JP2004036545A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒コンバータの劣化を正確に判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気空燃比の変調に対する触媒コンバータの下流に設けられた排気センサからの出力情報に基づき、触媒コンバータの下流における排気空燃比の振幅相関値を求めるとともに、触媒コンバータの下流における排気空燃比が基準値よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率相関値を求める触媒下流変調状態検出手段（Ｓ１２〜Ｓ２０）と、振幅相関値と期間率相関値とに基づき触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、劣化判定手段は、期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いが大きくなるよう振幅相関値に重み付けをして触媒コンバータの劣化を判定する（Ｓ２０，Ｓ２２）。
【選択図】 図２
【解決手段】排気空燃比の変調に対する触媒コンバータの下流に設けられた排気センサからの出力情報に基づき、触媒コンバータの下流における排気空燃比の振幅相関値を求めるとともに、触媒コンバータの下流における排気空燃比が基準値よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率相関値を求める触媒下流変調状態検出手段（Ｓ１２〜Ｓ２０）と、振幅相関値と期間率相関値とに基づき触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、劣化判定手段は、期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いが大きくなるよう振幅相関値に重み付けをして触媒コンバータの劣化を判定する（Ｓ２０，Ｓ２２）。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒コンバータの劣化判定技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気浄化用の触媒コンバータにおいては、触媒の有する酸素ストレージ能力が触媒性能と相関性が高いことから、特にセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を多く含むような触媒コンバータにおいて、触媒劣化検出方法として、当該酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定する手法が採用されている。
【０００３】
この触媒劣化検出方法は、触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において所定周期（例えば、空燃比フィードバック制御の変調周期）、振幅で変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く或いは振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が速く或いは振幅が大きくなるという特性を利用しており、例えば、触媒下流に設けた酸素センサ（Ｏ２センサ）或いは空燃比センサ（ＬＡＦＳ）からの酸素濃度出力値の変動周期を検出し、或いは特開２００２−３０９９２号公報に開示されるように振幅を検出し、当該検出値が所定の基準値以上であると、酸素ストレージ能力が低下、即ち触媒コンバータが劣化したと判定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示されるように排気空燃比の振幅に基づいて劣化判定を行う場合、振幅が最大振幅近傍になるとその後は同一の劣化状態となって劣化状況を判定できないという問題がある。
また、近年では環境保全の観点から排気浄化性能のさらなる向上が求められており、触媒コンバータの僅かな劣化をも検出することが要求されている。
【０００５】
そこで、触媒コンバータが劣化すると触媒下流の排気空燃比が基準値（例えば、変動振幅中心値）よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率（変調デューティ）が変化することに着目し、当該期間率をも考慮して劣化判定を行うことが考えられている。例えば、排気空燃比の振幅と当該期間率との積を求め、当該積の値が所定値よりも大か否かにより劣化判定を行うことが考えられている。これにより、上記公報に開示されるような振幅だけによる劣化判定よりも劣化の検出精度が向上し、触媒コンバータの劣化を比較的良好に判定可能となる。
【０００６】
しかしながら、実験により、触媒コンバータがそれほど劣化しておらず酸素ストレージ能力があまり低下していない劣化小のときには、図３（ａ）に実線で示すように、触媒コンバータ下流において検出される排気空燃比の振幅（ΔＯ２）は小さく排気空燃比が基準値（例えば、変動振幅中心値）Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が長く、触媒コンバータの劣化が進み劣化大になると、図３（ｃ）に実線で示すように、排気空燃比の振幅は大きくなる一方、排気空燃比が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が短くなり、特に劣化中程度の状況において、図３（ｂ）に実線で示すように、排気空燃比がリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が劣化大のときよりも短くなっていることが確認された。なお、図３中、一点鎖線は触媒コンバータ上流における排気空燃比の変調を示している。
【０００７】
このように、劣化の進行に連れて、排気空燃比の振幅は大きくなる一方、排気空燃比がリーン空燃比側にある期間が短くなると、振幅が最大振幅（ΔＯ２ｍａｘ）近傍となった後は良好に劣化状況（劣化中〜劣化大）を判別可能となるのであるが、振幅が最大振幅近傍になる前の劣化小から劣化中の間は排気空燃比の振幅（ΔＯ２）と期間率（Ｔｌｅａｎ）との積の値が同一となる場合があり、劣化度合いが異なるにも拘わらず同一の劣化状態と誤判定されるおそれがあるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒コンバータの劣化を正確に判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に配設された触媒コンバータと、前記触媒コンバータに流入する排気空燃比を所定周期で変調させる排気空燃比変調手段と、前記触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する排気センサと、前記排気センサからの出力情報に基づき、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比の振幅相関値を求めるとともに、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比が基準値よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率相関値を求める触媒下流変調状態検出手段と、前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記振幅相関値と前記期間率相関値とに基づき前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、前記劣化判定手段は、前記期間率相関値よりも前記振幅相関値の影響度合いが大きくなるよう前記振幅相関値に重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴としている。
