JP2003148136A

JP2003148136A - 排気浄化触媒の劣化判定装置

Info

Publication number: JP2003148136A
Application number: JP2001347794A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Sawada; 裕沢田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の酸素吸蔵能力に基づく排気浄
化触媒の劣化判定時に、より正確に劣化判定を行うこと
のできる劣化判定装置を提供すること。【解決手段】本発明の排気浄化触媒の劣化判定装置
は、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を算出する吸蔵能
力算出手段２５，２６，１８と、内燃機関１の燃料が補
充されたか否かを検出する燃料補充検出手段２２と、吸
蔵能力算出手段２５，２６，１８によって算出された酸
素吸蔵能力と劣化判定基準値との比較結果に基づいて排
気浄化触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段１８とを
備えており、触媒劣化判定手段１８が、燃料補充検出手
段２２によって検出された燃料補充の前後に吸蔵能力算
出手段２５，２６，１８によって算出された酸素吸蔵能
力の差が所定値以上の場合には、劣化判定基準値を変更
してから排気浄化触媒１９の劣化判定を行うことを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化触媒の劣
化状況を判定する排気浄化触媒の劣化判定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス内の窒素酸化物NO
x、一酸化炭素CO、炭化水素HCなどの物質は、排気通路
上に配設された三元触媒によって浄化されている（ディ
ーゼルエンジンでは、上述した物質に加えて粒子状物質
も浄化する四元触媒も用いられる）。上述した浄化すべ
き物質の浄化率をより一層向上させるために、これらの
排気浄化触媒の酸素吸蔵作用を利用する排気浄化方法が
従来から検討されている。酸素吸蔵作用を排気浄化に利
用する際には、排気浄化触媒が吸蔵し得る最大の酸素吸
蔵量、即ち、酸素吸蔵能力も算出される。排気浄化触媒
の酸素吸蔵能力と排気浄化触媒の劣化状況との間には相
関があることから、酸素吸蔵能力に基づいて排気浄化触
媒の劣化を判定することも行われている（特開平5-1332
64号公報など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、排気
浄化触媒の劣化判定は算出された酸素吸蔵能力に基づい
て行われる。しかし、酸素吸蔵能力は、排気浄化触媒の
劣化以外の要因によっても増減し得る。このため、これ
らの要因の影響によって排気浄化触媒の劣化判定が正確
に行えないということも考えられる。そこで、発明者ら
は鋭意検討の結果、より正確に排気浄化触媒の劣化状況
を判定し得る判定装置を創出するに至った。

【０００４】従って、本発明の目的は、排気浄化触媒の
酸素吸蔵能力に基づいて排気浄化触媒の劣化判定を行う
に際して、より正確に劣化判定を行うことのできる劣化
判定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の排気浄
化触媒の劣化判定装置は、内燃機関の排気通路上に配設
された排気浄化触媒の劣化を判定するもので、排気浄化
触媒の酸素吸蔵能力を算出する吸蔵能力算出手段と、内
燃機関の燃料が補充されたか否かを検出する燃料補充検
出手段と、吸蔵能力算出手段によって算出された酸素吸
蔵能力と劣化判定基準値との比較結果に基づいて排気浄
化触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えてお
り、触媒劣化判定手段が、燃料補充検出手段によって検
出された燃料補充の前後に吸蔵能力算出手段によって算
出された酸素吸蔵能力の差が所定値以上の場合には、劣
化判定基準値を変更してから排気浄化触媒の劣化判定を
行うことを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、燃料タンク内の燃料量を検出する燃料
量検出センサであることを特徴としている。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、吸蔵能力検出手段が、内燃機関の空燃
比を強制的にリッチ-リーン振動させて酸素吸蔵能力を
検出することを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
何れか一項に記載の発明において、燃料中の硫黄濃度を
推定する硫黄濃度推定手段をさらに備えており、触媒劣
化判定手段が、劣化判定基準値を変更する際に、硫黄濃
度推定手段によって推定された燃料中の硫黄濃度に基づ
いて変更後の劣化判定基準値を決定することを特徴とし
ている。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、硫黄濃度推定手段が、吸蔵能力算出手
段によって算出された酸素吸蔵能力と排気浄化触媒の温
度とに基づいて燃料中の硫黄濃度を推定することを特徴
としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の劣化判定装置の実施形態
について、図面を参照しつつ以下に説明する。図１に、
以下に説明する各実施形態の劣化判定装置を有するエン
ジン（内燃機関）の構成図を示す。

【００１１】エンジン１は多気筒エンジンであるが、こ
こではそのうちの一気筒のみが断面図として示されてい
る。エンジン１は、図１に示されるように、点火プラグ
２によって各シリンダ３内の混合気を燃焼させて駆動力
を発生する。エンジン１での燃焼に際して、外部から吸
入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴
射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に
吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、
吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で
燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気
される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気
バルブ８によって開閉される。

