃机的燃料喷射量，以使得由于与来自前置催化剂传感器的信号相当的燃料喷射量调节，在富侧与贫侧之间波动的内燃机的空气燃料比的波动中心变得等于化学计量的空气燃料比。

因此，通过使催化剂具备储氧功能并进行化学计量空气燃料比控制，能够有效地去除废气中的三种成分，即，NOx、HCs和CO。具体地，当在执行化学计量空气燃料比控制期间燃烧室中的混合物的空气燃料比变到贫侧时，通过催化剂的废气中的氧浓度变得高于当空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值，以使得通过催化剂的废气中的氧被储存到催化剂内，从而减少废气中的NOx。另一方面，当在执行化学计量空气燃料比控制期间燃烧室中的混合物的空气燃料比变到富侧时，通过催化剂的废气中的氧浓度变得低于当空气燃料比设定在化学计量的空气燃料比的混合物在燃烧室中燃烧时获得的氧浓度的值，以使得储存在催化剂中的氧从催化剂中解吸，并且氧化废气中的HCs和CO。因此，在执行化学计量空气燃料比控制期间，当燃烧室中的混合物的空气燃料比随着空气燃料比收敛至化学计量的空气燃料比而在富侧和贫侧之间波动时，有效去除废气中的三种成分，即，NOx、HCs和CO。

附带地讲，对催化剂来说，随着催化剂劣化，储氧功能降低。因此，已经提出了找到催化剂中所储存的氧的量的最大值（以下称为储氧量），并且基于储氧量判定是否存在催化剂的劣化。例如，在日本专利申请公布No.2008-31901（JP-A-2008-31901）中，催化剂劣化的存在与否通过下列过程来判定。

如图10的空气燃料比时间图中所示，当在内燃机的燃烧室中燃烧的混合物的空气燃料比被迫在富侧和贫侧之间变化时（在时刻ta处），前置催化剂传感器的信号对应地发生变化，如图10的前置催化剂传感器的输出的时间图中所示。附带地讲，在图10的前置催化剂传感器的输出的时间图中的时刻tb是前置催化剂传感器的信号达到与当处于化学计量的空气燃料比的混合物燃烧时得到的废气中的氧浓度相对应的值的时刻。然后，计算在从前置催化剂传感器的信号中出现上述变化起到后置催化剂传感器的信号中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化为止的时间段（tb至td）期间储存到催化剂内或从催化剂解吸的氧的量。附带地讲，后置催化剂传感器的信号中已出现与空气燃料比中的变化相对应的变化的判定可以在下列条件下进行：信号已达到为进行判定而设定的标准值H，如图10中的后置催化剂传感器的输出1的时间图中的实线所示。

例如，如果出现从富侧到贫侧的空气燃料比的受迫变化，则在该时间段（tb至td）期间，氧被储存到催化剂内。然后，计算在该时间段期间储存到催化剂内的氧的量，并且将氧的计算量确定为催化剂的储氧量。附带地讲，由此得到的储氧量在该时间段（tb至td）期间变化，如图10中的储氧量1的时间图中的实线所示。另一方面，如果出现从贫侧到富侧的空气燃料比的强迫变化，则在该时间段（tb至td）期间，氧从催化剂中被解吸。然后，计算在该时间段期间从催化剂中解吸的氧的量，并且将氧的计算量确定为催化剂的储氧量。附带地讲，由此得到的储氧量也在该时间段（tb至td）期间变化，如图10中的储氧量1的时间图中的实线所示。

然后，为了判定是否存在催化剂的劣化，将在时间段（tb至td）的结束的时点处得到的储氧量与为关于劣化的判定而设定的阈值进行比较。具体地，如果储氧量小于阈值，则可以判定已经出现了由于催化剂劣化导致的储氧功能降低，并且因此判定存在催化剂劣化。另一方面，如果储氧量大于或等于阈值，则可以判定尚未出现由于催化剂劣化导致的储氧功能降低，并且因此判定不存在催化剂劣化（催化剂正常）。

然而，在上述关于催化剂劣化是否存在的判定中，有时出现下面的情况：由于来自后置催化剂传感器的信号对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性恶化的效应，为用于判定而得到的储氧量从正确值偏离至增加侧。例如，如果后置催化剂传感器的响应性的恶化以从图10中的后置催化剂传感器的输出1的时间图中的实线所示的转变到同一时间图中的双点划线所示的转变的变化的形式出现在同一传感器的信号中，则计算储氧量的时间段从tb至td的时间段增加至tb至tf的时间段。结果，在时间段（tb至tf）的结束时点处得到的储氧量是相比正确值（时间td处的值）过大的值（时间tf处的值），如图10中的储氧量1的时间图中的双点划线所示。然后，如果基于储氧量的值从正确值偏离至增加侧而判定是否存在催化剂的劣化，则在判定时有时可能出现误差。

作为上述问题的对策，JP-A-2008-31901公开了将车辆的行驶距离或内燃机的累积工作时间测量为与后置催化剂传感器的响应性相关的参数，并且基于测量的参数（对应于后置催化剂传感器的响应性）修正标准值H。具体地，修正标准值H，以使判定越缓和（以便位于图10中的后置催化剂传感器的输出1的时间图中更高处），参数使后置催化剂传感器的响应性变得越差。在这种情况下，基于参数（后置催化剂传感器的响应性）修正标准值H，以便在该时间图中的双点划线L1在时刻td处达到修正后的标准值H。以这种方式，限制所得到的储氧量由于后置催化剂传感器的响应性恶化而从正确值偏离至增加侧。

如上所述，通过基于与后置催化剂传感器的响应性相关的参数修正标准值H，可以对储氧量由于后置催化剂传感器的响应性恶化而从正确值的偏离进行限制。

然而，后置催化剂传感器的响应性恶化的效应未必以图10的后置催化剂传感器输出1的时间图中的双点划线所示方式出现在来自后置催化剂传感器的信号中，并且可能以不同于双点划线所示的方式出现在来自后置催化剂传感器的信号中，这取决于内燃机的操作状态等。例如，甚至当后置催化剂传感器的响应性变的差程度基本上等于图10中的后催化剂传感器输出1的时间图中的双点划线所示恶化程度时，后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应也可能出现在后置催化剂传感器的信号中，例如，以图10中的后置催化剂传感器的输出2的时间图中的双点划线L2或图10中的后置催化剂传感器的输出3的时间图中的双点划线L3所示方式，这取决于内燃机的操作状态等。附带地讲，在后置催化剂传感器的输出2的时间图和后置催化剂传感器的输出3的时间图中的每一个的双点划线L1与图10中的后置催化剂传感器的输出1的时间图中的双点划线相同。

如从图10中的后置催化剂传感器的输出2的时间图可看到的，双点划线L2在时刻tf之前位于双点划线L1之下，并且在时刻tf之后与双点划线L2重合。在这种情况下，双点划线L2在时刻td之前在时刻tc处达到修正后标准值H。因此，在时刻tc处，得到了在从tb至tc的时间段中的储氧量。附带地讲，在该时间段期间，储氧量如图10中的储氧量2的时间图中所示变化。在时刻tc处得到的储氧量是从正确值（在图10中的储氧量1的时间图中的时刻td处的实线上的值）偏离至减小侧的值。因此，如果基于在时刻tc处得到的储氧量判定催化剂是否劣化，则在判定中有时可能出现误差。

另一方面，如从后置催化剂传感器的输出3的时间图可看到的，双点划线L3在时刻tf之前位于双点划线L1之上，并且在时刻tf之后与双点划线L1重合。在这种情况下，双点划线L3在时刻td之后在时刻te处达到修正后标准值H。因此，在时刻te处，得到了在从tb至te的时间段期间的储氧量。附带地讲，在该时间段内，储氧量如图10中的后置催化剂传感器的输出3的时间图所示变化。在时刻te处得到的储氧量是从正确值（在图10中的储氧量1的时间图中的时刻td处的实线上的值）偏离至增加侧的值。因此，如果基于在时刻te处得到的储氧量判定催化剂是否劣化，则在判定中有时可能出现误差。