【００１０】
従って、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）とに基づいて劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み付けをすることにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が強調され、触媒コンバータの劣化状況が確実に判別可能とされる。これにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定可能となる。
【００１１】
また、請求項２の発明では、さらに、前記触媒コンバータの上流における排気空燃比の振幅相関値を推定する触媒上流振幅相関値推定手段を備え、前記劣化判定手段は、前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記触媒コンバータの下流の振幅相関値を前記触媒上流振幅相関値推定手段により推定された前記触媒コンバータの上流の振幅相関値で除して重み係数を求め、該重み係数を前記下流の振幅相関値と前記期間率相関値との積に乗算することにより重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴としている。
【００１２】
従って、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）との積に基づいて劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み係数（重み係数＝触媒コンバータの下流の振幅相関値／触媒コンバータの上流の振幅相関値）を乗算することにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が大であるほど強調され、触媒コンバータの劣化状況が確実に判別可能とされる。これにより、触媒コンバータの劣化を容易にして正確に判定可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、理論空燃比（ストイキオ）での運転の他、リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）やリーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１４】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００１５】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド２０の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド２０としては、ここでは、デュアル型エキゾーストマニホールドシステムが採用される。
【００１６】
このデュアル型エキゾーストマニホールドシステムからなる排気マニホールド２０では、＃１気筒からの排気通路と＃４気筒からの排気通路及び＃２気筒からの排気通路と＃３気筒からの排気通路がそれぞれ合流するように構成されている（燃焼順序が＃１→＃３→＃４→＃２の場合）。
排気マニホールド２０の他端には、集合管２２を介して排気管２８が接続されており、集合管２２は、＃１気筒及び＃４気筒（以下、＃１、＃４気筒群）からの排ガスが流通する集合管２２ａと＃２気筒及び＃３気筒（以下、＃２、＃３気筒群）からの排ガスが流通する集合管２２ｂの２本の管路（デュアル管路）から構成されている。
【００１７】
そして、集合管２２ａには、＃１、＃４気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒コンバータ（マニホールドキャタライザコンバータ、以下ＭＣＣと略す）２４が介装され、同様に、集合管２２ｂには、＃２、＃３気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてやはりセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒コンバータ（以下ＭＣＣと略す）２６が介装されている。このようにＭＣＣ２４、２６が集合管２２ａ及び集合管２２ｂに介装されていると、エンジン１に近い位置であることから、エンジン１が冷態状態であってもＭＣＣ２４、２６の早期活性化が図られ、運転状態に拘わらず排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を良好に浄化可能である。
【００１８】
ＭＣＣ２４の上流部分及びＭＣＣ２６の上流部分には、排気センサとして排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ（例えば、Ｏ２センサ、以下、フロントＡ／Ｆセンサという）２１ａ、２１ｂがそれぞれ設けられている。
さらに、集合管２２ａのＭＣＣ２４よりも下流部分及び集合管２２ｂのＭＣＣ２６の下流部分にも同様の空燃比センサ（以下、ミドルＡ／Ｆセンサという）２５、２７がそれぞれ設けられている。
【００１９】
排気管２８には、さらに、下流側触媒コンバータとして三元触媒コンバータ（アンダーフロアキャタライザコンバータ、以下ＵＣＣと略す）３０が介装されている。なお、当該ＵＣＣ３０もセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含んでいる。
そして、排気管２８のＵＣＣ３０の上流部分には排気センサとして上記同様の空燃比センサ（以下、上流リヤＡ／Ｆセンサという）２９が、ＵＣＣ３０の下流部分にも同様の空燃比センサ（以下、下流リヤＡ／Ｆセンサという）３１が設けられている。
【００２０】
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ６０の入力側には、上述したフロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂ、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７、上流リヤＡ／Ｆセンサ２９、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の他、クランク角センサ６２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６２によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて、現在の燃焼気筒が判別され、エンジン回転速度Ｎｅが求められる。
【００２１】
一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４や警告灯６２等の各種出力デバイスが接続されており、例えば、各Ａ／Ｆセンサからの検出情報に基づき燃焼順（＃１→＃３→＃４→＃２）に燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定されると、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃焼順に燃料噴射弁６に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁１４に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル８に出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁１４が適正な開度とされ、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２２】