【００１２】吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入さ
れる吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設さ
れている。このスロットルバルブ９には、その開度を検
出するスロットルポジションセンサ１０が接続されてい
る。また、スロットルバルブ９は、スロットルモータ１
１と連結されており、スロットルモータ１１の駆動力に
よって開閉される。スロットルバルブ９の近傍には、ア
クセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアク
セルポジションセンサ１２も配設されている。即ち、こ
こでは、スロットルバルブ９の開度を電子制御する電子
制御スロットル方式が採用されている。さらに、吸気通
路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフロメー
タ１３も取り付けられている。

【００１３】エンジン１のクランクシャフト近傍には、
クランクシャフトの位置を検出するクランクポジション
センサ１４が取り付けられている。クランクポジション
センサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５
の位置や、エンジン回転数NEを求めることもできる。ま
た、エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出す
るノックセンサ１６や冷却水温度を検出する水温センサ
１７も取り付けられている。

【００１４】排気通路７上には、排気浄化触媒１９が配
設されている。排気浄化触媒は、排気通路上に複数設け
られる場合もあり、この場合、直列的に複数設けられる
場合や、分岐部分に並列的に複数設けられる場合などが
ある。例えば、四気筒のエンジンに対して、そのうちの
二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所に排気浄化触
媒が一つ設置され、残りの二気筒の排気管が一つにまと
められた箇所にもう一つの排気浄化触媒が設置される場
合がある。本実施形態においては、各シリンダ３毎の排
気管が一つにまとめられた箇所よりも下流側に一つの排
気浄化触媒１９が配設されている。

【００１５】これらの点火プラグ２、インジェクタ５、
スロットルポジションセンサ１０、スロットルモータ１
１、アクセルポジションセンサ１２、エアフロメータ１
３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１
６、水温センサ１７やその他のセンサ類は、エンジン１
を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８と
接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御
され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出し
ている。

【００１６】排気通路７上に配設された排気浄化触媒１
９の温度を測定する触媒温度センサ２１、燃料タンク２
０内の燃料量を検出する燃料量検出センサ２２、チャコ
ールキャニスタ２３によって捕集された燃料タンク２０
内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコ
ントロールバルブ２４などもＥＣＵ１８に接続されてい
る。

【００１７】また、ＥＣＵ１８には、排気浄化触媒１９
の上流側に取り付けられた上流側空燃比センサ２５及び
排気浄化触媒１９の下流側に取り付けられた下流側空燃
比センサ２６も接続されている。上流側空燃比センサ２
５は、その取付位置における排気ガス中の酸素濃度から
排気空燃比を検出する。下流側空燃比センサ２６は、そ
の取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃
比を検出する。空燃比センサ２５，２６としては、排気
空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサが用いら
れたり、排気空燃比をオン−オフ的に検出する酸素セン
サが用いられる。また、空燃比センサ２５，２６は、所
定の温度（活性化温度）以上とならなければ正確な検出
を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるよう
に、ＥＣＵ１８を介して供給される電力によって昇温さ
れる。

【００１８】ＥＣＵ１８は、内部に演算を行うＣＰＵや
演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭ、バッテリ
によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡ
Ｍ、各制御プログラムを格納したＲＯＭ等を有してい
る。ＥＣＵ１８は、空燃比に基づいてエンジン１を制御
したり、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素吸蔵量
を演算する。また、ＥＣＵ１８は、インジェクタ５によ
って噴射する燃料噴射量を演算したり、点火プラグ２の
点火時期を制御したり、センサの診断なども行う。ＥＣ
Ｕ１８は、検出した排気空燃比や算出した酸素吸蔵量な
どに基づいてエンジン１を制御する。

【００１９】次に、酸素吸蔵量及び酸素吸蔵能力の算出
（推定）について説明する。

【００２０】排気浄化触媒として用いられる三元触媒
は、セリア(CeO₂)等の成分を有しており、排気ガス中の
浄化すべき成分を酸化・還元する性質に加えて、排気ガ
ス中の酸素を吸蔵・放出する性質を有している。本実施
形態における排気浄化触媒１９もこの酸素を吸蔵・放出
する性質を有している。

【００２１】この酸素吸蔵作用を利用することによっ
て、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比
がリーンの時は、排気ガス中の酸素を排気浄化触媒１９
で吸蔵して還元雰囲気寄りの状態を形成させ、余剰の窒
素酸化物NOxの還元（排気ガス浄化）を促進することが
できる。一方、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの
排気空燃比がリッチの時は、吸蔵しておいた酸素を放出
して、余剰の一酸化炭素COや炭化水素HCを酸化して排気
ガス浄化を促進させることができる。このように、酸素
を吸蔵・放出する性質を利用して、排気ガスの浄化率を
向上させることができる。