如上所述，如果在来自后置催化剂传感器的信号中出现的后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应如图10中的后置催化剂传感器的输出2的时间图中的双点划线L2和图10中的后置催化剂传感器的输出3的时间图中的双点划线L3相对于图10中的后置催化剂传感器的输出2和后置催化剂传感器的输出3的时间图中的双点划线L1的所示那样变化，则用于判定催化剂的劣化是否存在的储氧量偏离正确值，如上所述。由于存在这样的可能性，即可能基于与正确值偏离的储氧量来判定是否存在催化剂的劣化，因此不能明确地说判定结果是绝对正确的。

发明内容

本发明提供了一种催化剂劣化检测设备，其能够正确判定是否存在催化剂的劣化，而与来自后置催化剂传感器的信号中出现的后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应的变化无关。

根据本发明的一个方面的催化剂劣化检测设备包括：前置催化剂传感器，其设置在催化剂上游的内燃机的排气通路中，并且基于废气中的氧浓度输出信号；后置催化剂传感器，其设置在催化剂下游的排气通路中，并且基于废气中的氧浓度输出信号；空气燃料比控制装置，其用于迫使内燃机的空气燃料比在富侧和贫侧之间变化；计算装置，其用于提供标准值以确定在后置催化剂传感器的信号中出现与空气燃料比的变化相对应的变化，并且用于将在下述时间段内储存到催化剂内或从催化剂解吸的氧的量计算作为催化剂的储氧量，所述时间段是指在当从在前置催化剂传感器的信号中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化时至当后置催化剂传感器的信号达到标准值时；催化剂劣化判定装置，其用于基于储氧量来判定是否存在催化剂的劣化；响应性测量装置，其用于测量由后置催化剂传感器输出的信号中的变化相对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性；和修正装置，其用于随着由响应性测量装置测量的后置催化剂传感器的响应性相对于基准值变得更加恶化，来将用于判定是否存在催化剂的劣化所计算的储氧量向着更偏向减小侧的方向进行修正。

在根据本发明的上述方面的催化剂劣化检测设备中，当后置催化剂传感器的响应性不恶化时获得的响应性的值可被设为基准值。

按照根据上述方面的催化剂劣化检测设备，通过使用前置催化剂传感器和后置催化剂传感器来判定设置在内燃机的排气通路中的催化剂是否劣化，其中前置催化剂传感器设置在催化剂上游的排气通路中且基于废气中的氧浓度输出信号，后置催化剂传感器设置在催化剂下游的排气通路中且基于废气中的氧浓度输出信号。具体地，空气燃料比控制装置迫使内燃机的空气燃料比在贫侧和富侧之间变化，并且在从前置催化剂传感器的信号中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化至后置催化剂传感器的信号中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化的时间段内储存到催化剂内或从催化剂解吸的氧的量。附带地讲，在信号达到用于判定的标准值的条件下，可以判定在后置催化剂传感器的信号中出现了与空气燃料比中的变化相对应的变化。然后，当计算在上述时间段内储存到催化剂内或从催化剂解吸的氧的量时，将计算的值设定为催化剂的储氧量。以这种方式得到的储氧量受到后置催化剂传感器的信号中的变化相对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性的影响。因此，测量后置催化剂传感器的响应性。然后，测量的响应性相对于基准值越恶化，修正装置将把用于判定是否存在催化剂劣化的所得到的储氧量越多地朝向减小侧进行修正。基于以这种方式修正的储氧量，由催化剂劣化判定装置判定是否存在催化剂的劣化。

在相关技术中，代替直接修正为了基于上述后置催化剂传感器的响应性判定催化剂的劣化是否存在而设定的储氧量，通过下面的技术在储氧量中反映响应性。具体地，通过修正用于基于后置催化剂传感器的响应性来确定在由后置催化剂传感器输出的信号中出现了与空气燃料比中的变化相对应的变化的标准值，在储氧量中反映后置催化剂传感器的响应性。在这种情况下，当出现在来自后置催化剂传感器的信号中的后置催化剂传感器的响应性恶化的效应取决于内燃机的操作状态等变化时，有时出现这样的情况：其中反映了后置催化剂传感器的响应性的储氧量具有与正确值偏离的值。存在这样的可能性，即可能基于其值与正确值偏离的储氧量来判定是否存在催化剂的劣化，所以不能明确地说判定结果是绝对正确的。

然而，就这一点而言，根据上述方面的催化剂劣化检测设备直接修正为了基于后置催化剂传感器的响应性来判定是否存在催化剂的劣化而设定的储氧量。因此，即使在来自后置催化剂传感器的信号中出现的后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应取决于内燃机的操作状态等变化，也可以防止这种变化导致修正后的储氧量的变化。因此，即使在来自后置催化剂传感器的信号中出现的后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应如上所述变化，也限制修正后的储氧量偏离正确值。因此，通过基于修正后的储氧量判定是否存在催化剂的劣化，可以正确地判定是否存在催化剂的劣化，而与在后置催化剂传感器的信号中出现的后置催化剂传感器的响应性的恶化的效应的变化无关。

在根据上述方面的催化剂劣化检测设备中：响应性测量装置可以测量下述响应性：当通过空气燃料比控制装置或燃料切断控制将内燃机的空气燃料比从富侧变至贫侧时，由后置催化剂传感器输出的信号相对于空气燃料比向贫侧的变化的响应性，以及当通过空气燃料比控制装置将内燃机的空气燃料比从贫侧变至富侧时，由后置催化剂传感器输出的信号相对于空气燃料比向富侧的变化的响应性；计算装置可以将当通过空气燃料比控制装置迫使内燃机的空气燃料比从富侧变至贫侧时的、储存到催化剂内的氧的量，计算作为在储存氧时得到的储氧量，并且可以将当通过空气燃料比控制装置迫使内燃机的空气燃料比从贫侧变至富侧时的、从催化剂解吸的氧的量，计算作为在解吸氧时得到的储氧量；修正装置可以基于后置催化剂传感器相对于空气燃料比向贫侧变化的响应性，来修正在储存氧时得到的储氧量，并且可以基于后置催化剂传感器相对于空气燃料比向富侧变化的响应性，来修正在解吸氧时得到的储氧量；并且当后置催化剂传感器相对于空气燃料比向贫侧变化的响应性和后置催化剂传感器相对于空气燃料比向富侧变化的响应性中只有一个已被测量时，催化剂劣化判定装置可以基于已经测量的这一个响应性和与尚未测量的响应性相对应的储氧量来计算修正的储氧量的平均值，并且可以基于修正的储氧量与预定的第一阈值所进行的比较以及将平均值与大于第一阈值的第二阈值所进行的比较，来判定是否存在催化剂的劣化。

根据按照该构造的催化剂劣化检测设备，测量当空气燃料比从富侧变至贫侧时由后置催化剂传感器输出的信号相对于内燃机的空气燃料比向贫侧的变化的响应性，并且测量当空气燃料比从贫侧变至富侧时由后置催化剂传感器输出的信号相对于内燃机的空气燃料比向富侧的变化的响应性。此外，当内燃机的空气燃料比被迫从富侧变至贫侧时储存到催化剂内的氧的量被计算为在储存氧时得到的储氧量，并且当内燃机的空气燃料比被迫从贫侧变至富侧时从催化剂解吸的氧的量被计算为在解吸氧时得到的储氧量。然后，基于后置催化剂传感器相对于空气燃料比向贫侧的变化的响应性来修正在储存氧时得到的储氧量，并且基于后置催化剂传感器相对于空气燃料比向富侧的变化的响应性修正在解吸氧时得到的储氧量。

