JP2004044450A - 触媒劣化判定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有害成分の排出量を極力低減しつつ比較的短期間で触媒劣化判定に必要な最大酸素吸蔵量を推定し得る触媒劣化判定方法を提供すること。
【解決手段】この触媒劣化判定方法は、機関の空燃比を、時刻t1〜t3にて所定のリーン空燃比に制御し、第1触媒及びその下流の第2触媒の酸素吸蔵量をそれぞれ最大酸素吸蔵量に到達せしめる。次いで、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリッチに変化する時刻t4まで、前記空燃比を第1,第2触媒からなる触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比に制御し、第1触媒の最大酸素吸蔵量CSCmaxを推定する。次に、第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリッチに変化する時刻t5まで、前記空燃比を前記触媒装置の劣化度に応じて狭くなる同触媒装置の現時点でのウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に制御し、第2触媒の最大酸素吸蔵量CUFmaxを推定する。
【選択図】 図5

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒が劣化したか否かを判定するための触媒劣化判定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気ガスを浄化するための三元触媒(本明細書においては、単に「触媒」と云うこともある。)が、同機関の排気通路に配設されているこの三元触媒は、未燃成分(HC,CO)を酸化する機能(酸化機能)と窒素酸化物(NOx)を還元する機能(還元機能)を有し、この酸化還元機能により上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。
【0003】
このような触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率は、機関の空燃比が理論空燃比近傍に近づくにつれて高くなることが知られており、機関の空燃比を理論空燃比を含んだ所定の幅(以下、「ウインドウ幅」と称呼する。)内に維持すれば同浄化効率を所定の高い値以上に維持することができる。
【0004】
更に、三元触媒は、流入するガスの空燃比がリッチである場合に貯蔵している酸素によりHC,CO等の未燃成分を酸化する機能(酸素放出機能)と、流入するガスの空燃比がリーンである場合に窒素酸化物(NOx)を還元して同NOxから奪った酸素を内部に貯蔵する機能(酸素吸蔵機能)を有している。この酸素吸蔵放出機能により、三元触媒は、機関の空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。従って、三元触媒が貯蔵し得る酸素量(以下、「酸素吸蔵量」と称呼する。)の最大値(以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。)が大きいほど、三元触媒の浄化能力は高くなる。
【0005】
一方、触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、触媒の劣化が進行するほど最大酸素吸蔵量は低下する。従って、触媒の最大酸素吸蔵量が推定できれば、同推定した最大酸素吸蔵量に基いて同触媒が劣化したか否かを判定することができる。
【0006】
特開平5−133264号公報の触媒劣化度検出装置は、このような知見に基いてなされたものであって、機関の空燃比をリーンな空燃比から所定のリッチ空燃比(又は、リッチな空燃比から所定のリーン空燃比)に強制的に変化させ、その際における触媒下流に配置した空燃比センサの出力の変化に基いて同触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、同推定した最大酸素吸蔵量に基いて同触媒の劣化度を検出するようになっている。
【0007】
より具体的に述べると、上記開示された装置は、触媒上流の空燃比をリーンな空燃比に制御して酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量としておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリッチ空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が「0」となって触媒下流の空燃比センサの出力がリッチへと変化(以下、同出力がリッチへと変化する時点のことを「空燃比センサ出力リッチ反転時」と称呼する。)するまでの時間と同触媒内で単位時間当りに放出(消費)された酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を推定する(以下、この推定方法を「リッチ空燃比による推定方法」と称呼する。)。或いは、触媒上流の空燃比をリッチな空燃比に制御して触媒の酸素吸蔵量を「0」にしておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリーン空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量以上となって触媒下流の空燃比センサの出力がリーンへと変化(以下、同出力がリーンへと変化する時点のことを「空燃比センサ出力リーン反転時」と称呼する。)するまでの時間と同触媒に単位時間当りに流入した酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を推定する(以下、この推定方法を「リーン空燃比による推定方法」と称呼する。)。即ち、この装置は、触媒下流の空燃比センサの出力変化と、前記所定のリーン空燃比、又は前記所定のリッチ空燃比とを少なくとも利用して最大酸素吸蔵量を求めるのである。
【0008】
上述したリッチ空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、上記所定のリッチ空燃比の混合気の供給は上記空燃比センサ出力リッチ反転時まで継続される。この場合、空燃比センサ出力リッチ反転時にて触媒の最大酸素吸蔵量は推定されるから、もはや触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に維持する必要はない。また、この空燃比センサ出力リッチ反転時の直後において、触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に維持すると、触媒の酸素吸蔵量は「0」となっており同触媒の酸素放出機能が働かないから、未燃のCO,HCが排出され易くなる。従って、空燃比センサ出力リッチ反転後においては、触媒上流の空燃比を理論空燃比とするか、或いは、再度、最大酸素吸蔵量を推定する必要があるなどの場合、同触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比とすることが好適である。
【0009】
しかしながら、空燃比センサ出力リッチ反転時には、内燃機関の排気ポートから触媒下流空燃比センサまでの排気通路及び触媒が形成する空間内に所定のリッチ空燃比のガスが充填されている。この場合、所定のリッチ空燃比が上記ウインドウ幅の下限値よりも大きく下回っているリッチ空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる未燃CO,HCの量が多く、また、触媒の酸素放出機能が働かない状態であってかつ同触媒の酸化機能による未燃CO,HCの浄化効率も低下しているので、空燃比センサ出力リッチ反転後における触媒上流の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比としても、同空燃比センサ出力リッチ反転時の直後において未燃CO,HCが大量に大気中に排出されてしまう。
【0010】
従って、上述したリッチ空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合には、空燃比センサ出力リッチ反転時の直後における未燃CO,HCの排出量を低減するため上記所定のリッチ空燃比を理論空燃比よりもリッチであってウインドウ幅の下限値以上の空燃比に設定することが好適である。
【0011】
同様に、上述したリーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、上記所定のリーン空燃比の混合気の供給は上記空燃比センサ出力リーン反転時まで継続される。この場合、空燃比センサ出力リーン反転時にて触媒の最大酸素吸蔵量は推定されるから、もはや触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に維持する必要はない。また、この空燃比センサ出力リーン反転時の直後において、触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に維持すると、触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量となっており同触媒の酸素吸蔵機能が働かないから、窒素酸化物NOxが排出され易くなる。従って、空燃比センサ出力リーン反転後においては、触媒上流の空燃比を理論空燃比とするか、或いは、再度、最大酸素吸蔵量を推定する必要があるなどの場合、同触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比とすることが好適である。
【0012】
しかしながら、空燃比センサ出力リーン反転時には、内燃機関の排気ポートから触媒下流空燃比センサまでの排気通路及び触媒が形成する空間内に所定のリーン空燃比のガスが充填されている。この場合、所定のリーン空燃比が上記ウインドウ幅の上限値よりも大きく上回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる窒素酸化物NOxの量が多く、また、触媒の酸素吸蔵機能が働かない状態であってかつ同触媒の還元機能による窒素酸化物NOxの浄化効率も低下しているので、空燃比センサ出力リーン反転後における触媒上流の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比としても、同空燃比センサ出力リーン反転時の直後において窒素酸化物NOxが大量に大気中に排出されてしまう。
【0013】
従って、上述したリーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合には、空燃比センサ出力リーン反転時の直後における窒素酸化物NOxの排出量を低減するため上記所定のリーン空燃比を理論空燃比よりもリーンであってウインドウ幅の上限値以下の空燃比に設定することが好適である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒の劣化が進行するほど、最大酸素吸蔵量が低下するのみならず、同一空燃比に対する同触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率(酸化還元能力)も低下し同触媒のウインドウ幅も狭くなることが知られている。また、触媒の温度によっても同一空燃比に対する同触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率及び同触媒のウインドウ幅が変化することが知られている。
【0015】
従って、ウインドウ幅が一定であり、且つ、上記所定のリッチ空燃比が同ウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の一定の空燃比又は上記所定のリーン空燃比が同ウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の一定の空燃比であるものとして上記リッチ空燃比による推定方法又は上記リーン空燃比による推定方法により触媒の最大酸素吸蔵量を推定すると、触媒の劣化が進行したとき所定のリッチ空燃比又は所定のリーン空燃比がウインドウ幅から外れた空燃比となり、触媒下流空燃比センサの出力反転時の直後における有害成分の排出量を低減することができなくなるという問題がある。
【0016】
これに対し、所定のリッチ空燃比又は所定のリーン空燃比を予め理論空燃比に近い空燃比として設定すれば、触媒下流空燃比センサの出力反転時の直後における有害成分の排出量を低減できるが、これでは、触媒上流の空燃比を所定のリッチ空燃比又はリーン空燃比に制御し始めてから触媒下流空燃比センサの出力反転時までの時間(即ち、触媒の最大酸素吸蔵量を算出するための期間)が長くなってしまうという問題がある。
【0017】
従って、本発明の目的は、有害成分の排出量を極力低減しつつ比較的短期間で最大酸素吸蔵量を推定し、同最大酸素吸蔵量に基いて触媒が劣化したか否かを判定することが可能な触媒劣化判定方法を提供することにある。
【0018】
【本発明の概要】
上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する劣化指標値を取得し、前記触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。
【0019】
次いで、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更されるリッチ空燃比に制御し、前記触媒上流の空燃比が前記リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、前記リッチ空燃比のガスにより放出(消費)される酸素量に基いて触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【0020】
そして、前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する。ここにおいて、「酸化還元能力指標値」は、触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値又は同触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値であることが好適であるが、例えば、触媒の上流側空燃比センサの出力が描く軌跡長と同触媒の下流側空燃比センサの出力が描く軌跡長との比(軌跡比)であってもよく、これらに限定されない。
【0021】
これによれば、酸化還元能力指標値が示す触媒の酸化還元能力の程度(例えば、触媒の劣化の程度)に応じて前記リッチ空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、触媒の劣化が進行するほど触媒のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、触媒の劣化の程度に拘わらず前記リッチ空燃比を触媒のウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に維持することができる。
【0022】
この結果、触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点の直後における触媒の酸化機能による未燃CO,HCの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における未燃CO,HCの排出量が極力低減され得るとともに、前記リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、前記リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間が短縮され得る。
【0023】
ところで、内燃機関の始動直後の排気ガスを浄化するとするとともに、完全暖機後の排気浄化性能を一層向上するため、機関の排気通路にスタート・コンバータと云われる比較的小容量の第1触媒を配設するともに、第1触媒よりも下流の排気通路にアンダ・フロア・コンバータと云われる比較的容量の大きい第2触媒を配設する構成が採用されることがある。この場合、第1触媒は第2触媒に比べて機関の排気ポートに近い位置に配設され、温度の高い排気ガスが流入するから、始動から短期間内に暖機されて良好な排気浄化機能を発揮する。一方、第2触媒は、第1触媒よりも暖機に要する時間が長いが、その容量が大きいことから、一旦暖機した後においては優れた排気浄化機能を発揮する。
【0024】