【００２２】このとき、上述したように、排気浄化触媒
１９がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵していれ
ば、流入する排気ガスの排気空燃比がリーンとなったと
きに酸素を吸蔵することができなくなり、排気ガス中の
窒素酸化物NOxを充分に浄化できなくなる。一方、排気
浄化触媒１９が酸素を放出しきって酸素を全く吸蔵して
いなければ、流入する排気ガスの排気空燃比がリッチと
なったときに酸素を放出することができないので、排気
ガス中の一酸化炭素COや炭化水素HCを充分に浄化できな
くなる。このため、流入する排気ガスの排気空燃比がリ
ーンとなってもリッチとなっても対応できるように酸素
吸蔵量の目標値を設定し、酸素吸蔵量がこの目標値とな
るように制御している。この制御では、排気浄化触媒１
９が吸蔵している酸素吸蔵量を推定すると共に、この推
定された酸素吸蔵量の履歴を用いて酸素吸蔵能力（酸素
吸蔵可能量や最大酸素吸蔵量とも言われる）も推定して
いる。

【００２３】排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量の推定に関
する、各制御量の時間的変化の例を図２に示す。酸素吸
蔵量O2SUMは、排気浄化触媒１９の上流側に配置された
上流側空燃比センサ２５によって検出される上流側の排
気空燃比AFと理論空燃比AFstとの差ΔAF=(AF-AFst)か
ら、排気浄化触媒１９に吸蔵される、あるいは、排気浄
化触媒１９から放出される酸素の吸蔵・放出量O2ADを推
定し、これを積算することによって得られる。ここで
は、吸蔵・放出量O2ADが正の値の時は酸素が排気浄化触
媒１９に吸蔵され、負の値の時は酸素が放出されるもの
とする。酸素吸蔵量O2SUMの算出について、図３に示さ
れるフローチャートに基づいて説明する。

【００２４】なお、本実施形態においては、酸素吸蔵量
O2SUMは、ある時点（例えばイグニションオン時）を基
準（O2SUM=0）として算出される。即ち、酸素吸蔵量O2S
UMは、排気浄化触媒１９に酸素が吸蔵される場合は加算
され、放出される場合は減算される。上述したある時点
で排気浄化触媒１９が既に酸素を吸蔵している場合もあ
るので、酸素吸蔵量O2SUMは正の値だけでなく、負の値
も取り得る。

【００２５】まず、上流側空燃比センサ２５によって排
気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比AFを検出し、こ
の排気空燃比AFと理論空燃比AFstとの差ΔAF=(AF-AFst)
をＥＣＵ１８において求める。一方、エアフロメータ１
３によって吸入空気量Gaを検出し、この吸入空気量Gaと
空燃比差ΔAFとから、排気浄化触媒１９に吸蔵・放出さ
れる酸素の吸蔵・放出量O2ADを算出する（ステップ１０
０）。この吸蔵・放出量O2ADの算出は、ＥＣＵ１８内の
マップから求めても良いし、ＥＣＵ１８に記憶させた計
算式を用いて算出しても良い。

【００２６】ステップ１００の後、排気浄化触媒１９の
からの出ガス排気空燃比に関してリーンフラグXleanが
オンで、かつ、算出した吸蔵・放出量O2ADが正の値であ
るか否かを判定する（ステップ１１０）。リーンフラグ
Xlean及びリッチフラグXrichに関して簡単に説明する
と、排気浄化触媒１９の下流側に配設された下流側空燃
比センサ２６によって検出された排気空燃比がリーンの
時はリーンフラグXleanがオンとされ、リッチの時はリ
ッチフラグXrichがオンとされる。なお、リーンフラグX
lean及びリッチフラグXrichについては追って詳述す
る。

【００２７】ステップ１１０において、リーンフラグXl
eanがオンということは、排気浄化触媒１９からの出ガ
スの排気空燃比がリーンで酸素量が余剰であるというこ
とである。また、吸蔵・放出量O2ADが正の値であるとい
うことは、排気浄化触媒１９への入ガスには、吸蔵し得
る酸素が含まれている状態であると言える。従って、ス
テップ１１０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９へ
の入ガスには吸蔵し得る酸素が含まれているにもかかわ
らず排気浄化触媒１９は既に限界まで酸素を吸蔵してお
り、それ以上酸素を吸蔵できない状態である。

【００２８】このため、ステップ１１０が肯定される場
合は、そのままこのルーチンを終了し、排気浄化触媒１
９の酸素吸蔵量O2SUMを更新しない。ステップ１１０が
肯定されているときに酸素吸蔵量O2SUMを更新してしま
うと、実際には吸蔵できない酸素を吸蔵したこととして
しまうので、このように酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止
する。ステップ１１０が否定される場合は、今度は、リ
ッチフラグXrichがオンで、かつ、算出した吸蔵・放出
量O2ADが負の値であるか否かを判定する（ステップ１２
０）。

【００２９】リッチフラグXrichがオンということは、
排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比がリッチで
酸素量が不足している状態ということである。また、吸
蔵・放出量O2ADが負の値であるということは、排気浄化
触媒１９への入ガスの排気空燃比がリッチであり排気浄
化触媒１９が吸蔵している酸素を放出させて排気ガスを
浄化すべき状態であると言える。従って、ステップ１２
０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９への入ガスは
排気浄化触媒１９から放出される酸素によって浄化され
る状態であるにもかかわらず排気浄化触媒１９は既に酸
素を放出しきっており、それ以上酸素を放出することが
できない状態である。