为了准确判定是否存在催化剂的劣化，优选的是基于在储存氧时得到的储氧量的修正后的值和在解吸氧时得到的储氧量的修正后的值来判定是否存在催化剂的劣化。然而，如果要实现对是否存在催化剂的劣化的这种方式的判定，则在判定完成之前不可避免地需要较长的时间。这是因为，如果要测量用于修正在储存氧时得到的储氧量的、后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性，以及用于修正在解吸氧时得到的储氧量的、后置催化剂传感器相对于向富侧的变化的响应性，则这两种响应性的测量的完成都需要较长时间。具体地，就对后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性的测量以及对后置催化剂传感器相对于向富侧的变化的响应性的测量而言，这两种响应性之一的测量频率很有可能不同于另一响应性的测量频率。因此，出现下面的情况：后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性及其相对于向富侧的变化的响应性中的一个能够被测量，而另一个则不能够被测量。因此，响应性测量的完成需要较长时间。

就这一点而言，根据上述构造的催化剂劣化检测设备以下述方式判定是否存在催化剂的劣化，以便迅速完成对于是否存在催化剂的劣化的判定，同时避免判定精度的降低。也就是说，当后置催化剂传感器相对于空气燃料比向贫侧的变化的响应性和后置催化剂传感器相对于空气燃料比向富侧的变化的响应性中只有一个被测量时，计算基于响应性中已测量的那一个修正的储氧量和与尚未测量的响应性相对应的储氧量的平均值。然后，基于修正的储氧量和第一阈值的比较以及平均值和第二阈值的比较，来判定是否存在催化剂的劣化。

在这种情况下，只要后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性其中之一就可以判定是否存在催化剂的劣化。因此，可以迅速完成判定。对于是否存在催化剂的劣化的判定不仅以基于后置催化剂传感器的响应性修正的储氧量为基础来进行，而且以与尚未测量的后置催化剂传感器的响应性相对应的储氧量和修正后的储氧量的平均值为基础来进行。在通过不但考虑修正后的储氧量而且也考虑上述平均值来进行对于是否存在催化剂的劣化的判定的情况中，可以限制由仅基于修正后的储氧量判定是否存在催化剂的劣化所导致的判定精度降低。

在根据上述构造的催化剂劣化检测设备中，如果修正的储氧量小于第一阈值，则催化剂劣化判定装置可以判定催化剂已经劣化。

根据按照该构造的催化剂劣化检测设备，如果在测量了后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中的一个之后，基于测量的响应性修正的储氧量小于第一阈值，则立即判定存在催化剂的劣化。这里应当指出的是，基于后置催化剂传感器的响应性修正的储氧量小于第一阈值的情况是指对于催化剂正常值得怀疑的情况。当以这种方式怀疑催化剂的正常性时，可以判定存在催化剂劣化，如上所述。因此，在催化剂正常值得怀疑的情况中，本发明降低了以下情况的发生率：虽然催化剂实际上已劣化，但没有判定存在催化剂劣化。

此外，在按照上述构造的催化剂劣化检测设备中，如果修正的储氧量大于或等于第一阈值并且平均值大于或等于第二阈值，则催化剂劣化判定装置可以判定催化剂尚未劣化。

根据按照该构造的催化剂劣化检测设备，如果在测量了后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中的一个之后，基于相对于向贫侧的变化的响应性修正的储氧量大于或等于第一阈值并且平均值大于或等于第二阈值，则判定催化剂尚未劣化。这里应当指出的是，基于后置催化剂传感器的响应性修正的储氧量大于或等于第一阈值并且平均值大于或等于第二阈值的情况是指催化剂极有可能正常的情况。当催化剂极有可能正常时，如上所述可以判定催化剂尚未劣化。因此，在判定催化剂尚未劣化时，可以准确地进行判定。

此外，在按照上述构造的催化剂劣化检测设备中，如果修正的储氧量大于或等于第一阈值且平均值小于第二阈值，则催化剂劣化判定装置可以中止关于是否存在催化剂劣化的判定。

根据按照该构造的催化剂劣化检测设备，在测量了后置催化剂传感器相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中的一个之后，假设基于测量的响应性修正的储氧量大于或等于第一阈值并且平均值小于第二阈值，则中止关于是否存在催化剂劣化的判定。这里应当指出的是，基于后置催化剂传感器的响应性修正的储氧量大于或等于第一阈值并且平均值小于第二阈值的情况是指难以判定催化剂是已劣化还是尚未劣化而是正常的情况。当难以判定催化剂是已劣化还是尚未劣化而是正常时，如上所述中止关于是否存在催化剂的劣化的判定。因此，可以避免在没有认真考虑就轻易进行判定的情况下可能导致的对于是否存在催化剂劣化的判定的误差。

此外，在根据上述方面的催化剂劣化检测设备中，当测量了后置催化剂传感器相对于空气燃料比向贫侧的变化的响应性和后置催化剂传感器相对于空气燃料比向富侧的变化的响应性两者时，催化剂劣化判定装置可以将基于相对于向贫侧的变化的响应性修正的储氧量与预定的第三阈值进行比较，并且可以将基于相对于向富侧的变化的响应性修正的储氧量与预定的第三阈值进行比较，而且如果所修正的储氧量中的至少一个小于第三阈值则可以判定催化剂已劣化，而如果所修正的储氧量都大于或等于第三阈值则可以判定催化剂尚未劣化。

附图说明

下面将结合附图描述本发明的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中，相同的符号表示相同的元件，并且其中：

图1是示出根据本发明的实施例的催化剂劣化检测设备所应用到的发动机的整体构造的示意图；

图2是示出根据本发明的实施例的空气燃料比传感器的输出信号中的变化相对于废气中的氧浓度的变化的图；

图3是示出根据实施例的氧传感器的输出信号中的变化相对于废气中的氧浓度的变化的图；

图4是时间图，示出根据实施例在主动空气燃料比控制中的发动机的空气燃料比中的变化、空气燃料比传感器的输出信号中的变化、所得到的储氧量中的变化、以及氧传感器的输出信号中的变化；

图5是时间图，示出根据实施例在主动空气燃料比控制中的发动机的空气燃料比中的变化、空气燃料比传感器的输出信号中的变化、所得到的储氧量中的变化、以及氧传感器的输出信号中的变化；

图6是示出根据实施例的判定三元催化剂是否劣化的过程的流程图；

图7是示出根据实施例的快速判定处理的执行过程的流程图；

图8是概述根据实施例在通过快速判定处理判定三元催化剂是否存在劣化时获得的判定结果的表；

图9A至图9F是示出根据实施例通过快速判定处理判定三元催化剂是否存在劣化的结果的其它示例的表；以及

图10是示出根据相关技术在主动空气燃料比控制中的发动机的空气燃料比中的变化、前置催化剂传感器的输出信号中的变化、所得到的储氧量中的变化、以及后置催化剂传感器的输出信号中的变化的时间图。

具体实施方式

下面将结合图1至图8描述将本发明应用于机动车辆发动机的实施例。在发动机1中，节流阀13设置在通往燃烧室2的进气通路3中，以便可以打开和关闭节流阀13。空气通过进气通路引入燃烧室2，并且燃料经由进气通路3从燃料喷射阀4供应至燃烧室2内。供应至燃烧室2内的空气和燃料的混合物由于火花塞5的点火而燃烧。随着混合物在燃烧室2内燃烧，活塞6往复运动，从而旋转作为发动机1的输出轴的曲轴7。

在燃烧室2中燃烧之后，混合物作为废气从燃烧室2排出至排气通路8中。在通过催化转化器16的三元催化剂去除诸如HCs、CO、NOx等的废气的有害成分之后，通过排气通路8的废气被排放至外部。三元催化剂具有储氧功能，以便从废气中有效去除上述三种成分。在三元催化剂具备储氧功能的同时，执行化学计量空气燃料比控制，即，控制混合物的空气燃料比，以使得催化剂气氛中的氧浓度收敛至处于化学计量的空气燃料比的混合物燃烧时所出现的氧浓度值。因此，利用三元催化剂，可以有效去除废气的三种成分，即，NOx、HCs和CO。