このように第1触媒と第2触媒が内燃機関の排気通路に直列に配設される場合、本発明の第2の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された第1触媒と、前記第1触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第1触媒下流空燃比センサと、前記第1触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒と、前記第2触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記第1触媒の酸化還元能力の程度、及び/又は前記第2触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記第1触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、前記第2触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記第1触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。
【0025】
次いで、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチな第1リッチ空燃比に制御し、その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記劣化指標値に応じて変更される第2リッチ空燃比に制御する。
【0026】
そして、前記第1触媒上流の空燃比が前記第1リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第1リッチ空燃比のガスにより放出(消費)される酸素量に基いて第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。また、前記第1触媒上流の空燃比が前記第2リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第2リッチ空燃比のガスにより放出(消費)される酸素量に基いて第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【0027】
そして、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第1触媒及び前記第2触媒のうちの少なくとも一つ及び/又は同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する。
【0028】
この場合、上記本発明の第2の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第2触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒が劣化しているか否かを判定することに加えて前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第2触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒及び前記第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定することの任意の一つ、又は一つ以上を行うように構成されることが好適である。
【0029】
また、「酸化還元能力指標値」は、前記第1触媒の劣化の程度及び/又は前記第2触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値、又は同第1触媒の温度及び/又は同第2触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記第1触媒の最大酸素吸蔵量、及び/又は既に推定されている前記第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値(例えば、上記方法により既に推定されている前記第1触媒の最大酸素吸蔵量と既に推定されている前記第2触媒の最大酸素吸蔵量との和の値)であることが好適であるが、これらに限定されない。また、前記第1リッチ空燃比は、例えば、前記第2リッチ空燃比と同一の空燃比であってもよい。
【0030】
これによれば、第1触媒が吸蔵している酸素を消費し尽くした時点を第1触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第1触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができ、また、第2触媒が吸蔵している酸素を消費し尽くした時点を第2触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第2触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができる。
【0031】
また、上記した本発明の第1の特徴に係る触媒劣化判定方法と同様、酸化還元能力指標値が示す第1触媒の酸化還元能力の程度及び/又は第2触媒の酸化還元能力の程度(例えば、第1触媒の劣化の程度及び/又は第2触媒の劣化の程度)に応じて第2リッチ空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、第1,第2触媒の劣化が進行するほど同第1,第2触媒の各々のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、第1,第2触媒の劣化の程度に拘わらず第2リッチ空燃比を同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置としてのウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に維持することができる。
【0032】
この結果、第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点の直後における前記触媒装置の酸化機能による未燃CO,HCの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における未燃CO,HCの排出量が極力低減され得るとともに、第2リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、同第2リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して第2触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間(従って、第1触媒及び第2触媒の最大酸素吸蔵量算出期間)が短縮され得る。
【0033】
上記した本発明の第2の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記第1リッチ空燃比が、前記第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比(即ち、理論空燃比よりもリッチな空燃比であって第2リッチ空燃比よりも理論空燃比から外れた空燃比)に設定されることが好適である。
【0034】
第1触媒上流の空燃比が第1リッチ空燃比に制御されている期間においては、第1触媒の酸素が同第1触媒に流入する未燃CO,HCの酸化のために消費されることにより、同第1触媒の酸素吸蔵量は時間の経過とともに最大酸素吸蔵量から減少するものの同期間の終了時点までは残存している。一方、この期間の終了時点である第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点までは、第1触媒からリッチ空燃比のガスが流出し始めていないので、第2触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量のまま維持されている。
【0035】
従って、例えば、第1リッチ空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の下限値よりある程度下回った空燃比に設定しても、第1触媒上流の空燃比が同第1リッチ空燃比に制御されている期間においては、第1触媒に流入する未燃CO,HCは第1触媒及び第2触媒の酸素放出機能により浄化され、大気中に排出されることはない。
【0036】
そこで、上記構成のように、第1リッチ空燃比を第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定するように構成すれば、第1リッチ空燃比が第2リッチ空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第1触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間(従って、第1触媒及び第2触媒の最大酸素吸蔵量算出期間)が短縮され得る。
【0037】
本発明の第3の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。
【0038】
次いで、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更されるリーン空燃比に制御し、前記触媒上流の空燃比が前記リーン空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、前記リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【0039】
そして、前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する。ここにおいて、「酸化還元能力指標値」は、触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値又は同触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値であることが好適であるが、例えば、触媒の上流側空燃比センサの出力が描く軌跡長と同触媒の下流側空燃比センサの出力が描く軌跡長との比(軌跡比)であってもよく、これらに限定されない。
【0040】
これによれば、酸化還元能力指標値が示す触媒の酸化還元能力の程度(例えば、触媒の劣化の程度)に応じて前記リーン空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、触媒の劣化が進行するほど触媒のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、触媒の劣化の程度に拘わらず前記リーン空燃比を触媒のウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に維持することができる。
【0041】
この結果、触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点の直後における触媒の還元機能による窒素酸化物NOxの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における窒素酸化物NOxの排出量が極力低減され得るとともに、前記リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、前記リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間が短縮され得る。
【0042】
また、先に説明したように、第1触媒と第2触媒が内燃機関の排気通路に直列に配設される場合、本発明の第4の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、内燃機関の排気通路に配設された第1触媒と、前記第1触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第1触媒下流空燃比センサと、前記第1触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒と、前記第2触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒下流空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とし、先ず、前記第1触媒の酸化還元能力の程度、及び/又は前記第2触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、前記第1触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、前記第2触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記第1触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。
【0043】
次いで、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンな第1リッチ空燃比に制御し、その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第2リーン空燃比に制御する。
【0044】
そして、前記第1触媒上流の空燃比が前記第1リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第1リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。また、前記第1触媒上流の空燃比が前記第2リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。つまり、第2リーン空燃比のガス中の酸素量に基いて第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定する。
【0045】
そして、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第1触媒及び前記第2触媒のうちの少なくとも一つ及び/又は同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する。
【0046】
この場合、上記本発明の第4の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第2触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒が劣化しているか否かを判定することに加えて前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第2触媒が劣化しているか否かを判定すること、前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記第1触媒及び前記第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定することの任意の一つ、又は一つ以上を行うように構成されることが好適である。
【0047】
また、「酸化還元能力指標値」は、前記第1触媒の劣化の程度及び/又は前記第2触媒の劣化の程度に応じて変化する劣化指標値、又は同第1触媒の温度及び/又は同第2触媒の温度に応じて変化する値であることが好適であり、さらには、上記方法により既に推定されている前記第1触媒の最大酸素吸蔵量、及び/又は既に推定されている前記第2触媒の最大酸素吸蔵量に基いた値(例えば、上記方法により既に推定されている前記第1触媒の最大酸素吸蔵量と既に推定されている前記第2触媒の最大酸素吸蔵量との和の値)であることが好適であるが、これらに限定されない。また、前記第1リッチ空燃比は、例えば、前記第2リッチ空燃比と同一の空燃比であってもよい。
【0048】
これによれば、第1触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達した時点を第1触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第1触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができ、また、第2触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達した時点を第2触媒下流空燃比センサの出力変化により確実に検知できるので、第2触媒の最大酸素吸蔵量を精度良く推定することができる。
【0049】
また、上記した本発明の第3の特徴に係る触媒劣化判定方法と同様、酸化還元能力指標値が示す第1触媒の酸化還元能力の程度及び/又は第2触媒の酸化還元能力の程度(例えば、第1触媒の劣化の程度及び/又は第2触媒の劣化の程度)に応じて第2リッチ空燃比を変更し得る。また、先に述べたように、第1,第2触媒の劣化が進行するほど同第1,第2触媒の各々のウインドウ幅は狭くなる。従って、例えば、第1,第2触媒の劣化の程度に拘わらず第2リーン空燃比を同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置としてのウインドウ幅内であって同ウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に維持することができる。
【0050】