また、燃焼Ａ／Ｆが設定されると、ＭＣＣ２４やＭＣＣ２６にそれぞれ流入する排気Ａ／Ｆは各Ａ／Ｆセンサからの検出情報に基づいてフィードバック制御される。詳しくは、排気Ａ／Ｆは、燃焼Ａ／Ｆを例えば気筒毎の所定周期で所定の振幅となるようリッチ空燃比側及びリーン空燃比側に繰り返し変調することによって変調させられ、平均空燃比が目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）となるように制御される（排気空燃比変調手段）。
【００２３】
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る触媒劣化判定の判定手法について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い本発明に係る触媒劣化判定の判定手順について詳細に説明する。
【００２４】
なお、本発明に係る触媒劣化判定は、基本的には、従来と同様にフィードバック制御を行って排気Ａ／Ｆを所定周期で変調させ、このときの触媒コンバータの酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定するものであり、触媒劣化判定の基本作用等については上述した通りであり説明を省略する。
【００２５】
また、ここでは一例としてＭＣＣ２４の劣化判定を行うが、ＭＣＣ２６やＵＣＣ３０の劣化判定についても同様であり説明を省略する。
先ずステップＳ１０では、所定周期で空燃比変調を行っているか否かを判別する。ここでは、例えば上記フィードバック制御を行っているか否かを判別する。なお、フィードバック制御の代わりに別途定めた所定周期で空燃比変調を行ってもよく、この場合には当該別途定めた所定周期での空燃比変調を行っているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、空燃比変調が行われておらず劣化判定ができないため、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では、１周期間の触媒下流Ｏ２センサの出力振幅ΔＯ２（振幅相関値）を実測する。ここでは、ＭＣＣ２４下流のミドルＡ／Ｆセンサ２５の出力振幅ΔＯ２を実測する（触媒下流変調状態検出手段）。
ステップＳ１４では、１周期間の触媒上流Ｏ２センサの出力振幅、即ち最大振幅ΔＯ２ｍａｘ（振幅相関値）を推定する（触媒上流振幅相関値推定手段）。ここでは、例えばフロントＡ／Ｆセンサ２１ａの出力振幅を測定する。なお、ＭＣＣ２４の上流では排気Ａ／Ｆは燃焼Ａ／Ｆと殆ど同じと考えられるため、フィードバック制御の所定の振幅から最大振幅ΔＯ２ｍａｘを求めるようにしてもよい。
【００２７】
ステップＳ１６では、１周期間の触媒下流Ｏ２センサ出力が基準値Ｘ１以下となる期間、即ち触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎを実測する（図３参照）。ここでは、ミドルＡ／Ｆセンサ２５の出力が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側となる期間Ｔｌｅａｎを求める。なお、基準値Ｘ１は上記図３における値と同一であり、例えば、変動振幅中心値（例えば、理論空燃比）である。
【００２８】
そして、ステップＳ１８では、１周期間の触媒上流Ｏ２センサ出力が基準値Ｘ１以下となる期間、即ち触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎ０を推定する（図３参照）。ここでは、フロントＡ／Ｆセンサ２１ａの出力が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側となる期間Ｔｌｅａｎ０を求める。なお、フィードバック制御の所定のリーン空燃比側にある期間から期間Ｔｌｅａｎ０を求めるようにしてもよい。
【００２９】
このように、出力振幅ΔＯ２、出力振幅ΔＯ２ｍａｘ、期間Ｔｌｅａｎ及び期間Ｔｌｅａｎ０が求められたら、ステップＳ２０において、劣化判定値ΔＯＳＣを次式（１）から算出する。
ΔＯＳＣ＝ΔＯ２×｛Ｔｌｅａｎ、Ｔｌｅａｎ０｝×ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘ …（１）
但し、｛Ｔｌｅａｎ、Ｔｌｅａｎ０｝は、Ｔｌｅａｎ０≧ＴｌｅａｎのときにはＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０であり、Ｔｌｅａｎ＞Ｔｌｅａｎ０のときにはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎである。また、ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘは重み係数である。
【００３０】
つまり、基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎの期間率相関値（変調デューティ）をＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎとして求め（触媒下流変調状態検出手段）、当該変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎと出力振幅ΔＯ２との積を求め、この積の値に重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算して劣化判定値ΔＯＳＣを求める。
【００３１】
このように、ＭＣＣ２４下流の変調デューティと出力振幅との積を求め、この積の値にさらに重み係数を乗算するようにして劣化判定値ΔＯＳＣを求めるようにすると、劣化大の場合と劣化中の場合に関しては、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、振幅は共に最大振幅ΔＯ２ｍａｘ近傍である一方で変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎについては劣化大の場合の方が大きくなるため、劣化判定値ΔＯＳＣは劣化大の場合の方が確実に大きくなり、劣化大と劣化中の劣化状況を良好に判別して劣化判定を行うことができ、さらに、振幅が最大振幅ΔＯ２ｍａｘ近傍になるまでの劣化小から劣化中の間に関しては、図３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算することにより排気空燃比の振幅ΔＯ２が大きいほど振幅ΔＯ２の影響度合いが大きくなるため、劣化判定値ΔＯＳＣは劣化小の場合よりも劣化中の場合の方が確実に大きくなり、劣化小と劣化中の劣化状況についても良好に判別して劣化判定を行うことができる。
【００３２】
つまり、重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算すると振幅ΔＯ２が二次関数的に効くことになるため、劣化小と劣化中との異なった劣化状況下、即ち変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎの値と振幅ΔＯ２の値とが異なっている劣化状況下において、たとえ変調デューティと出力振幅との積が同一であったとしても、振幅ΔＯ２の値が強調されることになり、劣化判定値ΔＯＳＣは振幅ΔＯ２の小さい劣化小の場合に比べて振幅ΔＯ２の大きい劣化中の場合の方が確実に大きくなり、故に劣化小と劣化中の劣化状況を良好に判別して劣化判定を正確に実施することが可能となる。