此外，催化转化器16上游的排气通路8设置有作为前置催化剂传感器的空气燃料比传感器17，该传感器基于废气中的氧浓度输出信号；并且催化转化器16下游的通路设置有作为后置催化剂传感器的氧传感器18，该传感器基于废气中的氧浓度输出信号。

如图2所示，空气燃料比传感器17输出与催化剂上游的废气中的氧浓度相当的线性信号。也就是说，空气燃料比传感器17的输出信号VAF变得越小，催化剂上游的废气中的氧浓度越低。当处于化学计量的空气燃料比的混合物燃烧时，输出信号VAF的值变为例如0（A），该值对应于此时废气中的氧浓度X。因此，随着催化剂上游的废气中的氧浓度由于其空气燃料比富于化学计量的空气燃料比的混合物的燃烧（富燃烧）而变得越低，空气燃料比传感器17的输出信号VAF的值变为低于值0（A）的越小的值。此外，随着催化剂上游的废气中的氧浓度由于其空气燃料比贫于化学计量的空气燃料比的混合物的燃烧（贫燃烧）而变得越高时，空气燃料比传感器17的输出信号VAF的值变为大于值0（A）的越大的值。

氧传感器18根据催化剂下游的废气中的氧浓度输出富信号或贫信号，如图3所示。具体地，当催化剂下游的废气中的氧浓度等于当处于化学计量的空气燃料比的混合物燃烧时出现的氧浓度的值（氧浓度X）时，氧传感器18的输出信号VO的值变为例如0.5（v）。当催化剂下游的废气中的氧浓度由于贫燃料燃烧而高于氧浓度X时，氧传感器18输出其值小于0.5（v）的贫信号。当催化剂下游的废气中的氧浓度增加至上述氧浓度X以上时，在氧浓度X附近，贫信号的值相对于在值0.5（v）的低侧的增加的氧浓度急剧减小，而在远离氧浓度X的区域中，贫信号的值的减小相对于增加的氧浓度较缓和。

当催化剂下游的废气中的氧浓度由于富燃料燃烧而低于氧浓度X时，氧传感器18输出其值大于0.5（v）的富信号。当催化剂下游的废气中的氧浓度减小至上述氧浓度X以下时，在氧浓度X附近，富信号的值相对于在值0.5（v）的高侧的减小的氧浓度急剧增加，而在远离氧浓度X的区域中，富信号的值的增加相对于减小的氧浓度较缓和。

接下来，将结合图1描述根据该实施例的催化剂劣化检测设备的电构造。该催化剂劣化检测设备包括执行关于发动机1的各种控制的电子控制单元21。电子控制单元21包括：CPU，其执行在上述控制中涉及的各种计算处理；ROM，其存储控制所需的程序和数据；RAM，其临时存储由CPU执行的计算的结果等；输入/输出端口，其用于在电子控制单元21和外部装置之间输入/输出信号；等等。

空气燃料比传感器17和氧传感器18以及各种传感器连接到电子控制单元21的输入端口。上述各种传感器包括：加速器踏板位置传感器28，其检测由机动车辆的驾驶者压下的加速器踏板27的压下量（加速器压下量）；节流位置传感器30，其检测设置在进气通路3中的节流阀13的打开程度（节流打开程度）；空气流量计32，其检测通过进气通路3引入燃烧室2内的空气量；进气压力传感器33，其检测在节流阀13下游侧的进气通路3中的压力（进气压力）；曲柄位置传感器34，其输出对应于曲轴7的旋转且用于计算发动机转速的信号；等等。

燃料喷射阀4、火花塞5和节流阀13等的驱动电路连接到电子控制单元21的输出端口。电子控制单元21基于从各种传感器输入的检测信号了解发动机1的操作状态，诸如，发动机转速、发动机负荷（即发动机1的每个循环引入燃烧室2内的空气量）等。附带地讲，基于来自曲柄位置传感器34的检测信号而获得发动机转速。根据发动机转速以及基于来自加速器踏板位置传感器28、节流位置传感器30、空气流量计32等的检测信号而获得的引入发动机1的空气量，来计算发动机负荷。根据诸如发动机负荷和发动机转速的发动机操作状态，电子控制单元21将命令信号输出至连接到输出端口的各种驱动电路。因此，经由电子控制单元21执行关于发动机1的燃料喷射量控制、点火定时控制、进气量控制等。

通过基于空气/燃料传感器17的输出信号VAF和氧传感器18的输出信号VO调节燃料喷射量，实现由催化转化器16的三元催化剂有效净化发动机1的废气的上述化学计量空气燃料比控制。具体地，发动机1的燃料喷射量基于空气燃料比传感器17的输出信号VAF而增加或减小，以使得输出信号VAF变得等于在处于化学计量的空气燃料比的混合物在发动机1的燃烧室2中燃烧时出现的值（在该实施例中为0（A））。由于这个原因，控制发动机1的燃烧室2中的混合物的空气燃料比，以便在化学计量的空气燃料比的富侧与贫侧之间波动的同时，收敛至化学计量空气燃料比。然而，在只进行与空气燃料比传感器17的输出信号VAF相当的燃料喷射量调节的情况中，仍然存在这样的可能，即，由于空气燃料比传感器17的产品差别等，如上所述在富侧与贫侧之间波动以便收敛至化学计量的空气燃料比的发动机1的空气燃料比的波动中心将偏离化学计量的空气燃料比。为了修正这样的偏离，还根据氧传感器18输出的信号调节发动机1的燃料喷射量，以使得由于与空气燃料比传感器17的输出信号VAF相当的燃料喷射量的调节，在富侧与贫侧之间波动的发动机1的空气燃料比的波动中心变得等于化学计量的空气燃料比。

接下来，将概述在该实施例中关于催化转化器16的三元催化剂是否存在劣化的判定。通过利用三元催化剂的储氧功能随着三元催化剂的劣化而降低的现象来进行关于三元催化剂是否存在劣化的判定。也就是说，得到通过三元催化剂的储氧功能确定的储存在三元催化剂中的氧的量的最大值（以下称为储氧量）。基于得到的储氧量，判定是否存在三元催化剂的劣化。

为了得到储氧量，进行主动空气燃料比控制，其中发动机1的燃烧室2中的混合物的空气燃料比在每个预定定时内被迫在富侧和贫侧之间切换。如果发动机1的空气燃料比通过主动空气燃料比控制而在富侧和贫侧之间切换，则在空气燃料比传感器17的输出信号VAF中出现对应于切换的变化。然后，进行计算，以得到在从空气燃料比传感器17的输出信号VAF中出现上述变化至氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比的上述变化相对应的变化的时间段内储存到三元催化剂内或从三元催化剂解吸的氧的量。例如，如果在空气燃料比中进行从富侧到贫侧的上述受迫变化，则在上述时间段内氧被储存到三元催化剂内。然后，计算在该时间段内储存到三元催化剂内的氧的量，并且将氧的计算量确定为催化剂的储氧量。另一方面，如果在空气燃料比中进行从贫侧到富侧的上述受迫变化，则在该时间段内氧从三元催化剂被解吸。然后，计算在该时间段内从三元催化剂解吸的氧的量，并且将氧的计算量确定为催化剂的储氧量。

然后，为了判定是否存在三元催化剂的劣化，可以想到的是，将在上述时间段的结尾的时点（当在氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化时的时点）处得到的储氧量与为关于劣化的判定而设定的阈值进行比较。附带地讲，作为用于判定是否存在三元催化剂劣化的指标的储氧量可以是例如通过将空气燃料比从富侧变至贫侧所得到的值（在储存氧的时间得到的储氧量OSC1）和通过将空气燃料比从贫侧变至富侧所得到的值（在解吸氧的时间得到的储氧量OSC2）中的至少一个。如果如上所述得到的用于进行关于劣化的判定的储氧量小于阈值，则可以想到的是判定已经存在由三元催化剂劣化所导致的储氧功能降低，并且因此判定存在三元催化剂的劣化。另一方面，如果上述储氧量大于或等于阈值，则可以想到的是判定尚不存在由三元催化剂劣化所导致的储氧量的减小，并且因此判定三元催化剂尚未劣化（正常）。