【００３０】このため、ステップ１２０が肯定される場
合は、それ以上、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUM
を更新しない。ステップ１２０が肯定されているときに
酸素吸蔵量O2SUMを更新してしまうと、実際には放出で
きない酸素を放出したこととしてしまうので、このよう
に酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止する。ステップ１２０
も否定された場合は、上述したように、入ガス中に吸蔵
できる酸素があるのに酸素を吸蔵しきっている状態や酸
素を放出すべきであるのに酸素を放出しきっている状態
ではないので、算出された吸蔵・放出量O2ADを用いて酸
素吸蔵量O2SUMを更新する（ステップ１３０）。

【００３１】このように、酸素吸蔵量O2SUMを吸蔵・放
出量O2ADを用いて更新する（ステップ１１０又はステッ
プ１２０が肯定される場合は更新は禁止されるが）こと
によって、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素量を
常に正確に推定することができる。このようにして生成
された酸素吸蔵量O2SUMの履歴が、図２のタイミングチ
ャートの上段に示されている。逐次更新される酸素吸蔵
量O2SUMは、ＥＣＵ１８内に逐次記憶される。

【００３２】次いで、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMma
x・下限値O2SUMmin及び酸素吸蔵能力の算出について、
図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００３３】まず、下流側空燃比センサ２６の出力電圧
VO2が、予め定められたリーン側閥値Vlean（ここでは、
具体的には0.3V）未満であるか否かを判定する（ステッ
プ２００）。これについては、図２のタイミングチャー
ト中の下段に示されている。出力電圧VO2がリーン側閥
値Vlean未満であるということは、排気浄化触媒１９が
その酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵しているので、
それ以上吸蔵することができない状態であると考えられ
る。このため、ステップ２００が肯定される場合は、酸
素吸蔵量O2SUMが上限に達しているとして、その時点の
酸素吸蔵量O2SUMを上限値O2SUMmaxとしてＥＣＵ１８内
に記憶する。また、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃
比の状態を示すフラグについては、リーンフラグXlean
をオンにセットし、リッチフラグXrichをオフにセット
する（ステップ２１０）。

【００３４】ステップ２００が否定される場合は、下流
側空燃比センサ２６の出力電圧VO2が、予め定められた
リッチ側閥値Vrich（ここでは、具体的には0.7V）を超
えているか否かを判定する（ステップ２２０）。出力電
圧VO2がリッチ側閥値Vrichを超えているということは、
排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵しておらず、それ以上酸
素を放出できない状態であると考えられる。このため、
ステップ２２０が肯定される場合は、酸素吸蔵量O2SUM
が下限に達しているとして、その時点の酸素吸蔵量O2SU
Mを下限値O2SUMminとしてＥＣＵ１８内に記憶する。ま
た、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比の状態を示す
フラグについては、リーンフラグXleanをオフにセット
し、リッチフラグXrichをオンにセットする（ステップ
２３０）。

【００３５】ステップ２２０が否定される場合は、下流
側空燃比センサ２６の出力電圧VO2が、リーン側閥値Vle
anとリッチ側閥値Vrichとの間にある（Vlean≦VO2≦Vri
ch）ので、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比
はリーンでもリッチでもなく、理論空燃比近傍にあると
みなせる。この場合は、リーンフラグXlean・リッチフ
ラグXrich共オフにする（ステップ２４０）。

【００３６】上述したように、酸素吸蔵量O2SUMの履歴
が逐次更新され、この履歴と下流側空燃比センサ２６の
出力とから上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが更新さ
れていく。このため、上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMmin
との差(O2SUMmax-O2SUMmin)をとれば、排気浄化触媒１
９の吸蔵し得る最大限の酸素量（酸素吸蔵能力）を得る
ことができる。そして、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能
力(O2SUMmax-O2SUMmin)は、排気浄化触媒１９の状態
（温度や劣化状態など）に依存して変動するが、上限値
O2SUMmax及び下限値O2SUMminが常に更新されることによ
って更新される。

【００３７】上述した酸素吸蔵量O2SUMや酸素吸蔵能力
は、排気浄化触媒１９の劣化判定制御に利用されるだけ
でなく、空燃比制御にも利用されている。上述した上限
値O2SUMmax及び下限値O2SUMminから酸素吸蔵量O2SUMの
目標値O2SUMref=(O2SUMmax-O2SUMmin)/2を設定し、この
目標値O2SUMrefから燃料噴射量の補正係数KAFをＥＣＵ
８内に保存されたマップに基づいて決定し、空燃比制御
に適用する。具体的には、実際にインジェクタ５によっ
て噴射される燃料噴射量（あるいは、燃料噴射のための
インジェクタ５の開弁時間）TAUに対して次式のように
補正をすることになる。TAU=TAUP×KAF×α+β