この結果、第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点の直後における前記触媒装置の還元機能による窒素酸化物NOxの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同時点の直後における窒素酸化物NOxの排出量が極力低減され得るとともに、第2リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定され、同第2リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して第2触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間(従って、第1触媒及び第2触媒の最大酸素吸蔵量算出期間)が短縮され得る。
【0051】
上記した本発明の第4の特徴に係る触媒劣化判定方法においては、前記第1リーン空燃比が、前記第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比(即ち、理論空燃比よりもリーンな空燃比であって第2リーン空燃比よりも理論空燃比から外れた空燃比)に設定されることが好適である。
【0052】
第1触媒上流の空燃比が第1リーン空燃比に制御されている期間においては、第1触媒に酸素を含むガスが流入することにより、同第1触媒の酸素吸蔵量は時間の経過とともに「0」から増加するものの同期間の終了時点までは最大酸素吸蔵量に達していない。一方、この期間の終了時点である第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点までは、第1触媒からリーン空燃比のガスが流出し始めていないので、第2触媒の酸素吸蔵量は「0」のまま維持されている。
【0053】
従って、例えば、第1リーン空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の上限値よりある程度上回った空燃比に設定しても、第1触媒上流の空燃比が同第1リーン空燃比に制御されている期間においては、第1触媒に流入する窒素酸化物NOxは第1触媒及び第2触媒の酸素吸蔵機能により浄化され、大気中に排出されることはない。
【0054】
そこで、上記のように、第1リーン空燃比を第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定するように構成すれば、第1リーン空燃比が第2リーン空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第1触媒の最大酸素吸蔵量の算出期間(従って、第1触媒及び第2触媒の最大酸素吸蔵量算出期間)が短縮され得る。
【0055】
また、上記した本発明による触媒劣化判定方法において、同触媒劣化判定方法が適用される内燃機関の排気浄化装置が、前記触媒又は前記第1触媒よりも上流の前記排気通路に配設された触媒上流空燃比センサと、前記触媒上流空燃比センサの異常を検出する触媒上流空燃比センサ異常検出手段とを備えるときには、前記触媒又は前記第1触媒及び前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定するにあたり、前記触媒上流空燃比センサの出力に基いて同触媒又は同第1触媒及び同第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて判定対象である触媒が劣化しているという判定をすべき状態にあり、且つ前記触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には同触媒が劣化しているという判定を行わず、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて前記判定対象である触媒が劣化していないという判定をすべき状態にある場合には同触媒上流空燃比センサの異常が検出されているか否かに拘わらず同触媒が劣化していないという判定を行うように構成されることが好適である。
【0056】
触媒上流空燃比センサの出力に基いて前記触媒又は第1触媒及び第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定する場合、即ち、同触媒上流空燃比センサが検出するガスの空燃比が理論空燃比であるときの同触媒上流空燃比センサの出力値(以下、「理論空燃比時出力値」と称呼する。)からの同触媒上流空燃比センサのその時点での出力値の偏移量によりリッチ空燃比のガスにより放出される酸素量、又はリーン空燃比のガス中の酸素量を算出することにより各最大酸素吸蔵量を推定する場合、同触媒上流空燃比センサが異常となると、正確な最大酸素吸蔵量が得られなくなる。このため、触媒上流空燃比センサ異常検出手段により触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合、かかる推定された最大酸素吸蔵量に基いて触媒の劣化判定を行うと、正確な触媒劣化判定結果が得られない可能性がある。
【0057】
ところが、一般に、空燃比センサ(所謂濃淡電池式酸素センサや所謂限界電流式酸素センサ)の劣化が進行すると、同空燃比センサが検出するガスの実際の空燃比の変化に対する同空燃比センサの出力の変化量が減少する傾向がある。即ち、空燃比センサが検出するガスの実際の空燃比の理論空燃比からの偏移量に対する同空燃比センサの出力値の理論空燃比時出力値からの偏移量が減少する傾向がある。換言すれば、上記触媒上流空燃比センサの劣化が進行するに従って(上記触媒上流空燃比センサが異常となると)、同触媒上流空燃比センサの出力に基いて推定される触媒の最大酸素吸蔵量が同触媒の実際の最大酸素吸蔵量よりも小さく算出される。
【0058】
従って、判定対象である触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が所定の劣化判定基準値以下か否かに基いて同触媒が劣化しているか否かを判定する場合、仮に、触媒上流空燃比センサの異常が検出されているときであっても、同触媒上流空燃比センサの出力に基いて推定された触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が同劣化判定基準値を超える値となっていれば、触媒の実際の最大酸素吸蔵量を示す値は同劣化判定基準値よりも十分大きく同触媒が劣化していないという判定が正確になされ得る。一方、触媒上流空燃比センサの異常が検出されているとき、前記推定された触媒の最大酸素吸蔵量を示す値が同劣化判定基準値以下の値となっていれば、触媒の実際の最大酸素吸蔵量を示す値と前記劣化判定基準値との大小関係が不明となり正確な触媒劣化判定結果が得られない。
【0059】
そこで、上記のように構成すれば、仮に触媒上流空燃比センサの劣化が進行しており同触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合であっても判定対象である触媒が劣化していないという判定はなされるので、同判定対象である触媒が劣化していないという判定結果が得られている間は同触媒上流空燃比センサを交換する必要がなく同触媒上流空燃比センサの交換時期を遅らせることができる。また、触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には判定対象である触媒が劣化しているという判定が行われないので、同判定対象である触媒が劣化したか否かが判定される際、誤判定がなされることが防止され得る。
【0060】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による触媒劣化判定方法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施形態に係る触媒劣化判定方法を実施する排気浄化装置(触媒劣化判定装置)を火花点火式多気筒(4気筒)内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。
【0061】
この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排気ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
【0062】
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23、及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21とピストン22のヘッドは、シリンダヘッド部30とともに燃焼室25を形成している。
【0063】
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置33、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38、及び燃料を吸気ポート31内に噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)39を備えている。
【0064】
吸気系統40は、吸気ポート31に連通し同吸気ポート31とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁43、スロットル弁駆動手段を構成するDCモータからなるスロットル弁アクチュエータ43a、スワールコントロールバルブ(以下、「SCV」と称呼する。)44、及びDCモータからなるSCVアクチュエータ44aを備えている。
【0065】
排気系統50は、排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51に接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52、エキゾーストパイプ52に配設(介装)された上流側の第1触媒(上流側三元触媒、又はスタート・コンバータとも云う。)53、及び第1触媒53の下流のエキゾーストパイプ52に配設(介装)された第2触媒(下流側三元触媒、又は、車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・コンバータとも云う。)54を備えている。排気ポート34、エキゾーストマニホールド51、及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。
【0066】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、水温センサ65、第1触媒53の上流の排気通路に配設された空燃比センサ66(以下、「最上流空燃比センサ」と称呼する。)、第1触媒53の下流であって第2触媒54の上流の排気通路に配設された空燃比センサ67(以下、「第1触媒下流空燃比センサ67」と称呼する。)、第2触媒54の下流の排気通路に配設された空燃比センサ68(以下、「第2触媒下流空燃比センサ68」と称呼する。)、及びアクセル開度センサ69を備えている。
【0067】
熱線式エアフローメータ61は、吸気管41内を流れる吸入空気の質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ61の出力Vgと、計測された吸入空気量(流量)AFMとの関係は、図2に示したとおりである。スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁43の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ63は、インテークカムシャフトが90°回転する毎に(即ち、クランク軸24が180°回転する毎に)一つのパルスを有する信号(G2信号)を発生するようになっている。クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ65は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【0068】
最上流空燃比センサ66は所謂限界電流式酸素センサであって、図3に実線で示したように、空燃比A/Fに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧vabyfsを出力するようになっている。図3から明らかなように、最上流空燃比センサ66によれば、広範囲にわたる空燃比A/Fを精度良く検出することができる。
【0069】
第1触媒下流空燃比センサ67、及び第2触媒下流空燃比センサ68は所謂所謂濃淡電池式酸素センサであって、図4に示したように、理論空燃比において急変する電圧Voxs1,Voxs2をそれぞれ出力するようになっている。より具体的に述べると、第1,第2触媒下流空燃比センサ67,68は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略0.1(V)、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略0.9(V)、及び空燃比が理論空燃比のときは略0.5(V)の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ69は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量を検出し、同アクセルペダル81の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【0070】
更に、このシステムは電気制御装置70を備えている。電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、CPU71が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、及びADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース75は、前記センサ61〜69と接続され、CPU71にセンサ61〜69からの信号を供給するとともに、同CPU71の指示に応じて可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、イグナイタ38、インジェクタ39、スロットル弁アクチュエータ43a、及びSCVアクチュエータ44aに駆動信号を送出するようになっている。
【0071】
(触媒劣化判定の原理)
ところで、第1,第2触媒53,54等の三元触媒は、未燃成分(HC,CO)を酸化する機能(酸化機能)と窒素酸化物(NOx)を還元する機能(還元機能)を有し、この酸化還元機能により上記未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。この触媒の酸化還元機能による有害成分の浄化効率は、機関の空燃比が理論空燃比近傍に近づくにつれて高くなり、機関の空燃比を理論空燃比を含んだウインドウ幅内に維持すれば同浄化効率を所定の高い値以上に維持することができる。
【0072】
更に、三元触媒は、酸素吸蔵放出機能を有し、この酸素吸蔵放出機能により空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、HC,CO、及びNOxを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって三元触媒に流入するガスにNOxが多量に含まれると、三元触媒は酸素吸蔵機能によりNOxから酸素分子を奪ってNOxを還元してNOxを浄化するとともに、その酸素を吸蔵する。また、機関の空燃比がリッチになって三元触媒に流入するガスにHC,COが多量に含まれると、三元触媒は酸素放出機能によりこれらに吸蔵していた酸素を与えて酸化し、これによりHC,COを浄化する。
【0073】
従って、三元触媒が連続的に流入する多量のHC,COを効率的に浄化するためには、同三元触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のNOxを効率的に浄化するためには、三元触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。
【0074】
以上のことから明らかなように、三元触媒の浄化能力は、その三元触媒が貯蔵(吸蔵)し得る最大の酸素量である最大酸素吸蔵量に依存する。ところが、三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化するから、次第に最大酸素吸蔵量が低下してくる。換言すると、第1,第2触媒53,54の各々の最大酸素吸蔵量を推定することができれば、同第1,第2触媒53,54の各々が劣化しているか否かを判定することができる。また、これらの判定結果の組合せに基づけば、第1,2触媒53,54を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化しているか否かも判定することができる。
【0075】