就对于是否存在三元催化剂劣化的判定而言，可以想到的是在从发动机1开始工作到其结束工作的时间段内至少进行一次该判定。附带地讲，在关于是否存在三元催化剂劣化的判定结束之后，所得到的用于判定的储氧量被重置为“0”。

这里，将结合图4和图5详细描述在执行上述主动空气燃料比控制期间的储氧量计算。主动空气燃料比控制以满足多个执行条件中所有条件为基础开始，多个条件包括在发动机1开始起动之后从未完成关于是否存在三元催化剂劣化的判定的条件，发动机1稳定地工作的条件，以及三元催化剂的温度在活化温度范围内。此外，在执行主动空气燃料比控制期间，如果上述执行条件中任何一个得不到满足，或者如果作为主动空气燃料比控制执行目的的各种类型的值的计算和测量已经完成，则停止执行主动空气燃料比控制。

在主动空气燃料比控制中，如果发动机1的空气燃料比被迫在图4的时刻t1处从富侧变至贫侧，则对应于空气燃料比的受迫变化，空气燃料比传感器17的输出信号VAF增加，如在图4的空气燃料比传感器的输出的时间图中所示。附带地讲，在图4的空气燃料比传感器的输出的时间图中的时刻t2是这样的时刻，即，此时，空气燃料比传感器17的输出信号VAF变得具有与当处于化学计量的空气燃料比的混合物在发动机1的燃烧室2中燃烧时出现的废气中的氧浓度相对应的值。从图4的时刻t2开始，对应于空气燃料比向贫侧的变化，氧浓度较高的废气通过三元催化剂。然而，废气中的氧被储存到三元催化剂内。在进行储存的同时，催化剂下游的废气中的氧浓度保持较低，以使得如图4的氧传感器的输出的时间图中的实线所示，在氧传感器18的输出信号VO中不出现与空气燃料比向贫侧的变化相对应的变化。然后，当三元催化剂变得不再能储存氧其因此氧浓度较高的废气开始流向催化剂下游时，在氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比向贫侧的变化相对应的变化。附带地讲，就在氧传感器18的输出信号VO中已经出现了与空气燃料比向贫侧的变化相对应的变化的判定而言，能够在输出信号VO已达到为判定出现与空气燃料比向贫侧的变化相对应的变化而设定的贫态标准值HL的条件下，做出判定。当输出信号VO达到如上所述贫态标准值HL时（在时刻t3处），发动机1的空气燃料比被迫从贫侧切换至富侧。

在时间段（t2至t3）内储存到三元催化剂内的氧的量的总值是表示三元催化剂中储存的氧的量的最大值（储氧量）的值，该时间段是从空气燃料比传感器17的输出信号VAF中出现了空气燃料比从富侧向贫侧的变化的时间到氧传感器18的输出信号VO中出现了与空气燃料比中的变化相对应的变化的时间。该储氧量在时间段（t2至t3）内以下列方式得到。也就是说，在该时间段（t2至t3）内，通过使用下列表达式（1），将储氧量ΔOSC计算为在每个无穷小的时间内储存到三元催化剂内的氧的量：

ΔOSC=(ΔA/F)·Q·K...（1）

ΔOSC：在每个无穷小的时间内的储氧量

ΔA/F：空气燃料比的差值

Q：燃料喷射量

K：氧的比例

在表达式（1）中，空气燃料比的差值ΔA/F表示通过将从空气燃料比传感器17的输出信号VAF得到的空气燃料比减去化学计量的空气燃料比而获得的值的绝对值。此外，在表达式（1）中，燃料喷射量Q表示发动机1的燃料喷射量，即，从燃料喷射阀4喷射的燃料的量，其产生基于空气燃料比传感器17的输出信号VAF得到的空气燃料比。而且，在表达式（1）中，氧的比例K表示空气中包含的氧的比例。此处所用氧的比例K是例如固定值“0.23”。然后，在上述时间段（t2至t3）上对使用表达式（1）计算的每个无穷小的时间内的储氧量ΔOSC进行积分。将通过积分获得的值确定为储存在三元催化剂中的氧的量。因此，在时间段（t2至t3）的结束时点处的通过上述积分得到的值是三元催化剂中能储存的氧的量的最大值（储氧量）。由此得到的储氧量是在三元催化剂储存氧时得到的储氧量OSC1。

在主动空气燃料比控制中，当发动机1的空气燃料比在图5的空气燃料比传感器的输出的时间图中的时刻t5处被迫从贫侧变至富侧时，对应于空气燃料比的变化，空气燃料比传感器17的输出信号VAF减小，如图5所示。在图5的空气燃料比传感器的输出的时间图中的时刻t6是这样的时刻，即，此时，空气燃料比传感器17的输出信号VAF变得具有与当处于化学计量的空气燃料比的混合物在发动机1的燃烧室2中燃烧时出现的废气中的氧浓度相对应的值。附带地讲，发动机1的空气燃料比从富侧向贫侧的切换例如在氧传感器18的输出信号VO达到贫态标准值HL的时点（图4的时刻t3）进行。从图5的时刻t5开始，对应于空气燃料比向富侧的变化，氧浓度较低的废气通过三元催化剂。在该状态下，储存在三元催化剂中的氧从其中解吸并释放到废气中。因此，在发生氧从三元催化剂中解吸的同时，催化剂下游的废气中的氧浓度保持较高，以使得氧传感器18的输出信号VO中不出现与空气燃料比向富侧的变化相对应的变化，如图5的氧传感器的输出的时间图中的实线所示。然后，储存在三元催化剂中的氧耗尽，并且不能够再释放氧，使得氧浓度较低的废气开始流向催化剂的下游。此时，氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比向富侧的变化相对应的变化。附带地讲，就在氧传感器18的输出信号VO中已经出现了与空气燃料比向富侧的变化相对应的变化的判定而言，能够在输出信号VO已达到为判定出现了与空气燃料比向富侧的变化相对应的变化而设定的富态标准值HR的条件下，作出判定。当输出信号VO达到如上所述富态标准值HR时（在时刻t7处），发动机1的空气燃料比被迫从富侧切换至贫侧。

在时间段（t6至t7）内从三元催化剂解吸的氧的量的总值是表示三元催化剂中储存的氧的量的最大值（储氧量）的值，该时间段从空气燃料比传感器17的输出信号VAF中出现空气燃料比从贫侧向富侧的变化的时间到氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比中的变化相对应的变化的时间。通过使用与图4所示在时间段（t2至t3）内使用的基本上相同的技术得到在上述时间段（t6至t7）内的该储氧量。也就是说，在时间段（t6至t7）内，通过使用前述表达式（1），将储氧量ΔOSC计算为在每个无穷小的时间内储存到三元催化剂内的氧的量。然后，在上述时间段（t6至t7）上对使用表达式（1）计算的每个无穷小的时间内的储氧量ΔOSC进行积分。将通过积分获得的值确定为从三元催化剂解吸的氧的量。因此，在时间段（t6至t7）的结束时点处的通过上述积分得到的值是三元催化剂中能储存的氧的量的最大值（储氧量）。由此得到的储氧量是在从三元催化剂解吸氧时得到的储氧量OSC2。

附带地讲，在得到判定是否存在三元催化剂的劣化所需的储氧量之后，结束主动空气燃料比控制。也就是说，在判定是否存在三元催化剂的劣化所需的储氧量是储氧量OSC1和储氧量OSC2中的一个的情况中，在得到该储氧量之后，结束主动空气燃料比控制。在判定是否存在三元催化剂的劣化所需的储氧量是储氧量OSC1和储氧量OSC2中的每一个的情况中，在得到储氧量OSC1和OSC2之后，结束主动空气燃料比控制。