【００３８】ここで、TAUPは、吸入空気量Gaとエンジン
回転数NEとから求められる基本燃料噴射量である。この
基本燃料噴射量TAUPを上述した補正係数KAFやその他の
各種補正係数α，βで補正することによって、最終的な
燃料噴射量TAUが決定される。上述した補正係数α，β
の一例としては、空燃比フィードバック係数FAFがよく
知られている。この燃料噴射量TAUを制御することによ
ってエンジン１の吸入空燃比が制御される。なお、上述
した補正係数KAF以外の各種補正係数α，βについての
詳しい説明は省略する。このように補正係数KAFを用い
て燃料噴射量を補正することによって、排気浄化触媒１
９の酸素吸蔵量O2SUMが目標値O2SUMrefとなるようにフ
ィードバック制御が行われる。

【００３９】このようにして酸素吸蔵量O2SUMや酸素吸
蔵能力を制御することによって、良好な空燃比制御を行
い、良好な排気浄化性能を得ることができる。なお、上
述した酸素吸蔵能力(O2SUMmax-O2SUMmin)をより積極的
に算出（更新）するために、空燃比を強制的にリッチ-
リーン側に振動させる吸蔵能力検出モードを設定するこ
とも考えられる。図２には、成り行きで酸素吸蔵能力を
算出する例を示したが、本実施形態の劣化判定装置にお
いては、このような吸蔵能力検出モードを設定すること
ができる。空燃比を強制的に振動させると、上限値O2SU
Mmax及び下限値O2SUMminが積極的に更新されるので、酸
素吸蔵能力(O2SUMmax-O2SUMmin)を直ぐに更新すること
が可能となる。なお、酸素吸蔵能力の更新に際して、上
限値O2SUMmax及び下限値O2SUMmin（即ち、O2SUMmax-O2S
UMmin）を所定回数測定してその平均値を求めるように
すれば、より正確な酸素吸蔵能力を求めることができ
る。

【００４０】次に、排気浄化触媒１９の劣化判定につい
て説明する。

【００４１】排気浄化触媒１９には劣化するにつれて酸
素吸蔵能力が小さくなるという特性があり、この特性を
利用して劣化判定が行われる。そこで、酸素吸蔵能力と
排気浄化触媒１９の劣化度合いとの間の相関関係をあら
かじめＥＣＵ１８内にマップとして記憶させておき、上
述したように算出した酸素吸蔵能力に基づいて、排気浄
化触媒１９がどの程度劣化しているかどうかを検出する
ことができる。本実施形態のように、ある所定の閾値を
決定しておき、算出した酸素吸蔵能力がこの閾値以下と
なったら排気浄化触媒１９が劣化していると判断しても
よい。また、劣化度合いを数段階に分け、どの程度劣化
が進んでいるかを判定してもよい。

【００４２】あるいは、酸素吸蔵能力は、その時点での
排気浄化触媒１９の温度によっても変動し得るので（温
度が高いほど酸素吸蔵能力は大きくなる傾向がある）、
上述したマップに、排気浄化触媒１９の温度に関する条
件も加味していてもよい。そうすれば、温度センサ２１
によって算出した排気浄化触媒１９の温度と算出された
酸素吸蔵能力とに基づいて、排気浄化触媒１９の劣化を
判定してもよい。このようにして、排気浄化触媒１９の
劣化を検出することができる。排気浄化触媒１９の劣化
検出を通して、良好な排気浄化性能を得ることができ
る。

【００４３】ここで、排気浄化触媒１９は、酸素を吸蔵
するという特性の他に、硫黄成分も吸蔵するという特性
も有している。燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含ま
れていると、排気ガス中にも硫黄成分が含まれることに
なる。硫黄成分は酸素よりも安定的に排気浄化触媒１９
に吸蔵されてしまう。このため、排気浄化触媒１９の硫
黄吸蔵量が増加すると、これに応じて酸素吸蔵能力が低
下する。即ち、酸素吸蔵能力の観点からは排気浄化触媒
１９が劣化した場合と同様の挙動を示す。そこで、この
硫黄成分の影響を考慮して、排気浄化触媒１９の劣化判
定をより正確に行えるようにしている。

【００４４】上述したように、排気浄化触媒１９に吸蔵
され得る硫黄成分は、燃料やエンジンオイル中に含まれ
ている。ここで、エンジンオイルは頻繁に交換されるこ
とはないので、エンジンオイル中の硫黄成分が排気浄化
触媒１９の酸素吸蔵能力に与える影響はほぼ変化しな
い。即ち、エンジンオイル中の硫黄成分の触媒劣化判定
への影響は考慮しなくても問題はない。しかし、燃料は
頻繁に補充される。また、燃料中に含まれる硫黄濃度は
燃料供給会社などによってかなりの差がある。そこで、
この影響を考慮しないと、排気浄化触媒１９の劣化状況
を正確に判定できない。