このため、本実施形態の触媒劣化判定装置は、以下に説明するように、第1触媒53の上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比(又は、その逆)に強制的に変化させることにより第1,第2触媒53,54の各々の最大酸素吸蔵量を推定する。このとき、先に説明したように、第1触媒53の上流の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比(又は、その逆)に切換えた直後に上記有害成分が排出され易くなるため、この時点での有害成分の排出を低減する必要がある。また、酸素吸蔵量を推定するために必要な期間は短い方がよい。
【0076】
以上の要求に基き、本装置は、図5のタイムチャートに示したように、有害成分の排出量を極力低減しつつ、且つ比較的短期間で第1,第2触媒53,54の各々の最大酸素吸蔵量を推定する。即ち、先ず、本装置は図5(A)に示したように、時刻t1にて第1触媒53の上流のガスの空燃比(実際には、機関が吸入する混合気の空燃比であり、以下、単に「第1触媒上流空燃比」と云うこともある。)を理論空燃比よりもリーンな所定の第1リーン空燃比に制御する。この第1リーン空燃比は、第1,2触媒53,54を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比に設定されている。
【0077】
これにより、第1触媒53にリーンな空燃比のガスが流入するから、図5(C)に示したように、第1触媒53の酸素吸蔵量は次第に増大し、時刻t2にて最大酸素吸蔵量CSCmaxに達する。この結果、時刻t2にて、第1触媒53から酸素を含むガス(リーン空燃比のガス)が流出し始め、図5(B)に示したように、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻t1〜t2間の作動を第1モード(Mode=1)における作動と呼ぶ。
【0078】
時刻t2にて、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は、第1モード(Mode=1)終了時点における(第1触媒上流空燃比が第1リーン空燃比に制御されている状態における)最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値を変数vabyfsLに格納した後、第1触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンであるが前記第1リーン空燃比よりもリッチな第2リーン空燃比に制御する(図5(A)を参照)。
【0079】
この第2リーン空燃比は、本装置により前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmaxの値と第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxの値との和である触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値(劣化指標値)に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が大きいほど前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に近づくように(大きく)、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が小さくなるほど(第1触媒53及び第2触媒54(触媒装置)の劣化が進行するほど)理論空燃比に近づくように(小さく)設定される。この結果、第2リーン空燃比は、前記触媒装置の劣化度に応じて狭くなる同触媒装置のその時点におけるウインドウ幅の上限値近傍の空燃比になるように設定される。
【0080】
これにより、第1触媒53にリーンな空燃比のガスが流入し、しかも、第1触媒53の酸素吸蔵量は最大となっていて同第1触媒53は酸素を吸蔵することができない状態にあるから、同第1触媒53から酸素を含むガスが流出し続ける。この結果、図5(E)に示したように、時刻t2以降において第2触媒54の酸素吸蔵量は次第に増大し、時刻t3にて最大酸素吸蔵量CUFmaxに達する。この結果、時刻t3にて、第2触媒54から酸素を含むガスが流出し始め、図5(D)に示したように、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。なお、時刻t2〜t3間の作動を第2モード(Mode=2)における作動と呼ぶ。
【0081】
以上のように、第1,第2モード(Mode=1,Mode=2)においては、第1触媒53が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、第2触媒54が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように同第1触媒53の上流の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される。
【0082】
時刻t3にて、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は第1触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな第1リッチ空燃比に制御する。この第1リッチ空燃比は、第1,2触媒53,54を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比に設定されている。
【0083】
これにより、第1触媒53にリッチな空燃比のガスが流入するため、第1触媒53の酸素が同第1触媒53に流入する未燃HC,COの酸化のために消費される。これにより、第1触媒53の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量CSCmaxから減少して行く。そして、時刻t4になると、第1触媒53の酸素吸蔵量は「0」となるから、第1触媒53からリッチ空燃比のガスが流出し始め、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する。この時刻t3〜t4間の作動を第3モード(Mode=3)における作動と呼ぶ。
【0084】
本装置は、かかる時刻t3〜t4間において、以下のようにして第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmaxを最大酸素吸蔵量CSCmax3として推定する。即ち、第1触媒上流空燃比を第1リッチ空燃比に設定した時刻t3から、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1がリッチを示す値に変化する時刻t4までの間、下記数1、及び下記数2に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻t4での積算値を最大酸素吸蔵量CSCmax3として算出する。
【0085】
【数1】
ΔO2=0.23・mfr・(stoich − abyfs)
【0086】
【数2】
CSCmax3=ΣΔO2(区間t=t3〜t4)
【0087】
上記数1において、値「0.23」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。mfrは所定時間(計算周期tsample)内の燃料噴射量Fiの合計量であり、stoichは理論空燃比(例えば、14.7)である。abyfsは所定時間tsampleにおいて最上流空燃比センサ66により検出された空燃比A/Fである。なお、abyfsは前記所定時間tsample内の最上流空燃比センサ66により検出された空燃比A/Fの平均値としてもよい。
【0088】
この数1に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量mfrに、検出された空燃比A/Fの理論空燃比からの偏移(stoich − abyfs)を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の不足量が求められ、この空気の不足量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量(吸蔵酸素の消費量)ΔO2が求められる。そして、数2に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻t3〜t4に渡って積算することで、第1触媒53が酸素を最大限貯蔵していた状態から酸素を総べて消費するまでの酸素消費量、即ち最大酸素吸蔵量CSCmax3が推定・算出される。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ66の出力に基いて(第1触媒上流側空燃比が第1リッチ空燃比に制御されていることを利用して)最大酸素吸蔵量CSCmax3を推定する。
【0089】
時刻t4にて、第1触媒下流空燃比センサ67の出力がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は、第3モード(Mode=3)終了時点における(第1触媒上流空燃比が第1リッチ空燃比に制御されている状態における)最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値を変数vabyfsRに格納した後、第1触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比であって第1リッチ空燃比よりもリーンな第2リッチ空燃比に制御する。
【0090】
この第2リッチ空燃比は、本装置により前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値(劣化指標値)に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が大きいほど前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に近づくように(小さく)、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が小さくなるほど(第1触媒53及び第2触媒54(触媒装置)の劣化が進行するほど)理論空燃比に近づくように(大きく)設定される。この結果、第2リッチ空燃比は、前記触媒装置の劣化度に応じて狭くなる同触媒装置のその時点におけるウインドウ幅の下限値近傍の空燃比になるように設定される。
【0091】
このとき、第1触媒53の酸素吸蔵量は「0」となっているから、第2触媒54にリッチな空燃比のガスが流入する。この結果、第2触媒54が吸蔵している酸素は、同第2触媒54に流入する未燃HC,COの酸化のために消費されるので、第2触媒54の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量CUFmaxから減少して行く。
【0092】
そして、時刻t5になると、第2触媒54の酸素吸蔵量は「0」となるから、第2触媒54からリッチ空燃比のガスが流出し始め、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する。即ち、時刻t3〜t4の間に、第1触媒53が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、時刻t4〜t5の間に、第2触媒54が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように、時刻t3〜t5の間の第1触媒53の上流の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。なお、時刻t4〜t5間の作動を第4モード(Mode=4)における作動と呼ぶ。
【0093】
本装置は、時刻t4〜t5間において、上記最大酸素吸蔵量CSCmax3を求めた場合と同様な下記数3及び下記数4により示される計算を行うことで、第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxを最大酸素吸蔵量CUFmax4として算出・推定する。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ66の出力に基いて(第1触媒上流側空燃比が第2リッチ空燃比に制御されていることを利用して)最大酸素吸蔵量CUFmax4を推定する。
【0094】
【数3】
ΔO2=0.23・mfr・(stoich − abyfs)
【0095】
【数4】
CUFmax4=ΣΔO2(区間t=t4〜t5)
【0096】
時刻t5にて、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は第1触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンである上述した第1リーン空燃比に制御する。これにより、第1触媒53にリーンな空燃比のガスが流入する。また、時刻t5の時点においては、第1触媒53の酸素吸蔵量は「0」となっている。従って、時刻t5以降において、第1触媒53内の酸素吸蔵量「0」から増大し続け、時刻t6にて最大酸素吸蔵量CSCmaxに達する。この結果、時刻t6にて、第1触媒53から酸素を含むガスが流出し始め、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻t5〜t6間の作動を第5モード(Mode=5)における作動と呼ぶ。
【0097】
本装置は、かかる時刻t5〜t6間においても、以下のようにして第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmaxを最大酸素吸蔵量CSCmax5として推定する。即ち、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1がリーン空燃比を示す値となった時刻t6では、第1触媒53の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量CSCmaxに到達したことを意味するから、時刻t5〜t6までの間、下記数5及び下記数6に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻t6での積算値を最大酸素吸蔵量CSCmax5として推定・算出する。
【0098】
【数5】
ΔO2=0.23・mfr・(abyfs − stoich)
【0099】
【数6】
CSCmax5=ΣΔO2(区間t=t5〜t6)
【0100】
この数5に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量mfrに、空燃比A/Fの理論空燃比からの偏移(abyfs − stoich)を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の過剰量が求められ、この空気の過剰量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量(吸蔵酸素量)ΔO2が求められる。そして、数6に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻t5〜t6に渡って積算することで、第1触媒53の酸素吸蔵量が「0」である状態から酸素を最大限に吸蔵するまでの酸素量、即ち最大酸素吸蔵量CSCmax5が推定・算出される。このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ66の出力に基いて(第1触媒上流側空燃比が第1リーン空燃比に制御されていることを利用して)最大酸素吸蔵量CSCmax5を推定する。
【0101】
時刻t6にて、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は第1触媒上流空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比であって前記第1リーン空燃比よりもリッチである上述した第2リーン空燃比に制御する。この場合、第1触媒53の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量CSCmaxに到達している。従って、第1触媒53からはリーンな空燃比のガスが流出し、これが第2触媒54内に流入する。一方、時刻t6の時点においては、第2触媒54の酸素吸蔵量は「0」となっている。従って、時刻t6以降において、第2触媒54内の酸素吸蔵量は「0」から増大し続け、時刻t7にて最大酸素吸蔵量CUFmaxに達する。この結果、時刻t7にて、第2触媒54から酸素を含むガスが流出し始め、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻t6〜t7間の作動を第6モード(Mode=6)における作動と呼ぶ。
【0102】
本装置は、かかる時刻t6〜t7間においても、以下のようにして第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxを最大酸素吸蔵量CUFmax6として推定する。即ち、下記数7及び下記数8に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともに積分し、同時刻t7での積分値を最大酸素吸蔵量CUFmax6として算出する。