附带地讲，在关于是否存在三元催化剂劣化的判定中，由于受到氧传感器18的输出信号VO的变化相对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性恶化的影响，如上所述得到的储氧量有时偏离正确值。

例如，如果氧传感器18的响应性的恶化以从图4的氧传感器的输出的时间图中的实线所示的转变到图4的时间图中的双点划线L1所示的转变的变化的形式出现在氧传感器18的输出信号VO中，则计算储氧量的时间段从t2至t3的时间段增加至t2至t4的时间段。结果，在t2至t4的时间段的结束时点处得到的储氧量OSC1是相比正确值（时刻t3处的值）过大的值（时刻t4处的值），如图4中的储氧量的时间图中的双点划线所示。此外，如果氧传感器18的响应性的恶化以从图5的氧传感器的输出的时间图中的实线所示的转变到同一时间图中的双点划线L4所示的转变的变化的形式出现在氧传感器18的输出信号VO中，则计算储氧量的时间段从t6至t7的时间段增加至t6至t8的时间段。结果，在时间段（t6至t8）的结束时点处得到的储氧量OSC2是相比正确值（时刻t7处的值）过大的值（时刻t8处的值），如图5中的储氧量的时间图中的双点划线所示。如上文中那样，如果通过使用其值偏离正确值的储氧量来判定是否存在三元催化剂的劣化，则在判定中有时可能出现误差。

因此，在该实施例中，测量氧传感器18的输出信号VO的变化相对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性。然后，直接通过减量来修正用于判定是否存在三元催化剂劣化的储氧量，以使得响应性相对于基准值恶化得越厉害，储氧量减少得越多。由此，限制用于判定是否存在三元催化剂劣化的修正后的储氧量由于氧传感器18的响应性恶化而偏离正确值。

就氧传感器18的响应性的测量而言，可以想到的是如下进行测量。也就是说，当在发动机1的空气燃料比在富侧与贫侧之间变化的同时在氧传感器18的输出信号VO中出现与空气燃料比的该变化相对应的变化时，测量从输出信号VO开始变化时到输出信号VO达到贫态标准值HL或富态标准值HR时的响应时间，作为对应于上述响应性的值。随着氧传感器18的响应性恶化，以这种方式测量的响应时间在数值上变得更大。在这种情况下，响应时间相对于当氧传感器18的响应性根本未恶化时出现的响应时间的值（对应于上述基准值）变得越大，用于判定是否存在三元催化剂劣化的储氧量更多得向减小侧进行修正。

氧传感器18对于输出信号VO的响应性的恶化效应未必以图4的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L1或图5的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L4所示方式出现，而是可能以与双点划线L1和L4所示不同的方式出现，这取决于发动机1的操作状态等。例如，甚至在氧传感器18的响应性的恶化程度基本上等于图4的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L1所示的恶化程度时，氧传感器18的响应性的恶化效应也可能例如以双点划线L2和L3所示方式出现在氧传感器18的输出信号VO中，这取决于发动机1的操作状态等。换句话讲，存在下面的可能：出现在氧传感器18的输出信号VO中的氧传感器18的响应性的恶化效应可以如图4的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L2和L3所示那样变化。此外，甚至在氧传感器18的响应性的恶化程度基本上等于图5的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L4所示的恶化程度时，氧传感器18的响应性的恶化效应也可能例如以双点划线L5和L6所示方式出现在氧传感器18的输出信号VO中。换句话讲，存在下面的可能：出现在氧传感器18的输出信号VO中的氧传感器18的响应性的恶化效应可以如图5的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L5和L6所示那样变化，这取决于发动机1的操作状态等。

如果如上所述，基于氧传感器18的响应性的恶化来修正贫态标准值HL或富态标准值HR，并且因此氧传感器18的响应性反映在用于判定是否存在三元催化剂劣化而得到的储氧量OSC1或OSC2中，则会出现下列不便。也就是说，当出现在氧传感器18的输出信号VO中的氧传感器18的响应性的恶化的效应取决于发动机1的操作状态等而变化时，反映氧传感器的响应性的储氧量OSC1或OSC2具有偏离正确值的值。这样，存在这样的可能性，即可能基于偏离正确值的储氧量OSC1或OSC2来判定是否存在三元催化剂的劣化，不能明确地说判定结果是绝对正确的。

就这一点而言，在该实施例中，即使出现在氧传感器18的输出信号VO中的氧传感器18的响应性的恶化的效应如上所述取决于发动机1的操作状态等变化，也可以防止该变化导致提供用于判定是否存在三元催化剂劣化的修正后的储氧量的变化。这是因为，在该实施例中，在测量氧传感器18的响应性之后，基于氧传感器18的响应性来直接修正用于判定是否存在三元催化剂劣化的储氧量。结果，即使出现在氧传感器18的输出信号VO中的氧传感器18的响应性的恶化效应如上所述变化，也限制修正后的储氧量偏离正确值。因此，通过基于修正后的储氧量判定是否存在三元催化剂劣化，可以正确判定是否存在三元催化剂的劣化，而与出现在氧传感器18的信号中的氧传感器18的响应性的恶化的效应的变化无关。

接下来，将结合示出催化剂劣化检测例程的图6的流程图全面描述判定是否存在三元催化剂劣化的详细过程。该催化剂劣化检测例程例如通过在每个预定时间产生的中断定期地经由电子控制单元21来执行。

在催化剂劣化检测例程中，首先执行测量氧传感器18的响应性的处理（S101和S102）以及计算储氧量OSC1或OSC2的处理（S103和S104）。

为了准确判定是否存在三元催化剂劣化，优选的是如下所述根据氧传感器18的响应性修正用于判定的储氧量OSC1和OSC2中的每一个。也就是说，基于氧传感器18的输出信号VO相对于向贫侧的变化的响应性来修正储氧量OSC1（在储存氧时得到的值），并且基于氧传感器18的输出信号VO相对于向富侧的变化的响应性来修正储氧量OSC2（在解吸氧时得到的值）。然后，基于以这种方式修正的储氧量OSC1和储氧量OSC2两者，判定是否存在三元催化剂劣化。就准确进行判定而言，这是更优选的。

因此，在测量氧传感器18的响应性的处理（S101和S102）中，进行氧传感器18的输出信号VO相对于向贫侧的变化的响应性和氧传感器18的输出信号VO相对于向富侧的变化的响应性两者的测量。具体地，在S101的处理中，判定氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性或其相对于向富侧的变化的响应性的测量是否仍然未完成。如果在这里进行肯定的判定，则判定相对于向贫侧的变化的响应性和相对于向富侧的变化的响应性中的至少一个未被测量，并且执行用于测量尚未测量的响应性中的这至少一个的测量处理（S102）。

在S102的测量处理中，为了测量氧传感器18的响应性，当满足主动空气燃料比控制的执行条件时，执行主动空气燃料比控制。在主动空气燃料比控制中，当发动机1的空气燃料比被迫从富侧切换至贫侧时，测量氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性，并且当发动机1的空气燃料比被迫从贫侧切换至富侧时，测量氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性。此外，如果不但在执行主动空气燃料比控制时而且在所有可能的时机测量氧传感器18的响应性，则可以在更早的时间段内完成测量。除了执行主动空气燃料比控制的时间之外可以进行响应性测量的时机的示例包括下面的时间：在发动机1的燃料切断控制期间，来自燃料喷射阀4的燃料喷射已停止并且因此发动机1的空气燃料比从富侧变至贫侧。附带地讲，在燃料切断控制中燃料喷射的停止比在满足控制的执行条件之后执行的主动空气燃料比控制更频繁地执行。在S102的处理中，当发动机1的空气燃料比由于在燃料切断控制中燃料喷射的停止而从富侧变至贫侧时，也测量氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性。