【００３３】
このように劣化判定値ΔＯＳＣが求められたら、ステップＳ２２において、当該劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大きいか否か、即ち、ＭＣＣ２４が所定の劣化状態に達しているか否かを判別する（劣化判定手段）。判別結果が真（Ｙｅｓ）で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大と判定された場合には、ステップＳ２４に進み、ＭＣＣ２４は劣化していると判定し、警告灯６２を点灯させる。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２以下と判定された場合には、ステップＳ２６に進み、ＭＣＣ２４は劣化していないと判定（劣化判定解除）し、警告灯６２を消灯状態とする。
【００３４】
好ましくは、ステップＳ２２で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大と判定された場合には、この状態が所定時間継続した後に劣化と判定するのがよく、また、劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２以下と判定された場合には、この状態が所定時間継続した後に劣化していないと判定するのがよく、これにより劣化判定の精度がさらに向上する。
【００３５】
このように、本発明に係る触媒劣化判定では、劣化判定値ΔＯＳＣを劣化状況（劣化小〜劣化中〜劣化大）に応じて正確に求め、当該正確な劣化判定値ΔＯＳＣに基づいてＭＣＣ２４の劣化判定を行うようにしている。
従って、触媒劣化の誤判定が解消されることになり、排気浄化装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【００３６】
なお、上述したように、ＭＣＣ２６やＵＣＣ３０についても同様にして劣化判定値ΔＯＳＣを正確に求め、劣化判定を実施可能であるが、ＭＣＣ２６の劣化判定の場合には、ミドルＡ／Ｆセンサ２７が触媒下流Ｏ２センサに、フロントＡ／Ｆセンサ２１ｂが触媒上流Ｏ２センサに対応し、ＵＣＣ３０の劣化判定の場合には、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１が触媒下流Ｏ２センサに、上流リヤＡ／Ｆセンサ２９が触媒上流Ｏ２センサに対応する。また、ＵＣＣ３０の劣化判定の場合には、触媒上流Ｏ２センサはミドルＡ／Ｆセンサ２７であってもよいし、フロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂであってもよい。
【００３７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＭＣＣ２４及びＭＣＣ２６を備えるとともにＵＣＣ３０を備えた装置構成としたが、排気通路に触媒コンバータを少なくとも一つ有していれば本発明を良好に適用可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、ＭＣＣ２４、ＭＣＣ２６、ＵＣＣ３０等の三元触媒コンバータの劣化を判定するようにしたが、劣化判定の対象は三元触媒コンバータに限られず、ＮＯｘ触媒コンバータ等如何なる触媒コンバータであってもよい。
また、上記実施形態では、ステップＳ１６において、触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎを実測し、ステップＳ１８において、触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎ０を推定するようにして変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎを求め、劣化判定を行うようにしたが、これに代えて、触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリッチ空燃比側にある期間Ｔｒｉｃｈを実測し、触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリッチ空燃比側にある期間Ｔｒｉｃｈ０を推定するようにして変調デューティＴｒｉｃｈ／Ｔｒｉｃｈ０或いはＴｒｉｃｈ０／Ｔｒｉｃｈを求め、劣化判定を行うようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、重み付けを重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算して行うようにしたが、重み付けは振幅ΔＯ２が強調されるものであれば重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘに限られるものではなく、乗算に限らず２次以上の乗算或いは加算するような構成であってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン１は吸気管噴射型ガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等如何なるエンジンであってもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、空燃比センサとして例えばＯ２センサを用いるようにしたがリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）とに基づいて触媒コンバータの劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み付けをすることにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が強調され、触媒コンバータの劣化状況を確実に判別可能となる。これにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定することができる。
【００４２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）との積に基づいて触媒コンバータの劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み係数（重み係数＝触媒コンバータの下流の振幅相関値／触媒コンバータの上流の振幅相関値）を乗算することにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が大であるほど強調され、触媒コンバータの劣化状況を確実に判別可能となる。これにより、触媒コンバータの劣化を容易にして正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】触媒コンバータ下流において検出される排気空燃比の出力波形であって、触媒コンバータが劣化小（ａ）、劣化中（ｂ）、劣化大（ｃ）である場合をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２１ａ フロントＡ／Ｆセンサ
２１ｂ フロントＡ／Ｆセンサ
２４ 三元触媒コンバータ（ＭＣＣ）
２５ ミドルＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
２６ 三元触媒コンバータ（ＭＣＣ）
２７ ミドルＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