【００４５】本実施形態では、燃料量検出センサ２２に
よって燃料補充が行われたか否かを検出し、燃料補充が
行われた場合はその前後での酸素吸蔵能力の比較を行
う。そして、燃料補充前後の酸素吸蔵能力の差が所定値
以上である場合は、燃料性状が変化（硫黄濃度が変化）
したとして、触媒劣化判定に用いる劣化判定基準値を修
正（変更）してから劣化判定を行う。なお、燃料補充前
の酸素吸蔵能力はＥＣＵ１８内に保存されている前回値
を利用することとなるが、この酸素吸蔵能力の前回値
は、成り行きによって更新されたものであっても、吸蔵
能力検出モードによって強制的に更新されたものであっ
ても良い。そして、本実施形態においては、燃料補充後
の酸素吸蔵力の検出（更新）は、より早期に検出するべ
く吸蔵能力検出モードによって強制的に検出される。

【００４６】図５に、本発明の第一実施形態の装置にお
ける制御フローチャートを示す。図５に基づいて本実施
形態の劣化判定装置による劣化判定制御を説明する。図
５に示されるフローチャートは、所定時間ごとに繰り返
し実行されている。

【００４７】まず、燃料補充直後であるか否かを判定す
る（ステップ３００）。これは、燃料タンク２０内の燃
料量検出センサ２２によって検出する。燃料量検出セン
サ２２によって燃料タンク２０内の燃料量が増加した場
合は、燃料が補充されたと判断できる。ステップ３００
が否定されるような場合、即ち、燃料補充がなかった場
合は、そのまま酸素吸蔵能力（今回値）を算出する（ス
テップ３６０）。この酸素吸蔵能力の算出は、吸蔵能力
検出モードを設定することによる検出であっても良い
し、成り行きによる検出であっても良い。

【００４８】そして、ステップ３６０の後、算出された
酸素吸蔵能力が所定の劣化判定基準値より大きいか否か
を判定し（ステップ３７０）、大きい場合は排気浄化触
媒１９は劣化していないと判断する（ステップ３８
０）。一方、算出された酸素吸蔵能力が所定の劣化判定
基準値以下である場合は、排気浄化触媒１９は劣化して
いると判断する（ステップ３９０）。

【００４９】これに対して、ステップ３００が肯定され
る場合、即ち、燃料補充直後である場合は、酸素吸蔵能
力（今回値）を算出し（ステップ３１０）、酸素吸蔵能
力（前回値）も読み込まれる（ステップ３２０）。前回
値はＥＣＵ１８内に記憶されている。そして、｜酸素吸
蔵能力（前回値）−酸素吸蔵能力（今回値）｜が所定値
より大きいか否かを判定する（ステップ３４０）。ステ
ップ３４０が肯定される場合は、燃料補充の前後で酸素
吸蔵能力が急変している場合である。そして、その原因
は燃料中の硫黄濃度が変化したため、燃料中の硫黄成分
によって排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力が変化したた
めと判断できる。

【００５０】即ち、ここでの酸素吸蔵能力の変化は、排
気浄化触媒１９の劣化によるものではないと判断でき
る。このため、それまで用いていた劣化判定基準値をそ
のまま適用すると、排気浄化触媒１９が劣化しているの
に劣化していないと判断したり、劣化していないのに劣
化していると判断してしまうおそれがある。そこで、ス
テップ３４０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９の
劣化を判定するための判定基準値を変更する（ステップ
３５０）。

【００５１】判定基準値の変更方法は種々考えられる。
例えば、ステップ３４０では、酸素吸蔵能力の前回値と
今回値の差の絶対値に基づいて判定を行ったが、酸素吸
蔵能力の前回値と今回値の差を符号を含めて考え（符号
によって酸素吸蔵能力が悪化したか向上したかが分か
る）、この差に応じて新たな判定基準値を設定すること
が考えられる。あるいは、ここでは燃料性状（特に燃料
中の硫黄成分）による酸素吸蔵能力への影響を考慮して
判定基準値を変更することが目的であるので、燃料補充
後の燃料の燃料性状（硫黄濃度）を推定し、この推定し
た燃料性状（硫黄濃度）に基づいて判定基準値を変更し
ても良い。

【００５２】燃料補充後の燃料性状（硫黄濃度）を推定
する一例としては、燃料補充後の酸素吸蔵量O2SUMの挙
動と、予め実験によって取得した燃料性状ごとの酸素吸
蔵量O2SUMの挙動とを比較し、燃料補充後の燃料性状を
推定することが考えられる。このような場合は、燃料補
充後の酸素吸蔵量O2SUMの挙動を得るために、吸蔵能力
検出モードなどを設定し、安定した条件で比較すること
で確実な推定ができる。

【００５３】ここで、燃料性状として、特に、硫黄濃度
を推定する場合について詳しく説明する。一般に、排気
浄化触媒１９の温度が高いほど酸素吸蔵能力は高くなる
ことが知られている。また、上述したように、燃料中の
硫黄濃度が高いほど排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力は
低下する。