【0103】
【数7】
ΔO2=0.23・mfr・(abyfs − stoich)
【0104】
【数8】
CUFmax6=ΣΔO2(区間t=t6〜t7)
【0105】
このように、本実施形態では、最上流空燃比センサ66の出力に基いて(第1触媒上流側空燃比が第2リーン空燃比に制御されていることを利用して)最大酸素吸蔵量CUFmax6を推定する。そして、本装置は、時刻t7にて機関に吸入される混合気の空燃比を理論空燃比に戻すとともに、同時刻t7以降において、最上流空燃比センサ66が異常であるか否かを、以下の数9が成立するか否かを判定することにより判定する。
【0106】
【数9】
((vabyfsL−vabyfsR)/dvref) < α
【0107】
上記数9の左辺のdvrefは、図3に示したように、最上流空燃比センサ66が正常である場合において、検出されるガスの空燃比A/Fが第1リーン空燃比(stoich/0.98)であるときの同最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値と同空燃比A/Fが第1リッチ空燃比(stoich/1.02)であるときの同最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値との偏差(正の一定値)である。上記数9の右辺のαは、最上流空燃比センサ劣化判定基準値(正の一定値)である。
【0108】
最上流空燃比66の劣化が進行すると、図3に2点鎖線で示したように、同最上流空燃比センサ66が検出するガスの実際の空燃比A/Fの理論空燃比(stoich)からの偏移量に対する同最上流空燃比センサ66の出力値の同ガスの空燃比A/Fが理論空燃比であるときの出力値からの偏移量(の絶対値)が減少する傾向がある。
【0109】
従って、第1触媒上流空燃比が第1リーン空燃比に制御されている状態における最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値が格納されている変数vabyfsLの値と第1触媒上流空燃比が第1リッチ空燃比に制御されている状態における最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値が格納されている変数vabyfsRの値との偏差(vabyfsL−vabyfsR)は、最上流空燃比センサ66の劣化が進行するに従い小さくなる。換言すれば、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL−vabyfsR)の値の比率((vabyfsL−vabyfsR)/dvref)は最上流空燃比センサ66の劣化が進行するに従い小さくなる。
【0110】
以上の原理に基き、本装置は、上記数9が成立する場合、即ち、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL−vabyfsR)の値の比率((vabyfsL−vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいとき、最上流空燃比センサ66が異常である(劣化した)と判定する。
【0111】
次いで、本装置は、第1,第2触媒53,54が劣化しているか否かを以下のように判定する。先ず、第1触媒53については、上記第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmax3が第1触媒劣化判定基準値CSCRdn以下であるか否か、上記第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmax5が第1触媒劣化判定基準値CSCRup以下であるか否か、及び上記最大酸素吸蔵量CSCmax3と上記最大酸素吸蔵量CSCmax5の平均値である第1触媒53の平均最大酸素吸蔵量CSCmax(=(CSCmax3+CSCmax5)/2)が第1触媒劣化判定基準値CSCRave以下であるか否かを判定する。
【0112】
そして、本装置は、上記最大酸素吸蔵量CSCmax3が第1触媒劣化判定基準値CSCRdn以下であること、上記最大酸素吸蔵量CSCmax5が第1触媒劣化判定基準値CSCRup以下であること、及び、上記平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRave以下であることの、何れかが成立したときに、原則的に第1触媒53が劣化したものと判定する。この場合、上記3つの条件のうち、任意の二つの組み合わせが成立したときに第1触媒53が劣化したと判定するように構成してもよく、同3つの条件全てが成立したときにのみ第1触媒53が劣化したと判定するように構成してもよい。ただし、最上流空燃比センサ66が異常であると判定されている場合には、本装置は第1触媒53が劣化したとの判定は行わない。
【0113】
次に、第2触媒54については、上記第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmax4が第2触媒劣化判定基準値CUFRdn以下であるか否か、上記第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmax6が第2触媒劣化判定基準値CUFRup以下であるか否か、及び上記最大酸素吸蔵量CUFmax4と上記第2最大酸素吸蔵量CUFmax6の平均値である第2触媒54の平均最大酸素吸蔵量CUFmax(=(CUFmax4+CUFmax6)/2)が第2触媒劣化判定基準値CUFRave以下であるか否かを判定する。
【0114】
そして、本装置は、上記最大酸素吸蔵量CUFmax4が第2触媒劣化判定基準値CUFRdn以下であること、上記最大酸素吸蔵量CUFmax6が第2触媒劣化判定基準値CUFRup以下であること、及び、上記平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRave以下であることの、何れかが成立したときに、原則的に第2触媒54が劣化したものと判定する。この場合においても、上記3つの条件のうち、任意の二つの組み合わせが成立したときに第2触媒54が劣化したと判定するように構成してもよく、同3つの条件全てが成立したときにのみ第2触媒54が劣化したと判定するように構成してもよい。ただし、このときも、最上流空燃比センサ66が異常であると判定されている場合には、本装置は第2触媒54が劣化したとの判定は行わない。
【0115】
更に、本装置は、第1,第2触媒53,54を一つの触媒装置とみなしたときに、その触媒装置が劣化したか否かを、下記数10が成立するか否かを判定することにより判定する。ただし、このときも、最上流空燃比センサ66が異常であると判定されている場合には、本装置は触媒装置が劣化したとの判定は行わない。
【0116】
【数10】
CSCmax+CUFmax ≦ CRave
【0117】
なお、数10の左辺におけるCSCmaxはCSCmax3又はCSCmax5の何れかに置換してもよく、同数10の左辺におけるCUFmaxはCUFmax4又はCUFmax6の何れかに置換してもよい。右辺のCRaveは、第1触媒53と第2触媒54を一つの触媒装置と見なしたときに、同触媒装置の劣化を判定するための最大酸素吸蔵量の基準値(触媒全体の劣化判定基準値)である。以上が、本装置による触媒劣化判定方法の概要である。
【0118】
<実際の作動>
次に、上記のように構成された排気浄化装置(及び、触媒劣化判定装置)の実際の作動について、電気制御装置70のCPU71が実行するルーチン(プログラム)をフローチャートにより示した図6〜図17を参照しながら説明する。
【0119】
(通常の空燃比制御)
CPU71は、図6に示した最終燃料噴射量Fiの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、CPU71はステップ600から処理を開始してステップ605に進み、エアフローメータ61により計測された吸入空気量AFMと、エンジン回転速度NEとに基いて、機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Fbaseをマップから求める。
【0120】
次いで、CPU71はステップ610に進み、基本燃料噴射量Fbaseに係数Kを乗じた値に後述する空燃比フィードバック補正量DFiを加えた値を最終燃料噴射量Fiとして設定する。この係数Kの値は、通常は「1.00」であり、後述するように、触媒劣化判定を行うために強制的に空燃比を変更するとき、「1.00」以外の所定値に設定される。次いで、CPU71はステップ615に進み、同ステップ615にて同最終燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示をインジェクタ39に対して行う。その後、CPU71はステップ620に進み、その時点の燃料噴射量合計量mfrに最終燃料噴射量Fiを加えた値を、新たな燃料噴射量積算値mfrに設定する。この燃料噴射量積算値mfrは、後述する酸素吸蔵量の算出の際に用いられる。その後、CPU71はステップ695に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック補正された最終燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【0121】
次に、上記空燃比フィードバック補正量DFiの算出について説明すると、CPU71は図7に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ700から処理を開始し、ステップ705に進んでフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。空燃比フィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第1所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であり、最上流空燃比センサ66が正常であり、且つ、後述する触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「0」のときに成立する。なお、触媒劣化判定実行中フラグXHANは、後述するように、その値が「1」のとき触媒劣化判定のために強制的に空燃比を変更する空燃比制御を実行していることを示し、その値が「0」のとき同触媒劣化判定のための空燃比制御を実行していないことを示す。
【0122】
いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ705にて「Yes」と判定してステップ710に進み、現時点の最上流空燃比センサ66の出力vabyfsと後述するサブフィードバック制御量vafsfbとの和(vabyfs+vafsfb)を図3に示したマップに基いて変換することにより、現時点における第1触媒53の上流側制御用空燃比abyfs1を求める。
【0123】
次に、CPU71はステップ715に進み、現時点からNストローク(N回の吸気行程)前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k−N)を前記求めた上流側制御用空燃比abyfs1で除することにより、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。値Nは、内燃機関の排気量、燃焼室25から最上流空燃比センサ66までの距離等により異なる値である。
【0124】
このように、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を上流側制御用空燃比abyfs1で除するのは、燃焼室25内で燃焼された混合気が最上流空燃比センサ66に到達するまでには、Nストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Mcは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ61の出力AFMと、エンジン回転速度NEとに基いて求められ(例えば、エアフローメータ61の出力AFMに一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度NEで除することにより求められ)、各吸気行程に対応してRAM73内に記憶されている。
【0125】
次いで、CPU71はステップ720に進み、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を現時点からNストローク前の時点における目標空燃比abyfr(k−N)(この例では、理論空燃比stoich)で除することにより、現時点からNストローク前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。そして、CPU71はステップ725に進んで目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じた値を筒内燃料供給量偏差DFcとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、CPU71はステップ730に進み、下記数11に基いて空燃比フィードバック補正量DFiを求める。
【0126】
【数11】
DFi=(Gp・DFc+Gi・SDFc)・KFB
【0127】
上記数11において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。なお、数11の係数KFBはエンジン回転速度NE、及び筒内吸入空気量Mc等により可変とすることが好適であるが、ここでは「1」としている。また、値SDFcは筒内燃料供給量偏差DFcの積分値であり、次のステップ735にて更新される。即ち、CPU71は、ステップ735にてその時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ725にて求めた筒内燃料供給量偏差DFcを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを求め、ステップ795にて本ルーチンを一旦終了する。
【0128】
以上により、空燃比フィードバック補正量DFiが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量DFiが前述した図6のステップ610、及びステップ615により燃料噴射量に反映されるので、Nストローク前の燃料供給量の過不足が補償され、空燃比の平均値が目標空燃比abyfrと略一致せしめられる。
【0129】
一方、ステップ705の判定時において、空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ705にて「No」と判定してステップ740に進み、空燃比フィードバック補正量DFiの値を「0」に設定し、ステップ795に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるとき(触媒劣化判定実行中を含む)は、空燃比フィードバック補正量DFiを「0」として空燃比(基本燃料噴射量Fbase)の補正を行わない。
【0130】
次に、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1に基く空燃比フィードバック制御について説明する。なお、かかる制御はサブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、サブフィードバック制御量vafsfbが算出される。
【0131】
CPU71は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図8に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ800から処理を開始し、ステップ805に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ705での空燃比フィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温THWが前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上のとき、及び第1触媒下流空燃比センサ67が正常であるときに成立する。
【0132】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ805にて「Yes」と判定してステップ810に進み、所定の目標値Voxsrefから現時点の第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1を減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。この目標値Voxsrefは、第1触媒53の浄化効率が良好(最良)となるように定められ、ここでは、理論空燃比に対応した値に設定されている。次に、CPU71はステップ815に進み、下記数12に基いてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。