２９ 上流リヤＡ／Ｆセンサ
３０ 三元触媒コンバータ（ＵＣＣ）
３１ 下流リヤＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
６０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒コンバータの劣化判定技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気浄化用の触媒コンバータにおいては、触媒の有する酸素ストレージ能力が触媒性能と相関性が高いことから、特にセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を多く含むような触媒コンバータにおいて、触媒劣化検出方法として、当該酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定する手法が採用されている。
【０００３】
この触媒劣化検出方法は、触媒コンバータに流入する排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間において所定周期（例えば、空燃比フィードバック制御の変調周期）、振幅で変調させると、酸素ストレージ能力が高ければ酸素が触媒コンバータに吸蔵されるために触媒下流の排気空燃比の応答が遅く或いは振幅が小さく、一方酸素ストレージ能力が低いと酸素は触媒コンバータにあまり吸蔵されることなく排出されるために触媒下流の排気空燃比の応答が速く或いは振幅が大きくなるという特性を利用しており、例えば、触媒下流に設けた酸素センサ（Ｏ２センサ）或いは空燃比センサ（ＬＡＦＳ）からの酸素濃度出力値の変動周期を検出し、或いは特開２００２−３０９９２号公報に開示されるように振幅を検出し、当該検出値が所定の基準値以上であると、酸素ストレージ能力が低下、即ち触媒コンバータが劣化したと判定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示されるように排気空燃比の振幅に基づいて劣化判定を行う場合、振幅が最大振幅近傍になるとその後は同一の劣化状態となって劣化状況を判定できないという問題がある。
また、近年では環境保全の観点から排気浄化性能のさらなる向上が求められており、触媒コンバータの僅かな劣化をも検出することが要求されている。
【０００５】
そこで、触媒コンバータが劣化すると触媒下流の排気空燃比が基準値（例えば、変動振幅中心値）よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率（変調デューティ）が変化することに着目し、当該期間率をも考慮して劣化判定を行うことが考えられている。例えば、排気空燃比の振幅と当該期間率との積を求め、当該積の値が所定値よりも大か否かにより劣化判定を行うことが考えられている。これにより、上記公報に開示されるような振幅だけによる劣化判定よりも劣化の検出精度が向上し、触媒コンバータの劣化を比較的良好に判定可能となる。
【０００６】
しかしながら、実験により、触媒コンバータがそれほど劣化しておらず酸素ストレージ能力があまり低下していない劣化小のときには、図３（ａ）に実線で示すように、触媒コンバータ下流において検出される排気空燃比の振幅（ΔＯ２）は小さく排気空燃比が基準値（例えば、変動振幅中心値）Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が長く、触媒コンバータの劣化が進み劣化大になると、図３（ｃ）に実線で示すように、排気空燃比の振幅は大きくなる一方、排気空燃比が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が短くなり、特に劣化中程度の状況において、図３（ｂ）に実線で示すように、排気空燃比がリーン空燃比側にある期間（Ｔｌｅａｎ）が劣化大のときよりも短くなっていることが確認された。なお、図３中、一点鎖線は触媒コンバータ上流における排気空燃比の変調を示している。
【０００７】
このように、劣化の進行に連れて、排気空燃比の振幅は大きくなる一方、排気空燃比がリーン空燃比側にある期間が短くなると、振幅が最大振幅（ΔＯ２ｍａｘ）近傍となった後は良好に劣化状況（劣化中〜劣化大）を判別可能となるのであるが、振幅が最大振幅近傍になる前の劣化小から劣化中の間は排気空燃比の振幅（ΔＯ２）と期間率（Ｔｌｅａｎ）との積の値が同一となる場合があり、劣化度合いが異なるにも拘わらず同一の劣化状態と誤判定されるおそれがあるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒コンバータの劣化を正確に判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に配設された触媒コンバータと、前記触媒コンバータに流入する排気空燃比を所定周期で変調させる排気空燃比変調手段と、前記触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する排気センサと、前記排気センサからの出力情報に基づき、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比の振幅相関値を求めるとともに、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比が基準値よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率相関値を求める触媒下流変調状態検出手段と、前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記振幅相関値と前記期間率相関値とに基づき前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、前記劣化判定手段は、前記期間率相関値よりも前記振幅相関値の影響度合いが大きくなるよう前記振幅相関値に重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴としている。
【００１０】
従って、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）とに基づいて劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み付けをすることにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が強調され、触媒コンバータの劣化状況が確実に判別可能とされる。これにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定可能となる。
【００１１】
また、請求項２の発明では、さらに、前記触媒コンバータの上流における排気空燃比の振幅相関値を推定する触媒上流振幅相関値推定手段を備え、前記劣化判定手段は、前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記触媒コンバータの下流の振幅相関値を前記触媒上流振幅相関値推定手段により推定された前記触媒コンバータの上流の振幅相関値で除して重み係数を求め、該重み係数を前記下流の振幅相関値と前記期間率相関値との積に乗算することにより重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴としている。
【００１２】