【００５４】即ち、燃料中の硫黄濃度と排気浄化触媒１
９の温度と酸素吸蔵能力との間には一定の相関がある。
予め、排気浄化触媒１９の非劣化時に相当する状況での
排気浄化触媒の温度と酸素吸蔵能力と燃料中の硫黄濃度
との関係をマップとしてＥＣＵ１８内に記憶させてお
く。そして、燃料が補充される毎に、これらの関係を学
習させ、このマップを更新する。このマップの更新時に
は、排気浄化触媒１９の劣化を加味しない。

【００５５】そして、酸素吸蔵能力の変化が大きく、判
定基準値を変更する際には、このマップを用いて（即
ち、排気浄化触媒１９の温度と酸素吸蔵能力とに基づい
て）、まず、補充後の燃料の硫黄濃度を推定する。そし
て、推定された硫黄濃度に基づいて、劣化判定基準値を
変更する。上述したように、ここで使用するマップには
排気浄化触媒１９の劣化を反映していないので、変更後
の劣化判定基準値は、排気浄化触媒１９が劣化している
か否かを判定するのに適したものである。

【００５６】このとき、排気浄化触媒１９の温度が異な
る状況下で硫黄濃度を推定することによって、推定精度
を向上させることができる。また、硫黄濃度を推定する
際に用いる酸素吸蔵能力の算出については、吸蔵能力検
出モードを設定して算出するればより正確な酸素吸蔵能
力が得られるので、推定される硫黄濃度もより正確に推
定できる。なお、劣化判定基準値の変更方法についてい
くつか説明したが、劣化判定基準値の設定方法に関して
も種々考えられる。例えば、予め幾つかの劣化判定基準
値（例えば三つの判定基準値）を用意し、これらを上述
したような手法で切り替えてもよい。

【００５７】一方、ステップ３４０が否定される場合
は、燃料補充前後で燃料性状はほとんど変化していない
と判断できるので、これまで使用していた劣化判定基準
値をそのまま用いて排気浄化触媒１９の劣化判定を行う
（ステップ３７０〜ステップ３９０）。また、ステップ
３５０で劣化判定基準値を変更した場合は、この変更後
の劣化判定基準値を用いて排気浄化触媒１９の劣化判定
を行う（ステップ３７０〜ステップ３９０）。

【００５８】本発明の空燃比制御装置は、上述した実施
形態のものに限定されない。例えば、上述した実施形態
においては、ある時点での酸素吸蔵量O2SUMを基準(O2SU
M=0)に対して酸素吸蔵量O2SUMの履歴を更新した。この
ため、酸素吸蔵量O2SUMは、正の値も負の値も取り得る
ものであった。しかし、排気浄化触媒１９が酸素を放出
しきった状態を検出して、この点を基準(O2SUM=0)にし
てもよい。この場合は、酸素吸蔵量O2SUMは正の値のみ
をとることになり、上限値O2SUMmaxのみが設定され、こ
の値が酸素吸蔵能力と一致することになる。このよう
に、上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとで制御せずに、
上限値O2SUMmax側のみで制御することも考えられる。

【００５９】また、上述した実施形態においては、上流
側空燃比センサ２５の出力から酸素吸蔵量O2SUMを更新
したが、これに限定されるものではない。例えば、吸入
空気量Gaと燃料噴射量TAUとから排気浄化触媒１９の酸
素吸蔵量O2SUMを更新するなど、他の手法によってもよ
い。さらに、上述した実施形態においては、燃料補充検
出手段は燃料量検出センサ２２であったが、燃料タンク
２０の給油口の開閉を検出するセンサを設けて、これを
燃料補充検出手段としても良い。ただし、給油口の開閉
では必ずしも燃料補充の有無を正確に検出し得ない場合
もあるので、燃料量検出センサ２２によって燃料量を直
接検出した方が好ましい。ただし、給油口を開閉してだ
けで実際に燃料補充が行われなかった場合は、酸素吸蔵
量の前回値と今回値との差が所定値以上となることはな
いと思われるので特に問題はない。

【００６０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃料補
充前後で酸素吸蔵量の変化幅が大きい場合には、排気浄
化触媒の劣化判定基準値を変更した後に劣化判定を行う
ので、燃料補充によって燃料性状が変化しても、正確に
排気浄化触媒の劣化判定を行うことができることができ
る。

【００６１】請求項２に記載の発明によれば、燃料補充
検出手段として燃料量検出センサを用いることによっ
て、燃料補充が行われたか否かをより正確に検出するこ
とができるので、より的確な機会にのみ劣化判定を行う
ようにすることができる。

【００６２】請求項３に記載の発明によれば、排気浄化
触媒の劣化判定に用いる酸素吸蔵能力の検出を吸蔵能力
検出モードを設定することができるので、より早期に劣
化判定を行うようにできる。なお、この吸蔵能力検出モ
ードは、酸素吸蔵能力検出時に必ず行わなければならな
いというものではない。