在执行测量氧传感器18的响应性的处理（S101和S102）之后，执行计算储氧量OSC1和OSC2的处理（S103和S104）。具体地，在处理S103中，判定是否储氧量OSC1和OSC2两者都已计算。如果在该步骤中做出否定的判定，则执行计算尚未计算的储氧量OSC1和/或储氧量OSC2的计算步骤（S104）。

在S104的计算处理中，当满足主动空气燃料比控制的执行条件时，执行主动空气燃料比控制，以便计算储氧量OSC1和/或储氧量OSC2。然后，在主动空气燃料比控制期间，当发动机1的空气燃料比被迫从富侧切换至贫侧时，计算储氧量OSC1作为氧被储存到三元催化剂内时得到的储氧量。此外，在主动空气燃料比控制期间，当发动机1的空气燃料比被迫从贫侧切换至富侧时，计算储氧量OSC2作为从三元催化剂解吸氧时得到的储氧量。

为了准确判定是否存在三元催化剂劣化，优选的是根据基于氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性修正的储氧量OSC1和基于氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性修正的储氧量OSC2两者来判定是否存在三元催化剂劣化，如上所述。然而，如果要实现对是否存在三元催化剂的劣化的这种方式的判定，则在判定完成之前不可避免地需要较长的时间。这是因为如果要测量用于修正储氧量OSC1的氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和用于修正储氧量OSC2的氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性两者，则这两种响应性的测量的完成需要较长时间。

具体地，就对氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性的测量以及对氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性的测量而言，这两种响应性之一的测量频率很有可能不同于另一响应性的测量频率。因此，出现下面的情况：氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性及其相对于向富侧的变化的响应性中的一个能够被测量，而另一个则不能够被测量。因此，响应性测量的完成需要较长时间。附带地讲，在该实施例中，非常有可能发生下面的情况：尽管对氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性的测量完成了，但是对氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性的测量不能完成。这是因为期间相对于向贫侧的变化的响应性和相对于向富侧的变化的响应性两者都可以被测量的主动空气燃料比控制相对较不频繁地执行，而期间只能测量相对于向贫侧的变化的响应性的燃料切断控制中燃料喷射的停止被非常频繁地执行。

考虑上述情况，按以下方式进行催化剂劣化检测例程。在S103的处理中做出肯定判定之后，也就是说，在判定储氧量OSC1和OSC2两者都已计算之后，执行开始于S105的处理，其中，判定是否存在三元催化剂劣化，以便迅速完成关于是否存在三元催化剂劣化的判定，并且也防止判定精度的降低。

具体地，首先判定（S105）是否是氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性中只有一个已被测量的情况，并且判定（S106）是否两种响应性都已被测量。

然后，如果判定氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性两者都已被测量（在S105中为“否”，之后在S106中为“是”），则执行是否存在三元催化剂劣化的判定的普通判定处理（S108），以便进行准确判定。在该普通判定处理（S108）中，基于氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性修正储氧量OSC1，并且基于氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性修正储氧量OSC2。然后，利用修正后的储氧量OSC1和修正后的储氧量OSC2两者，执行关于是否存在三元催化剂劣化的判定。

具体地，将修正后的储氧量OSC1与预定阈值进行比较，并且将修正后的储氧量OSC2与预定阈值进行比较。如果修正后的储氧量OSC1小于阈值或修正后的储氧量OSC2小于阈值，则判定存在三元催化剂的劣化。此外，如果修正后的储氧量OSC1大于或等于阈值且修正后的储氧量OSC2大于或等于阈值，则判定不存在三元催化剂的劣化（三元催化剂正常）。通过以上述方式判定是否存在三元催化剂劣化，可以获得准确的判定结果。

另一方面，如果判定氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和氧传感器18相对于向富侧的变化的响应性中只有一个被测量（在S105中为“是”），则执行判定是否存在三元催化剂劣化的快速判定处理（S107），以便快速完成判定，同时实现一定程度的判定精度。下面将结合示出了快速判定处理例程的图7的流程图描述快速判定处理（S107）的细节。每当操作进行到催化剂劣化检测例程（图6）中S107的处理时，经由电子控制单元21执行该快速判定处理例程。

在图7所示快速判定处理例程中，在氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中，已经测量的响应性被用作修正对应于该响应性的储氧量（OSC1或OSC2）的基础（S201）。例如，如果仅测量了氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性，则基于该响应性修正储氧量OSC1。附带地讲，已在处理S201中修正的储氧量在下文中称为修正后的储氧量A。此后，计算对应于尚未测量的响应性的储氧量和修正后的储氧量A的平均值B（S202）。在上述实例中，从修正后的储氧量OSC1（对应于修正后的储氧量A）和尚未基于响应性修正的储氧量OSC2计算平均值B。在计算修正后的储氧量A和平均值B之后，基于修正后的储氧量A与预定的第一阈值S的比较以及平均值B与大于第一阈值S的预定的第二阈值T的比较来判定是否存在三元催化剂劣化（S203至S207）。

具体地，判定修正后的储氧量A是否小于第一阈值S（S203）。如果在S203中做出肯定判定，则判定三元催化剂已劣化（异常）（S204）。另一方面，如果在S203中做出否定判定，并且因此判定修正后的储氧量A大于或等于第一阈值S，则判定平均值B是否小于第二阈值T（S205）。如果在该步骤中做出否定判定，则判定三元催化剂尚未劣化（正常）（S207）。另一方面，如果在S205中做出肯定判定，则中止关于是否存在三元催化剂劣化的判定（S206）。附带地讲，在该快速判定处理中，基于修正后的储氧量A与第一阈值S的比较以及平均值B与第二阈值T的比较进行的关于是否存在三元催化剂劣化的判定的结果可概述为如图8的表。

通过执行快速判定过程，如果氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中只有一个被测量，则可以判定是否存在三元催化剂劣化。因此，可以迅速且较早地完成判定。此外，不但根据基于氧传感器18的响应性修正的储氧量（修正后的储氧量A），而且根据修正后的储氧量A与对应于氧传感器18的两种响应性中未测量的一种的储氧量的平均值B，来进行关于是否存在三元催化剂劣化的判定。在通过不但考虑修正后的储氧量A而且考虑平均值B来进行判定的情况中，限制了由仅基于修正后的储氧量A的判定所导致的关于是否存在三元催化剂劣化的判定的精度的降低。

根据以上详述的实施例，可以实现下列效果。将描述第一效果。基于三元催化剂中储存的氧的量的最大值（储氧量）判定是否存在三元催化剂劣化。为了进行这种关于是否存在三元催化剂劣化的判定，得到储氧量，并且测量氧传感器18的输出信号VO中的变化相对于催化剂下游的废气中的氧浓度的变化的响应性。然后，直接通过减量来修正用于判定是否存在三元催化剂劣化的储氧量，以使得响应性相对于基准值恶化得越厉害，储氧量减少得越多。因此，即使氧传感器18的输出信号VO中出现的氧传感器18的响应性的恶化的效应取决于发动机1的操作状态而变化，如图4的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L2和L3所示或者图5的氧传感器的输出的时间图中的双点划线L5和L6所示，也可以限制这种变化导致用于判定是否存在三元催化剂劣化的修正后的储氧量的变化。结果，当氧传感器18的输出信号VO中出现的氧传感器18的响应性的恶化的效应如上所述变化时，限制修正后的储氧量变得偏离正确值。因此，通过基于修正后的储氧量判定是否存在三元催化剂劣化，可以正确判定是否存在三元催化剂的劣化，而与出现在氧传感器18的信号中的氧传感器18的响应性的恶化效应的变化无关。