従って、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）との積に基づいて劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み係数（重み係数＝触媒コンバータの下流の振幅相関値／触媒コンバータの上流の振幅相関値）を乗算することにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が大であるほど強調され、触媒コンバータの劣化状況が確実に判別可能とされる。これにより、触媒コンバータの劣化を容易にして正確に判定可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、理論空燃比（ストイキオ）での運転の他、リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）やリーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１４】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００１５】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド２０の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド２０としては、ここでは、デュアル型エキゾーストマニホールドシステムが採用される。
【００１６】
このデュアル型エキゾーストマニホールドシステムからなる排気マニホールド２０では、＃１気筒からの排気通路と＃４気筒からの排気通路及び＃２気筒からの排気通路と＃３気筒からの排気通路がそれぞれ合流するように構成されている（燃焼順序が＃１→＃３→＃４→＃２の場合）。
排気マニホールド２０の他端には、集合管２２を介して排気管２８が接続されており、集合管２２は、＃１気筒及び＃４気筒（以下、＃１、＃４気筒群）からの排ガスが流通する集合管２２ａと＃２気筒及び＃３気筒（以下、＃２、＃３気筒群）からの排ガスが流通する集合管２２ｂの２本の管路（デュアル管路）から構成されている。
【００１７】
そして、集合管２２ａには、＃１、＃４気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒コンバータ（マニホールドキャタライザコンバータ、以下ＭＣＣと略す）２４が介装され、同様に、集合管２２ｂには、＃２、＃３気筒群に対応する上流側触媒コンバータとしてやはりセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含む三元触媒コンバータ（以下ＭＣＣと略す）２６が介装されている。このようにＭＣＣ２４、２６が集合管２２ａ及び集合管２２ｂに介装されていると、エンジン１に近い位置であることから、エンジン１が冷態状態であってもＭＣＣ２４、２６の早期活性化が図られ、運転状態に拘わらず排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を良好に浄化可能である。
【００１８】
ＭＣＣ２４の上流部分及びＭＣＣ２６の上流部分には、排気センサとして排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ（例えば、Ｏ２センサ、以下、フロントＡ／Ｆセンサという）２１ａ、２１ｂがそれぞれ設けられている。
さらに、集合管２２ａのＭＣＣ２４よりも下流部分及び集合管２２ｂのＭＣＣ２６の下流部分にも同様の空燃比センサ（以下、ミドルＡ／Ｆセンサという）２５、２７がそれぞれ設けられている。
【００１９】
排気管２８には、さらに、下流側触媒コンバータとして三元触媒コンバータ（アンダーフロアキャタライザコンバータ、以下ＵＣＣと略す）３０が介装されている。なお、当該ＵＣＣ３０もセリア（Ｃｅ）等の酸素吸蔵物質を含んでいる。
そして、排気管２８のＵＣＣ３０の上流部分には排気センサとして上記同様の空燃比センサ（以下、上流リヤＡ／Ｆセンサという）２９が、ＵＣＣ３０の下流部分にも同様の空燃比センサ（以下、下流リヤＡ／Ｆセンサという）３１が設けられている。
【００２０】
電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ６０の入力側には、上述したフロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂ、ミドルＡ／Ｆセンサ２５、２７、上流リヤＡ／Ｆセンサ２９、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１の他、クランク角センサ６２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６２によってクランク角が検出されると、当該クランク角に基づいて、現在の燃焼気筒が判別され、エンジン回転速度Ｎｅが求められる。
【００２１】
一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４や警告灯６２等の各種出力デバイスが接続されており、例えば、各Ａ／Ｆセンサからの検出情報に基づき燃焼順（＃１→＃３→＃４→＃２）に燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定されると、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃焼順に燃料噴射弁６に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁１４に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル８に出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁１４が適正な開度とされ、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２２】
また、燃焼Ａ／Ｆが設定されると、ＭＣＣ２４やＭＣＣ２６にそれぞれ流入する排気Ａ／Ｆは各Ａ／Ｆセンサからの検出情報に基づいてフィードバック制御される。詳しくは、排気Ａ／Ｆは、燃焼Ａ／Ｆを例えば気筒毎の所定周期で所定の振幅となるようリッチ空燃比側及びリーン空燃比側に繰り返し変調することによって変調させられ、平均空燃比が目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）となるように制御される（排気空燃比変調手段）。
【００２３】
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る触媒劣化判定の判定手法について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い本発明に係る触媒劣化判定の判定手順について詳細に説明する。
【００２４】
なお、本発明に係る触媒劣化判定は、基本的には、従来と同様にフィードバック制御を行って排気Ａ／Ｆを所定周期で変調させ、このときの触媒コンバータの酸素ストレージ能力の経時変化を監視することで触媒コンバータの劣化を判定するものであり、触媒劣化判定の基本作用等については上述した通りであり説明を省略する。
【００２５】
また、ここでは一例としてＭＣＣ２４の劣化判定を行うが、ＭＣＣ２６やＵＣＣ３０の劣化判定についても同様であり説明を省略する。