【００６３】請求項４に記載の発明によれば、触媒劣化
判定手段が判定基準値を変更する際に、硫黄濃度推定手
段によって推定された燃料中の硫黄濃度に基づいて変更
後の判定基準値を決定するので、燃料性状、特に、硫黄
濃度の変化による触媒劣化判定への悪影響を生じさせな
いような適切な値に判定基準値を変更することができ
る。

【００６４】請求項５に記載の発明によれば、硫黄濃度
が排気浄化触媒の温度と酸素吸蔵能力と密接に関係して
いるので、硫黄濃度推定手段による燃料中の硫黄濃度を
より正確に推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空燃比制御装置の一実施形態を有する
内燃機関を示す断面図である。

【図２】三元触媒の酸素吸蔵量O2SUMと、その目標値O2S
UMref、及び、下流側空燃比センサ出力の様子を示すタ
イミングチャートである。

【図３】酸素吸蔵量O2SUMの更新制御のフローチャート
である。

【図４】酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax及び下限値O
2SUMminの更新制御を示すフローチャートである。

【図５】本発明の実施形態における排気浄化触媒の劣化
判定制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、７…排気通路、１８…ＥＣ
Ｕ（吸蔵能力算出手段・触媒劣化判定手段）、１９…排
気浄化触媒、２０…燃料タンク、２２…燃料量検出セン
サ（燃料補充検出手段）、２５…上流側空燃比センサ
（吸蔵能力算出手段）、２６…下流側空燃比センサ（吸
蔵能力算出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｈ 41/14 ３１０ 45/00 ３１４Ｚ３６４Ｌ３６８Ｇ 45/00 ３１４Ｆ０２Ｍ 37/00 ３０１Ｒ３６４Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｂ３６８１０３ＢＦ０２Ｍ 37/00 ３０１１０１ＢＢ６０Ｋ 15/02 ＦＦターム(参考） 3D038 CA31 CB01 CD00 CD18 3G084 AA03 BA05 BA09 BA13 BA17 BA24 BA33 CA07 DA10 DA22 DA25 DA27 EA11 EB01 EB11 EB17 EB22 EB25 EC04 FA07 FA10 FA14 FA20 FA25 FA26 FA29 FA30 FA34 FA38 3G091 AA02 AA17 AA23 AA28 AB03 BA14 BA15 BA19 BA27 BA32 BA33 BA34 CA05 CB02 CB07 DA01 DA02 DA03 DA10 DB01 DB06 DB07 DB08 DB09 DB10 DB11 DB13 DC02 DC03 EA00 EA01 EA05 EA07 EA11 EA12 EA16 EA18 EA26 EA31 EA34 EA36 EA39 FA06 FB10 FB11 FB12 FC02 FC04 GA06 GB04W GB10W HA11 HA12 HA36 HA37 HA39 HA42 HB02 HB08 3G301 HA01 HA06 JA25 JA26 JA33 JB09 LA03 LB02 MA01 MA11 MA18 NA01 NA06 NA07 NA08 NA09 ND02 ND23 ND24 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 NE16 NE17 NE19 PA01B PA11B PC08B PD04B PD08B PD12B PE02B PE03B PE08B PF03B PF16B 4D048 AA06 AA13 AA18 AB07 BC01 CD06 DA01 DA02 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路上に配設された排気
浄化触媒の劣化を判定する内燃機関の排気浄化触媒の劣
化判定装置において、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を算出する吸蔵能力算
出手段と、前記内燃機関の燃料が補充されたか否かを検出する燃料
補充検出手段と、前記吸蔵能力算出手段によって算出された酸素吸蔵能力
と劣化判定基準値との比較結果に基づいて前記排気浄化
触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段とを備えてお
り、前記触媒劣化判定手段が、前記燃料補充検出手段によっ
て検出された燃料補充の前後に前記吸蔵能力算出手段に
よって算出された酸素吸蔵能力の差が所定値以上の場合
には、劣化判定基準値を変更してから前記排気浄化触媒
の劣化判定を行うことを特徴とする排気浄化触媒の劣化
判定装置。
【請求項２】前記燃料補充検出手段が、燃料タンク内
の燃料量を検出する燃料量検出センサであることを特徴
とする請求項１に記載の排気浄化触媒の劣化判定装置。
【請求項３】前記吸蔵能力検出手段が、前記内燃機関
の空燃比を強制的にリッチ-リーン振動させて酸素吸蔵
能力を検出する吸蔵能力検出モードを設定可能であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化触媒の
劣化判定装置。
【請求項４】燃料中の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推
定手段をさらに備えており、前記触媒劣化判定手段が、
劣化判定基準値を変更する際に、前記硫黄濃度推定手段
によって推定された燃料中の硫黄濃度に基づいて変更後
の劣化判定基準値を決定することを特徴とする請求項１
〜３の何れか一項に記載の排気浄化触媒の劣化判定装
置。
【請求項５】前記硫黄濃度推定手段が、前記吸蔵能力
算出手段によって算出された酸素吸蔵能力と前記排気浄
化触媒の温度とに基づいて燃料中の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化触媒の劣化
判定装置。