【0133】
【数12】
vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs
【0134】
上記数12において、Kpは予め設定された比例ゲイン、Kiは予め設定された積分ゲインである。また、SDVoxsは、出力偏差量DVoxsの積分値であって、次のステップ820にて更新される値である。即ち、CPU71は、ステップ820に進むと、その時点における出力偏差量の積分値SDVoxsに上記ステップ810にて求めた出力偏差量DVoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを求め、その後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0135】
このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値は前述した図7のステップ710にて最上流空燃比センサ66の実際の出力に加えられ、その和(vabyfs + vafsfb)が図3に示したマップに基いて前記上流側制御用空燃比abyfs1に変換される。換言すると、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1に基いて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は、最上流空燃比センサ66が実際に検出している空燃比に対して、サブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【0136】
この結果、前述した図7のステップ715にて計算される筒内燃料供給量Fc(k−N)が第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1に応じて変化するので、ステップ725,730によって空燃比フィードバック補正量DFiが同第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1に応じて変更せしめられる。これにより、第1触媒53の下流側の空燃比が目標値Voxsrefに一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。
【0137】
例えば、機関の平均的な空燃比がリーンであるために第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、ステップ810にて求められる出力偏差量DVoxsが正の値となるので、ステップ815にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは正の値となる。従って、ステップ710にて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は最上流空燃比センサ66が実際に検出している空燃比よりもリーンな値(より大きな値)として求められる。このため、ステップ715にて求められる筒内燃料供給量Fc(k−N)は小さい値となり、筒内燃料供給量偏差DFcは大きい値として求められるので、空燃比フィードバック補正量DFiが大きい正の値となる。これにより、図6のステップ610にて求められる最終燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【0138】
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりもリッチ空燃比に対応した値を示すと、ステップ810にて求められる出力偏差量DVoxsが負の値となるので、ステップ815にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは負の値となる。従って、ステップ710にて求められる上流側制御用空燃比abyfs1は最上流空燃比センサ66が実際に検出している空燃比よりもリッチな値(より小さな値)として求められる。このため、ステップ715にて求められる筒内燃料供給量Fc(k−N)は大きい値となり、筒内燃料供給量偏差DFcは負の値として求められるので、空燃比フィードバック補正量DFiが負の値となる。これにより、図7のステップ610にて求められる最終燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【0139】
このように、第1触媒53の下流側の空燃比が理論空燃比に極めて近い状態になるように制御されるので、第1,第2触媒53,54の各々が劣化して最大酸素吸蔵量CSCmax及び最大酸素吸蔵量CUFmaxが低下した場合であっても、エミッションが継続的に低減される。
【0140】
一方、ステップ805の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ805にて「No」と判定してステップ825に進み、サブフィードバック制御量vafsfbの値を「0」に設定した後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるとき(空燃比切換制御実行中を含む)は、サブフィードバック制御量vafsfbを「0」として第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1に基く空燃比フィードバック補正量DFi(上流側制御用空燃比abyfs1)の補正を行わない。以上のようにして、通常の空燃比制御が実行される。
【0141】
(触媒劣化判定のための空燃比制御)
次に、触媒劣化の判定を行うための空燃比制御について説明する。CPU71は図9〜図15のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【0142】
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図9のステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「0」であるか否かを判定する。いま、触媒劣化判定のための空燃比制御を行っておらず、且つ、触媒劣化判定条件が成立していないとして説明を続けると、触媒劣化判定実行中フラグXHANの値は「0」となっている。従って、CPU71はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、先に説明した図6のステップ610にて使用される係数Kの値を1.00に設定する。
【0143】
次いで、CPU71はステップ915にて触媒劣化判定条件が成立しているか否かを判定する。この触媒劣化判定条件は、冷却水温THWが所定温度以上であり、図示しない車速センサにより得られた車速が所定の高車速以上であり、スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量が所定量以下である、機関が定常運転されている場合に成立する。更に、触媒劣化判定条件に、前回の触媒劣化判定から所定時間以上が経過したこと、前回の触媒劣化判定から車両が所定距離以上運転されたこと、前回の触媒劣化判定から内燃機関10が所定時間以上運転されたことの任意の一つ、又は一つ以上を触媒劣化判定条件に加えても良い。現段階では、上述したように、触媒劣化判定条件は成立していないから、CPU71はステップ915にて「No」と判定してステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【0144】
次に、先に説明した図5の時刻t1のように、その時点では触媒劣化判定のための空燃比制御を行っていないが、触媒劣化判定条件が成立したものとして説明を続けると、この場合、CPU71はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、同ステップ910にて係数Kの値を1.00に設定する。次いで、CPU71は、触媒劣化条件が成立しているので、ステップ915にて「Yes」と判定してステップ920に進み、同ステップ920にて触媒劣化判定実行中フラグXHANの値を「1」に設定する。
【0145】
そして、CPU71はステップ925に進み、第1モードに移行するためにModeの値を「1」に設定するとともに、続くステップ930にて係数Kの値を0.98に設定し、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、前述の空燃比フィードバック制御条件が成立しなくなるから、CPU71は図7のステップ705にて「No」と判定してステップ740に進むようになり、空燃比フィードバック補正量DFiの値は0に設定される。この結果、図6のステップ610の実行により、基本燃料噴射量Fbaseが0.98倍された値が最終燃料噴射量Fiとして算出され、この最終燃料噴射量Fiの燃料が噴射されるので、機関の空燃比は理論空燃比よりもリーンな前記第1リーン空燃比に制御される。
【0146】
以降、CPU71は図9のルーチンの処理をステップ900から繰り返し実行するが、触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「1」となっていることから、ステップ905にて「No」と判定して直ちにステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【0147】
一方、CPU71は図10に示した第1モード制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングとなると、CPU71はステップ1000から処理を開始してステップ1005に進み、Modeの値が「1」であるか否かを判定する。この場合、先の図9のステップ925の処理によりModeの値は「1」となっているので、CPU71はステップ1005にて「Yes」と判定してステップ1010に進み、第1触媒下流空燃比センサの出力Voxs1が理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値に変化したか否かを判定する。現時点では、機関の空燃比を第1リーン空燃比に変更した直後であるから、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1は理論空燃比よりもリッチな空燃比を示している。従って、CPU71はステップ1010にて「No」と判定し、ステップ1095にて本ルーチンを一旦終了する。
【0148】
以降、CPU71は図10のステップ1000〜1010を繰り返し実行する。また、空燃比は第1リーン空燃比に維持されているから、所定の時間が経過すると図5の時刻t2のように第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。これにより、CPU71はステップ1010に進んだとき、同ステップ1010にて「Yes」と判定してステップ1015に進み、その時点における最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値を変数vabyfsLに格納した後、ステップ1020に進んで第2モードに移行すべくModeの値を「2」に設定する。そして、続くステップ1025にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値とステップ1025内に記載したテーブルとに基いて係数Kの値を算出・設定し、その後、ステップ1095にて本ルーチンを一旦終了する。
【0149】
これにより、係数Kは、触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が大きいほど0.98(第1リーン空燃比を得るための係数Kの値)に近づくように(小さく)、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が小さくなるほど1.00(理論空燃比を得るための係数Kの値)に近づくように(大きく)設定される。即ち、ステップ1025においては、係数Kは触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて0.98より大きく1.00より小さい任意の値に設定される。
【0150】
この結果、図6のステップ610の実行により、基本燃料噴射量Fbaseが係数K倍された値が最終燃料噴射量Fiとして算出され、この最終燃料噴射量Fiの燃料が噴射されるので、機関の空燃比は理論空燃比よりもリーンであって前記第1リーン空燃比よりもリッチであり、且つ触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更される(最大酸素吸蔵量Cmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく)前記第2リーン空燃比に制御される。
【0151】
CPU71は、第2モード(Mode=2)となると、以降、同様なモード制御を実行し、モードを第3モードから第4,第5,第6モードへと順次切換えるとともに、各モードに応じた制御を実行して行く。簡単に説明すると、図11にそのルーチンをフローチャートにより示した第2モードにおいては、ステップ1105にてModeの値が「2」であるか否かを判定し、Modeの値が「2」であればステップ1105からステップ1110に進み、同ステップ1110にて第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0152】
そして、図5の時刻t3に示したように、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ1115に進んで第3モードに移行すべくModeの値を「3」に設定し、続くステップ1120にて係数Kの値を1.02に設定する。この結果、機関の空燃比が理論空燃比よりリッチな前記第1リッチ空燃比に制御される。
【0153】
同様に、図12にそのルーチンをフローチャートにより示した第3モードにおいては、ステップ1205にてModeの値が「3」であるか否かを判定し、Modeの値が「3」であればステップ1205からステップ1210に進み、同ステップ1210にて第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0154】
そして、図5の時刻t4に示したように、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、ステップ1210からステップ1215に進んで、その時点における最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値を変数vabyfsRに格納した後、ステップ1220にて第4モードに移行すべくModeの値を「4」に設定する。そして、続くステップ1225にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値とステップ1225内に記載したテーブルとに基いて係数Kの値を算出・設定し、その後、ステップ1295にて本ルーチンを一旦終了する。
【0155】
これにより、係数Kは、触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更され、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が大きいほど1.02(第1リッチ空燃比を得るための係数Kの値)に近づくように(大きく)、同最大酸素吸蔵量Cmaxallの値が小さくなるほど1.00(理論空燃比を得るための係数Kの値)に近づくように(小さく)設定される。即ち、ステップ1225においては、係数Kは触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて1.00より大きく1.02より小さい任意の値に設定される。この結果、機関の空燃比が、理論空燃比よりリッチであって前記第1リッチ空燃比よりもリーンであり、且つ触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更される(最大酸素吸蔵量Cmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく)前記第2リッチ空燃比に制御される。
【0156】
同様に、図13にそのルーチンをフローチャートにより示した第4モードにおいては、ステップ1305にてModeの値が「4」であるか否かを判定し、Modeの値が「4」であればステップ1305からステップ1310に進み、同ステップ1310にて第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0157】