接下来，将描述第二效果。当氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中只有一个被测量时，执行快速判定处理，以便完成关于是否存在三元催化剂劣化的判定，同时实现一定程度的判定精度。通过执行快速判定处理，如果氧传感器18相对于向贫侧的变化的响应性和其相对于向富侧的变化的响应性中只有一个被测量，则可以判定是否存在三元催化剂的劣化。因此，可以迅速且较早地完成判定。此外，在快速判定处理中，由于通过不但考虑修正后的储氧量A而且考虑平均值B来判定是否存在三元催化剂的劣化，所以限制了由仅基于修正后的储氧量A的判定所导致的关于是否存在三元催化剂劣化的判定的精度的降低。

将描述第三效果。在快速判定处理中，如果修正后的储氧量A小于第一阈值S，则立即判定存在三元催化剂的劣化，如从图8可以理解的。这里应当指出的是，修正后的储氧量A小于第一阈值S的情况是指对于三元催化剂正常值得怀疑的情况。当以这种方式怀疑三元催化剂的正常性时，可以判定存在三元催化剂的劣化，如上所述。因此，在对于三元催化剂正常值得怀疑的情况中，该实施例降低了以下情况的发生率：虽然三元催化剂实际上已劣化，但没有判定存在三元催化剂的劣化。

将描述第四效果。在快速判定处理中，如果修正后的储氧量A大于或等于第一阈值S且平均值B大于或等于第二阈值T，则基于该条件判定不存在三元催化剂的劣化。这里应当指出的是，修正后的储氧量A大于或等于第一阈值S且平均值B大于或等于第二阈值T的条件是指三元催化剂极有可能正常的情况。当三元催化剂正常的可能性较高时，判定不存在三元催化剂的劣化。因此，当判定不存在三元催化剂劣化时，该判定可以作为准确的判定来提供。

将描述第五效果。在快速判定处理中，如果修正后的储氧量A大于或等于第一阈值S且平均值B小于第二阈值T，则中止关于是否存在三元催化剂劣化的判定。这里应当指出的是，修正后的储氧量A大于或等于第一阈值S且平均值B小于第二阈值T的情况是指难以判定三元催化剂是已劣化还是尚未劣化而是正常的情况。当难以判定三元催化剂是已劣化还是尚未劣化而是正常时，如上所述关于是否存在三元催化剂的劣化的判定中止。因此，该实施例能够避免在没有认真考虑就轻易进行判定时可能导致的关于是否存在三元催化剂劣化的判定的误差。

附带地讲，上述实施例例如可以进行以下改变。关于快速判定处理，可以进行关于是否存在三元催化剂劣化的判定，以使得基于修正后的储氧量A与第一阈值S的比较和平均值B与第二阈值T的比较的判定的结果如图9A至9F中的表所示。

此外，也允许仅进行普通判定处理和快速判定处理中的一个。此外，作为后置催化剂传感器，氧传感器18可以被空气燃料比传感器取代。此外，作为前置催化剂传感器，空气燃料比传感器17可以被氧传感器取代。

已经结合仅用于说明目的示例性实施例描述了本发明。应当理解，本说明书并非意图穷举或限制本发明的形式，并且本发明可以被调整以用于其它系统和应用中。本发明的范围涵盖本领域技术人员可以想到的各种修改和等同布置。

Claims (7)

1.一种催化剂劣化检测设备，其特征在于包括：

前置催化剂传感器，所述前置催化剂传感器设置在催化剂上游的内燃机的排气通路中，并且基于废气中的氧浓度来输出信号；

后置催化剂传感器，所述后置催化剂传感器设置在所述催化剂下游的所述排气通路中，并且基于废气中的氧浓度来输出信号；

空气燃料比控制装置，所述空气燃料比控制装置用于迫使所述内燃机的空气燃料比在富侧和贫侧之间变化；

计算装置，所述计算装置用于提供标准值以确定在所述后置催化剂传感器的所述信号中出现与所述空气燃料比中的变化相对应的变化，并且用于将在下述时间段内储存到所述催化剂内或从所述催化剂解吸的氧的量计算作为所述催化剂的储氧量，所述时间段是指在当从在所述前置催化剂传感器的所述信号中出现与所述空气燃料比中的变化相对应的变化时至当所述后置催化剂传感器的所述信号达到所述标准值时；

催化剂劣化判定装置，所述催化剂劣化判定装置用于基于所述储氧量来判定是否存在所述催化剂的劣化；

响应性测量装置，所述响应性测量装置用于测量由所述后置催化剂传感器输出的所述信号中的变化相对于所述催化剂下游的废气中的氧浓度中的变化的响应性；以及

修正装置，所述修正装置用于随着由所述响应性测量装置所测量的所述后置催化剂传感器的响应性相对于基准值变得更加恶化，来将用于判定是否存在所述催化剂的劣化所计算出的所述储氧量向着更偏向减量侧的方向进行修正。

2.根据权利要求1所述的催化剂劣化检测设备，其中，

将当所述后置催化剂传感器的响应性未恶化时获得的响应性的值设置为所述基准值。

3.根据权利要求1或2所述的催化剂劣化检测设备，其中：

所述响应性测量装置测量下述响应性：当通过所述空气燃料比控制装置或燃料切断控制将所述内燃机的所述空气燃料比从所述富侧变化至所述贫侧时，由所述后置催化剂传感器输出的所述信号相对于所述空气燃料比向所述贫侧的变化的响应性；以及，当通过所述空气燃料比控制装置将所述内燃机的所述空气燃料比从所述贫侧变化至所述富侧时，由所述后置催化剂传感器输出的所述信号相对于所述空气燃料比向所述富侧的变化的响应性；

所述计算装置将当通过所述空气燃料比控制装置迫使所述内燃机的所述空气燃料比从所述富侧变至所述贫侧时的、储存到所述催化剂内的氧的量，计算作为在储存氧时得出的所述储氧量，并且将当通过所述空气燃料比控制装置迫使所述内燃机的所述空气燃料比从所述贫侧变至所述富侧时的、从所述催化剂解吸的氧的量，计算作为在解吸氧时得出的所述储氧量；

所述修正装置基于所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述贫侧的变化的响应性，来修正在储存氧时得出的所述储氧量，并且基于所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述富侧的变化的响应性，来修正在解吸氧时得出的所述储氧量；并且

当所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述贫侧的变化的响应性和所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述富侧的变化的响应性中只有一个已被测出时，所述催化剂劣化判定装置对基于已被测出的该一个响应性而修正的储氧量和与尚未被测出的响应性相对应的储氧量的平均值进行计算，并且基于将所修正的储氧量与预定的第一阈值所进行的比较以及将所述平均值与大于所述第一阈值的第二阈值所进行的比较，来判定是否存在所述催化剂的劣化。

4.根据权利要求3所述的催化剂劣化检测设备，其中，

如果所修正的储氧量小于所述第一阈值，则所述催化剂劣化判定装置判定所述催化剂已劣化。

5.根据权利要求4所述的催化剂劣化检测设备，其中，

如果所修正的储氧量大于或等于所述第一阈值且所述平均值大于或等于所述第二阈值，则所述催化剂劣化判定装置判定所述催化剂尚未劣化。

6.根据权利要求5所述的催化剂劣化检测设备，其中，

如果所修正的储氧量大于或等于所述第一阈值且所述平均值小于所述第二阈值，则所述催化剂劣化判定装置中止关于是否存在所述催化剂的劣化的判定。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的催化剂劣化检测设备，其中，

当所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述贫侧的变化的响应性以及所述后置催化剂传感器相对于所述空气燃料比向所述富侧的变化的响应性这两者都已被测出时，所述催化剂劣化判定装置将基于相对于向所述贫侧的变化的响应性所修正的储氧量与预定的第三阈值进行比较，并且将基于相对于向所述富侧的变化的响应性所修正的储氧量与预定的所述第三阈值进行比较，而且，

如果所修正的储氧量中的至少之一小于所述第三阈值，则判定所述催化剂已劣化，并且，如果两个所修正的储氧量都大于或等于所述第三阈值，则判定所述催化剂尚未劣化。

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