先ずステップＳ１０では、所定周期で空燃比変調を行っているか否かを判別する。ここでは、例えば上記フィードバック制御を行っているか否かを判別する。なお、フィードバック制御の代わりに別途定めた所定周期で空燃比変調を行ってもよく、この場合には当該別途定めた所定周期での空燃比変調を行っているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、空燃比変調が行われておらず劣化判定ができないため、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では、１周期間の触媒下流Ｏ２センサの出力振幅ΔＯ２（振幅相関値）を実測する。ここでは、ＭＣＣ２４下流のミドルＡ／Ｆセンサ２５の出力振幅ΔＯ２を実測する（触媒下流変調状態検出手段）。
ステップＳ１４では、１周期間の触媒上流Ｏ２センサの出力振幅、即ち最大振幅ΔＯ２ｍａｘ（振幅相関値）を推定する（触媒上流振幅相関値推定手段）。ここでは、例えばフロントＡ／Ｆセンサ２１ａの出力振幅を測定する。なお、ＭＣＣ２４の上流では排気Ａ／Ｆは燃焼Ａ／Ｆと殆ど同じと考えられるため、フィードバック制御の所定の振幅から最大振幅ΔＯ２ｍａｘを求めるようにしてもよい。
【００２７】
ステップＳ１６では、１周期間の触媒下流Ｏ２センサ出力が基準値Ｘ１以下となる期間、即ち触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎを実測する（図３参照）。ここでは、ミドルＡ／Ｆセンサ２５の出力が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側となる期間Ｔｌｅａｎを求める。なお、基準値Ｘ１は上記図３における値と同一であり、例えば、変動振幅中心値（例えば、理論空燃比）である。
【００２８】
そして、ステップＳ１８では、１周期間の触媒上流Ｏ２センサ出力が基準値Ｘ１以下となる期間、即ち触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎ０を推定する（図３参照）。ここでは、フロントＡ／Ｆセンサ２１ａの出力が基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側となる期間Ｔｌｅａｎ０を求める。なお、フィードバック制御の所定のリーン空燃比側にある期間から期間Ｔｌｅａｎ０を求めるようにしてもよい。
【００２９】
このように、出力振幅ΔＯ２、出力振幅ΔＯ２ｍａｘ、期間Ｔｌｅａｎ及び期間Ｔｌｅａｎ０が求められたら、ステップＳ２０において、劣化判定値ΔＯＳＣを次式（１）から算出する。
ΔＯＳＣ＝ΔＯ２×｛Ｔｌｅａｎ、Ｔｌｅａｎ０｝×ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘ …（１）
但し、｛Ｔｌｅａｎ、Ｔｌｅａｎ０｝は、Ｔｌｅａｎ０≧ＴｌｅａｎのときにはＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０であり、Ｔｌｅａｎ＞Ｔｌｅａｎ０のときにはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎである。また、ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘは重み係数である。
【００３０】
つまり、基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎの期間率相関値（変調デューティ）をＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎとして求め（触媒下流変調状態検出手段）、当該変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎと出力振幅ΔＯ２との積を求め、この積の値に重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算して劣化判定値ΔＯＳＣを求める。
【００３１】
このように、ＭＣＣ２４下流の変調デューティと出力振幅との積を求め、この積の値にさらに重み係数を乗算するようにして劣化判定値ΔＯＳＣを求めるようにすると、劣化大の場合と劣化中の場合に関しては、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、振幅は共に最大振幅ΔＯ２ｍａｘ近傍である一方で変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎについては劣化大の場合の方が大きくなるため、劣化判定値ΔＯＳＣは劣化大の場合の方が確実に大きくなり、劣化大と劣化中の劣化状況を良好に判別して劣化判定を行うことができ、さらに、振幅が最大振幅ΔＯ２ｍａｘ近傍になるまでの劣化小から劣化中の間に関しては、図３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算することにより排気空燃比の振幅ΔＯ２が大きいほど振幅ΔＯ２の影響度合いが大きくなるため、劣化判定値ΔＯＳＣは劣化小の場合よりも劣化中の場合の方が確実に大きくなり、劣化小と劣化中の劣化状況についても良好に判別して劣化判定を行うことができる。
【００３２】
つまり、重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算すると振幅ΔＯ２が二次関数的に効くことになるため、劣化小と劣化中との異なった劣化状況下、即ち変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎの値と振幅ΔＯ２の値とが異なっている劣化状況下において、たとえ変調デューティと出力振幅との積が同一であったとしても、振幅ΔＯ２の値が強調されることになり、劣化判定値ΔＯＳＣは振幅ΔＯ２の小さい劣化小の場合に比べて振幅ΔＯ２の大きい劣化中の場合の方が確実に大きくなり、故に劣化小と劣化中の劣化状況を良好に判別して劣化判定を正確に実施することが可能となる。
【００３３】
このように劣化判定値ΔＯＳＣが求められたら、ステップＳ２２において、当該劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大きいか否か、即ち、ＭＣＣ２４が所定の劣化状態に達しているか否かを判別する（劣化判定手段）。判別結果が真（Ｙｅｓ）で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大と判定された場合には、ステップＳ２４に進み、ＭＣＣ２４は劣化していると判定し、警告灯６２を点灯させる。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２以下と判定された場合には、ステップＳ２６に進み、ＭＣＣ２４は劣化していないと判定（劣化判定解除）し、警告灯６２を消灯状態とする。
【００３４】
好ましくは、ステップＳ２２で劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２よりも大と判定された場合には、この状態が所定時間継続した後に劣化と判定するのがよく、また、劣化判定値ΔＯＳＣが所定値Ｘ２以下と判定された場合には、この状態が所定時間継続した後に劣化していないと判定するのがよく、これにより劣化判定の精度がさらに向上する。
【００３５】
このように、本発明に係る触媒劣化判定では、劣化判定値ΔＯＳＣを劣化状況（劣化小〜劣化中〜劣化大）に応じて正確に求め、当該正確な劣化判定値ΔＯＳＣに基づいてＭＣＣ２４の劣化判定を行うようにしている。
従って、触媒劣化の誤判定が解消されることになり、排気浄化装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【００３６】