そして、図5の時刻t5に示したように、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、ステップ1310からステップ1315に進んで第5モードに移行すべくModeの値を「5」に設定し、続くステップ1320にて係数Kの値を0.98に設定する。この結果、機関の空燃比が、前記第1リーン空燃比に制御される。
【0158】
同様に、図14にそのルーチンをフローチャートにより示した第5モードにおいては、ステップ1405にてModeの値が「5」であるか否かを判定し、Modeの値が「5」であればステップ1405からステップ1410に進み、同ステップ1410にて第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0159】
そして、図5の時刻t6に示したように、第1触媒下流空燃比センサ67の出力Voxs1が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ1410からステップ1415に進んで第6モードに移行すべくModeの値を「6」に設定し、続くステップ1420にて前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている後述する触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値と上述したステップ1025内に記載したテーブルと同一のテーブルであるステップ1420内に記載したテーブルとに基いて係数Kの値(0.98<K<1.00)を算出・設定する。この結果、機関の空燃比が、前記第2リーン空燃比に制御される。
【0160】
また、図15にそのルーチンをフローチャートにより示した第6モードにおいては、ステップ1505にてModeの値が「6」であるか否かを判定し、Modeの値が「6」であればステップ1505からステップ1510に進み、同ステップ1510にて第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0161】
そして、図5の時刻t7に示したように、第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、ステップ1510からステップ1515に進み、Modeの値を「0」に再設定し、続くステップ1520にて触媒劣化判定実行中フラグXHANの値を「0」に設定した後、ステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、CPU71は図9のルーチンを実行する際、ステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進むので、係数Kの値が1.00に戻される。また、他の空燃比フィードバック制御条件、及び他のサブフィードバック制御条件が成立していれば、CPU71はステップ705、及びステップ805にて「Yes」と判定するから、空燃比フィードバック制御、及びサブフィードバック制御が再開される。
【0162】
以上、説明したように、触媒劣化判定条件が成立すると、機関の空燃比が、一定値である第1リーン空燃比、前回の触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変化する(最大酸素吸蔵量Cmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく)第2リーン空燃比、一定値である第1リッチ空燃比、前回の触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変化する(最大酸素吸蔵量Cmaxallが小さくなるにつれて理論空燃比に近づく)第2リッチ空燃比、同第1リーン空燃比、及び同第2リーン空燃比の順に強制的に制御される。
【0163】
(酸素吸蔵量の推定、並びに最上流空燃比センサの異常判定及び触媒劣化判定)次に、触媒劣化の判定を行うための最大酸素吸蔵量の推定、並びに最上流空燃比センサ66の異常判定及び推定された最大酸素吸蔵量に基く触媒劣化の判定における作動について説明する。CPU71は図16,17のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【0164】
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図16のステップ1600から処理を開始し、ステップ1605に進んで下記数13により酸素吸蔵量変化量ΔO2を求める。
【0165】
【数13】
ΔO2=0.23・mfr・(abyfs − stoich)
【0166】
次いで、CPU71はステップ1610に進んでModeの値が「3」であるか否かを判定し、Modeの値が「3」であれば同ステップ1610にて「Yes」と判定してステップ1615に進む。そして、CPU71は、ステップ1615にてその時点の第3モードの酸素吸蔵量OSA3に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えた値を新たな酸素吸蔵量OSA3として設定し、その後ステップ1650に進む。なお、酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えることとしたのは、上記数1と上記数13との比較から明らかなように、数13によれば第3モードにおける酸素吸蔵量変化量ΔO2が負の値として算出されるからである。
【0167】
このような処置(ステップ1600〜1615)は、Modeの値が「3」である限り繰り返し実行される。この結果、第1触媒53の上流の空燃比が第1リッチ空燃比とされる第3モード(Mode=3)において、第1触媒53の酸素吸蔵量OSA3が算出されて行く。なお、ステップ1610での判定において「No」と判定される場合、CPU71は同ステップ1610からステップ1620に直接進む。
【0168】
CPU71は、ステップ1620に進んだ場合、Modeの値が「4」であるか否かを判定し、Modeの値が「4」であれば同ステップ1620にて「Yes」と判定してステップ1625に進む。そして、CPU71は、ステップ1625にてその時点の第4モードの酸素吸蔵量OSA4に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えた値を新たな酸素吸蔵量OSA4として設定し、その後ステップ1650に進む。なお、酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えることとしたのは、上記数3と上記数13との比較から明らかなように、数13によれば第4モードにおける酸素吸蔵量変化量ΔO2が負の値として算出されるからである。
【0169】
このような処置(ステップ1600,1605,1610,1620,1625)は、Modeの値が「4」である限り繰り返し実行される。この結果、第1触媒53の上流の空燃比が第2リッチ空燃比とされる第4モード(Mode=4)において、第2触媒54の酸素吸蔵量OSA4が算出されて行く。なお、ステップ1620での判定において「No」と判定される場合、CPU71は同ステップ1620からステップ1630に直接進む。
【0170】
同様に、CPU71はステップ1630に進んだ場合、Modeの値が「5」であるか否かを判定し、Modeの値が「5」であればステップ1635に進み、その時点の第5モードの酸素吸蔵量OSA5に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2を加えた値を新たな酸素吸蔵量OSA5として設定し、その後ステップ1650に進む。
【0171】
このような処置(ステップ1600,1605,1610,1620,1630,1635)は、Modeの値が「5」である限り繰り返し実行される。この結果、第1触媒53の上流の空燃比が第1リーン空燃比とされる第5モード(Mode=5)において、第1触媒53の酸素吸蔵量OSA5が算出されて行く。なお、ステップ1630での判定において「No」と判定される場合、CPU71は同ステップ1630からステップ1640に直接進む。
【0172】
同様に、CPU71はステップ1640に進んだ場合、Modeの値が「6」であるか否かを判定し、Modeの値が「6」であればステップ1645に進み、その時点の第6モードの酸素吸蔵量OSA6に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2を加えた値を新たな酸素吸蔵量OSA6として設定し、その後ステップ1650に進む。
【0173】
このような処置(ステップ1600,1605,1610,1620,1630,1640,1645)は、Modeの値が「6」である限り繰り返し実行される。この結果、第1触媒53の上流の空燃比が第2リーン空燃比とされる第6モード(Mode=6)において、第2触媒54の酸素吸蔵量OSA6が算出されて行く。なお、ステップ1640での判定において「No」と判定される場合、CPU71は同ステップ1640からステップ1650に直接進む。
【0174】
そして、CPU71は、ステップ1650に進むと、同ステップ1650にて燃料噴射量Fiの合計量mfrを「0」に設定し、その後ステップ1695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0175】
また、CPU71は図17に示した最上流空燃比センサ66の異常判定及び触媒劣化判定のためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1700から処理を開始し、ステップ1702に進んで触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「1」から「0」に変化したか否かをモニタする。このとき、第6モードが終了して、先に説明した図15のステップ1520にて触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「0」に変更されると、CPU71はステップ1702にて「Yes」と判定してステップ1704に進む。なお、触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が変化していなければ、CPU71はステップ1702からステップ1795に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0176】
いま、第6モードが終了した直後であるとすると、触媒劣化判定実行中フラグXHANの値が「1」から「0」に変更された直後であるから、CPU71はステップ1702からステップ1704に進み、その時点の酸素吸蔵量OSA3,OSA4,OSA5、及びOSA6を、最大酸素吸蔵量CSCmax3(第1触媒第1最大酸素吸蔵量),CUFmax4(第2触媒第1最大酸素吸蔵量),CSCmax5(第1触媒第2最大酸素吸蔵量)、及びCUFmax6(第2触媒第2最大酸素吸蔵量)として格納する。
【0177】
次いで、CPU71はステップ1706に進み、変数vabyfsLの値と、変数vabyfsRの値と、上記数9に基くステップ1706内に記載した式とに基いて、偏差dvrefの値に対する偏差(vabyfsL−vabyfsR)の値の比率((vabyfsL−vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいか否かを判定し、同比率((vabyfsL−vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値αより小さいとき、ステップ1708にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値を「1」に設定し、これにより最上流空燃比センサ66が異常である(劣化した)ことを示す。ここで、ステップ1706及びステップ1708は触媒上流空燃比センサ異常検出手段に対応している。
【0178】
他方、ステップ1706の判定において、上記比率((vabyfsL−vabyfsR)/dvref)が最上流空燃比センサ劣化判定基準値α以上であるとき、CPU71はステップ1710に進んで最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値を「0」に設定し、これにより最上流空燃比センサ66が正常である(劣化していない)ことを示す。
【0179】
次に、CPU71はステップ1712に進み、同ステップ1712にて最大酸素吸蔵量CSCmax3と最大酸素吸蔵量CSCmax5の平均値を、第1触媒53の平均最大酸素吸蔵量CSCmaxとして格納する。
【0180】
次に、CPU71はステップ1714に進んで平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRave以下か否かを判定し、平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRave以下であるとき、ステップ1716に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であるか否かを判定する。
【0181】
このステップ1716の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であれば、CPU71はステップ1718にて第1触媒劣化判定結果フラグXSCRの値を「1」に設定し、これにより第1触媒53が劣化したことを示す。他方、ステップ1716の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」でなければ(即ち「1」であれば)ステップ1720にて第1触媒劣化判定結果フラグXSCRの値を「2」に設定し、これにより第1触媒53の劣化判定が行なわれていないことを示す。
【0182】
一方、ステップ1714の判定において、平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRaveより大きいとき、CPU71はステップ1722にて第1触媒劣化判定結果フラグXSCRの値を「0」に設定し、これにより第1触媒53が劣化していないことを示す。
【0183】
このようにして、CPU71は、平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRave以下である場合(第1触媒53が劣化しているという判定をすべき状態にある場合)、最上流空燃比センサ66の異常が検出されていないときは第1触媒53が劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ66の異常が検出されているときには第1触媒53が劣化しているという判定を行わない。また、平均最大酸素吸蔵量CSCmaxが第1触媒劣化判定基準値CSCRaveより大きい場合(第1触媒53が劣化していないという判定をすべき状態にある場合)、CPU71は最上流空燃比センサ66の異常が検出されているか否かに拘わらず、第1触媒53が劣化していないという判定を行う。
【0184】
次いで、CPU71はステップ1724に進み、最大酸素吸蔵量CUFmax4と最大酸素吸蔵量CUFmax6の平均値を第2触媒54の平均最大酸素吸蔵量CUFmaxとして格納し、続くステップ1726にて平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRave以下か否かを判定する。そして、平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRave以下であるとき、CPU71はステップ1728に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であるか否かを判定する。
【0185】
このステップ1728の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であれば、CPU71はステップ1730にて第2触媒劣化判定結果フラグXUFRの値を「1」に設定し、これにより第2触媒54が劣化したことを示す。他方、ステップ1728の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」でなければ(即ち「1」であれば)、ステップ1732にて第2触媒劣化判定結果フラグXUFRの値を「2」に設定し、これにより第2触媒54の劣化判定が行なわれていないことを示す。
【0186】
一方、ステップ1726の判定において、平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRaveより大きいとき、CPU71はステップ1734にて第2触媒劣化判定結果フラグXUFRの値を「0」に設定し、これにより第2触媒54が劣化していないことを示す。
【0187】