なお、上述したように、ＭＣＣ２６やＵＣＣ３０についても同様にして劣化判定値ΔＯＳＣを正確に求め、劣化判定を実施可能であるが、ＭＣＣ２６の劣化判定の場合には、ミドルＡ／Ｆセンサ２７が触媒下流Ｏ２センサに、フロントＡ／Ｆセンサ２１ｂが触媒上流Ｏ２センサに対応し、ＵＣＣ３０の劣化判定の場合には、下流リヤＡ／Ｆセンサ３１が触媒下流Ｏ２センサに、上流リヤＡ／Ｆセンサ２９が触媒上流Ｏ２センサに対応する。また、ＵＣＣ３０の劣化判定の場合には、触媒上流Ｏ２センサはミドルＡ／Ｆセンサ２７であってもよいし、フロントＡ／Ｆセンサ２１ａ、２１ｂであってもよい。
【００３７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＭＣＣ２４及びＭＣＣ２６を備えるとともにＵＣＣ３０を備えた装置構成としたが、排気通路に触媒コンバータを少なくとも一つ有していれば本発明を良好に適用可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、ＭＣＣ２４、ＭＣＣ２６、ＵＣＣ３０等の三元触媒コンバータの劣化を判定するようにしたが、劣化判定の対象は三元触媒コンバータに限られず、ＮＯｘ触媒コンバータ等如何なる触媒コンバータであってもよい。
また、上記実施形態では、ステップＳ１６において、触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎを実測し、ステップＳ１８において、触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリーン空燃比側にある期間Ｔｌｅａｎ０を推定するようにして変調デューティＴｌｅａｎ／Ｔｌｅａｎ０或いはＴｌｅａｎ０／Ｔｌｅａｎを求め、劣化判定を行うようにしたが、これに代えて、触媒下流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリッチ空燃比側にある期間Ｔｒｉｃｈを実測し、触媒上流の排気Ａ／Ｆが基準値Ｘ１よりもリッチ空燃比側にある期間Ｔｒｉｃｈ０を推定するようにして変調デューティＴｒｉｃｈ／Ｔｒｉｃｈ０或いはＴｒｉｃｈ０／Ｔｒｉｃｈを求め、劣化判定を行うようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、重み付けを重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘを乗算して行うようにしたが、重み付けは振幅ΔＯ２が強調されるものであれば重み係数ΔＯ２／ΔＯ２ｍａｘに限られるものではなく、乗算に限らず２次以上の乗算或いは加算するような構成であってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン１は吸気管噴射型ガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等如何なるエンジンであってもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、空燃比センサとして例えばＯ２センサを用いるようにしたがリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）とに基づいて触媒コンバータの劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み付けをすることにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が強調され、触媒コンバータの劣化状況を確実に判別可能となる。これにより、触媒コンバータの劣化を正確に判定することができる。
【００４２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒コンバータ下流における排気空燃比の振幅相関値と期間率相関値（変調デューティ）との積に基づいて触媒コンバータの劣化判定を行うことにより、振幅相関値だけで劣化判定を行う場合に比べて触媒コンバータの劣化状況（特に劣化中〜劣化大）を比較的良好に検出可能となるが、さらに期間率相関値よりも振幅相関値の影響度合いの方が大きくなるよう振幅相関値に重み係数（重み係数＝触媒コンバータの下流の振幅相関値／触媒コンバータの上流の振幅相関値）を乗算することにより、特に振幅相関値が最大振幅値となるまでの間、即ち振幅相関値が劣化状況に略比例して増加する状況（劣化小〜劣化中）において振幅相関値が大であるほど強調され、触媒コンバータの劣化状況を確実に判別可能となる。これにより、触媒コンバータの劣化を容易にして正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る触媒劣化判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】触媒コンバータ下流において検出される排気空燃比の出力波形であって、触媒コンバータが劣化小（ａ）、劣化中（ｂ）、劣化大（ｃ）である場合をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２１ａ フロントＡ／Ｆセンサ
２１ｂ フロントＡ／Ｆセンサ
２４ 三元触媒コンバータ（ＭＣＣ）
２５ ミドルＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
２６ 三元触媒コンバータ（ＭＣＣ）
２７ ミドルＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
２９ 上流リヤＡ／Ｆセンサ
３０ 三元触媒コンバータ（ＵＣＣ）
３１ 下流リヤＡ／Ｆセンサ（排気センサ）
６０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に配設された触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに流入する排気空燃比を所定周期で変調させる排気空燃比変調手段と、
前記触媒コンバータの下流に位置して設けられ、排気空燃比を検出する排気センサと、
前記排気センサからの出力情報に基づき、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比の振幅相関値を求めるとともに、前記触媒コンバータの下流における排気空燃比が基準値よりもリーン空燃比側にある期間またはリッチ空燃比側にある期間の期間率相関値を求める触媒下流変調状態検出手段と、
前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記振幅相関値と前記期間率相関値とに基づき前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記劣化判定手段は、前記期間率相関値よりも前記振幅相関値の影響度合いが大きくなるよう前記振幅相関値に重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - さらに、前記触媒コンバータの上流における排気空燃比の振幅相関値を推定する触媒上流振幅相関値推定手段を備え、
前記劣化判定手段は、前記触媒下流変調状態検出手段により求められた前記触媒コンバータの下流の振幅相関値を前記触媒上流振幅相関値推定手段により推定された前記触媒コンバータの上流の振幅相関値で除して重み係数を求め、該重み係数を前記下流の振幅相関値と前記期間率相関値との積に乗算することにより重み付けをして前記触媒コンバータの劣化を判定することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
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