このようにして、CPU71は、平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRave以下である場合(第2触媒54が劣化しているという判定をすべき状態にある場合)、最上流空燃比センサ66の異常が検出されていないときは第2触媒54が劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ66の異常が検出されているときには第2触媒54が劣化しているという判定を行わない。また、平均最大酸素吸蔵量CUFmaxが第2触媒劣化判定基準値CUFRaveより大きい場合(第2触媒54が劣化していないという判定をすべき状態にある場合)、CPU71は最上流空燃比センサ66の異常が検出されているか否かに拘わらず、第2触媒54が劣化していないという判定を行う。
【0188】
次に、CPU71はステップ1736に進んで第1触媒53の最大酸素吸蔵量に関する値である平均最大酸素吸蔵量CSCmaxと第2触媒54の最大酸素吸蔵量に関する値である平均最大酸素吸蔵量CUFmaxとの和が触媒全体劣化判定基準値CRave以下か否かを判定する。そして、前記和が触媒全体劣化判定基準値CRave以下であるとき、CPU71はステップ1738に進み、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であるか否かを判定する。
【0189】
このステップ1738の判定にて最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」であれば、CPU71はステップ1740にて触媒全体判定結果フラグXALLRの値を「1」に設定し、これにより第1触媒53及び第2触媒54が全体として劣化したことを示す。他方、ステップ1738の判定において、最上流空燃比センサ異常判定結果フラグXSENRの値が「0」でなければ(即ち「1」であれば)、ステップ1742にて触媒全体判定結果フラグXALLRの値を「2」に設定し、これにより第1触媒53及び第2触媒54全体としての劣化判定が行われていないことを示す。
【0190】
一方、ステップ1736の判定において、上記和が触媒全体劣化判定基準値CRaveより大きいとき、CPU71はステップ1744にて触媒全体判定結果フラグXALLRの値を「0」に設定し、これにより第1触媒53及び第2触媒54が全体としては劣化していないことを示す。
【0191】
このようにして、CPU71は、上記和が触媒全体劣化判定基準値CRave以下である場合(第1触媒53及び第2触媒54が全体として劣化しているという判定をすべき状態にある場合)、最上流空燃比センサ66の異常が検出されていないときは第1触媒53及び第2触媒54が全体として劣化しているという判定を行うが、最上流空燃比センサ66の異常が検出されているときには第1触媒53及び第2触媒54が全体として劣化しているという判定を行わない。また、上記和が触媒全体劣化判定基準値CRaveより大きい場合(第1触媒53及び第2触媒54が全体としては劣化していないという判定をすべき状態にある場合)、CPU71は最上流空燃比センサ66の異常が検出されているか否かに拘わらず、第1触媒53及び第2触媒54が全体としては劣化していないという判定を行う。
【0192】
次いで、CPU71はステップ1746に進み、酸素吸蔵量OSA3,OSA4,OSA5、及びOSA6の各々の値を総べて「0」に設定し、続くステップ1748に進んで上記平均最大酸素吸蔵量CSCmaxの値と上記平均最大酸素吸蔵量CUFmaxの値との和を触媒全体の最大酸素吸蔵量CmaxallとしてバックアップRAM74に格納した後、ステップ1795に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0193】
以上、説明したように、本発明による触媒劣化判定装置の触媒劣化判定方法によれば、第1触媒53、及び第2触媒54の下流に、それぞれ第1触媒下流空燃比センサ67、及び第2触媒下流空燃比センサ68を配置したので、各触媒の酸素吸蔵量が「0」となったとき、及び最大酸素吸蔵量となったときを確実に検出することができ、その結果、第1触媒53、及び第2触媒54の最大酸素吸蔵量CSCmax,CUFmaxを精度良く求めることができる。従って、第1触媒53、及び第2触媒54が劣化しているか否かを独立して精度よく判定することができる。また、第1触媒53、及び第2触媒54を一つの触媒装置として見たとき、その触媒装置全体が劣化したか否かを判定することもできる。
【0194】
また、触媒劣化判定実行中において、第2リーン空燃比を、前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更し、常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比になるように設定した(図5の時刻t2〜t3、及びt6〜t7を参照。)。
【0195】
このように第2リーン空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比とするのは次の理由による。即ち、第2リーン空燃比の混合気が第1,第2触媒53,54に流入することで第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値となったとき(図5の時刻t3及びt7を参照。)、内燃機関10の排気ポート34から第2触媒下流空燃比センサ68までの排気通路51,52及び触媒53,54により形成される空間内に第2リーン空燃比のガスが充填されている。また、このとき、第1,第2触媒53,54の酸素吸蔵量は共に最大酸素吸蔵量CSCmax,CUFmaxとなっており、同第1,第2触媒53,54の酸素吸蔵機能は共に働かないから、窒素酸化物NOxが排出され易くなっている。
【0196】
従って、第2リーン空燃比が前記触媒装置のウインドウ幅の上限値よりも大きく上回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる窒素酸化物NOxの量が多く、また、第1,第2触媒53,54の酸素吸蔵機能が働かない状態であって且つ同第1,第2触媒53,54の還元機能による窒素酸化物NOxの浄化効率も低下しているので、第2触媒下流空燃比センサ出力リーン反転時(図5の時刻t3及びt7を参照。)直後において窒素酸化物NOxが大量に大気中に排出されてしまう。
【0197】
これに対し、上記実施形態のように、第2リーン空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の上限値近傍の空燃比とすることにより、第2触媒下流空燃比センサ出力リーン反転時直後における前記触媒装置の還元機能による窒素酸化物NOxの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同反転時の直後における窒素酸化物NOxの排出量を極力低減できる。さらには、第2リーン空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定されるので、同第2リーン空燃比が予め理論空燃比に近いリーンな空燃比に設定される場合に比して第2触媒54の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量に到達させるまでの期間(図5の時刻t2〜t3、及びt6〜t7)を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間(図5の時刻t1〜t7)も短くできる。
【0198】
また、第1リーン空燃比を、第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比(前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比)に設定した(図5の時刻t1〜t2、及びt5〜t6を参照。)。このように第1リーン空燃比を第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定するのは以下の理由による。
【0199】
即ち、第1触媒上流の空燃比が第1リーン空燃比に制御されている期間においては、第1触媒53の酸素吸蔵量は時間の経過とともに増加するものの同期間の終了時点までは最大酸素吸蔵量CSCmaxに達していない。一方、この期間の終了時点である第1触媒下流空燃比センサ67の出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点までは、第1触媒53からリーン空燃比のガスが流出し始めていないので、第2触媒54の酸素吸蔵量は「0」のまま維持されている。
【0200】
従って、第1リーン空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の上限値よりある程度上回った空燃比に設定しても、第1触媒上流の空燃比が同第1リーン空燃比に制御されている期間においては、第1触媒53に流入する窒素酸化物NOxは第1触媒53及び第2触媒54の酸素吸蔵機能により浄化され、大気中に排出されることはない。従って、上記実施形態のように、第1リーン空燃比を第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比に設定することにより、第1リーン空燃比が第2リーン空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第1触媒53の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量に到達させるまでの期間(図5の時刻t1〜t2、及びt5〜t6)を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間(図5の時刻t1〜t7)をさらに短くできる。
【0201】
同様に、触媒劣化判定実行中において、第2リッチ空燃比を、前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更し、常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比になるように設定した(図5の時刻t4〜t5を参照。)。
【0202】
このように第2リッチ空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比とするのは次の理由による。即ち、第2リッチ空燃比の混合気が第1,第2触媒53,54に流入することで第2触媒下流空燃比センサ68の出力Voxs2が理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値から理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値となったとき(図5の時刻t5を参照。)、内燃機関10の排気ポート34から第2触媒下流空燃比センサ68までの排気通路51,52及び触媒53,54により形成される空間内に第2リッチ空燃比のガスが充填されている。また、このとき、第1,第2触媒53,54の酸素吸蔵量は共に「0」となっており、同第1,第2触媒53,54の酸素放出機能は共に働かないから、未燃CO,HCが排出され易くなっている。
【0203】
従って、第2リッチ空燃比が前記触媒装置のウインドウ幅の下限値よりも大きく下回っているリーン空燃比であるとすると、この充填されたガスに含まれる未燃CO,HCの量が多く、また、第1,第2触媒53,54の酸素放出機能が働かない状態であって且つ同第1,第2触媒53,54の酸化機能による未燃CO,HCの浄化効率も低下しているので、第2触媒下流空燃比センサ出力リッチ反転時(図5の時刻t5を参照。)直後において未燃CO,HCが大量に大気中に排出されてしまう。
【0204】
これに対し、上記実施形態のように、第2リッチ空燃比を常にその時点における前記触媒装置のウインドウ幅の下限値近傍の空燃比とすることにより、第2触媒下流空燃比センサ出力リッチ反転時直後における前記触媒装置の酸化機能による未燃CO,HCの浄化効率が所定の高い値以上に維持され、同反転時の直後における未燃CO,HCの排出量を極力低減できる。さらには、第2リッチ空燃比が理論空燃比から極力離れた空燃比に設定されるので、同第2リッチ空燃比が予め理論空燃比に近いリッチな空燃比に設定される場合に比して第2触媒54の酸素吸蔵量を消費して「0」に到達させるまでの期間(図5の時刻t4〜t5)を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間(図5の時刻t1〜t7)も短くできる。
【0205】
また、第1リッチ空燃比を、第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比(前記触媒装置の新品時点でのウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比)に設定した(図5の時刻t3〜t4を参照。)。このように第1リッチ空燃比を第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定するのは以下の理由による。
【0206】
即ち、第1触媒上流の空燃比が第1リッチ空燃比に制御されている期間においては、第1触媒53の酸素吸蔵量は時間の経過とともに減少するものの同期間の終了時点までは残存している。一方、この期間の終了時点である第1触媒下流空燃比センサ67の出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点までは、第1触媒53からリッチ空燃比のガスが流出し始めていないので、第2触媒54の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量CUFmaxのまま維持されている。
【0207】
従って、第1リッチ空燃比を上記触媒装置としてのウインドウ幅の下限値よりある程度下回った空燃比に設定しても、第1触媒上流の空燃比が同第1リッチ空燃比に制御されている期間においては、第1触媒53に流入する未燃CO,HCは第1触媒53及び第2触媒54の酸素放出機能により浄化され、大気中に排出されることはない。従って、上記実施形態のように、第1リッチ空燃比を第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比に設定することにより、第1リッチ空燃比が第2リッチ空燃比と同一の空燃比に設定される場合に比して第1触媒53の酸素吸蔵量を消費して「0」に到達させるまでの期間(図5の時刻t3〜t4)を短くすることができ、最大酸素吸蔵量を算出するための期間(図5の時刻t1〜t7)をさらに短くできる。
【0208】
さらには、最上流空燃比センサ66の劣化が進行して同最上流空燃比センサ66の異常が検出されている場合であっても第1触媒53,第2触媒54,及び上記触媒装置が劣化していないという判定を行うので、各触媒が劣化していないという判定結果が得られている間は同最上流空燃比センサ66を交換する必要がなく同最上流空燃比センサ66の交換時期を遅らせることができる。また、最上流空燃比センサ66の異常が検出されている場合には各触媒が劣化しているという判定を行わないので、各触媒が劣化したか否かを定する際、誤判定を行うことを防止できる。
【0209】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第1リッチ空燃比、上記第2リッチ空燃比、上記第1リーン空燃比、及び上記第2リーン空燃比は、それぞれ対応する各モード実行中に渡り一定としていたが可変としてもよい。
【0210】
また、上記実施形態においては、第2リーン空燃比及び第2リッチ空燃比を、劣化指標値である前回の触媒劣化判定時にて既に推定されている触媒全体の最大酸素吸蔵量Cmaxallの値に応じて変更していたが、第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmaxの値、第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxの値、又は第1触媒53の最大酸素吸蔵量CSCmaxの値及び第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxの値の各々に対して所定の重み付けをしてそれらを加算した値を劣化指標値として採用し、これらの値に応じて第2リーン空燃比及び第2リッチ空燃比を変更してもよい。
【0211】
この場合、例えば、第2触媒54の最大酸素吸蔵量CUFmaxの値を劣化指標値として採用するときには、第2リーン空燃比を第2触媒54の劣化度に応じて狭くなる同第2触媒54のその時点におけるウインドウ幅の上限値近傍の空燃比に、第2リッチ空燃比を同第2触媒54のその時点におけるウインドウ幅の下限値近傍の空燃比に、第1リーン空燃比を同第2触媒54の新品時点におけるウインドウ幅の上限値を若干上回った空燃比に、第1リッチ空燃比を同第2触媒54の新品時点におけるウインドウ幅の下限値を若干下回った空燃比になるように設定してもよい。
【0212】
また、上記実施形態においては、第2リーン空燃比及び第2リッチ空燃比を、図示しない第1触媒53の温度を取得する第1触媒温度取得手段により取得される同第1触媒53の温度及び/又は図示しない第2触媒54の温度を取得する第2触媒温度取得手段により取得される同第2触媒の温度に応じて変化する値に基いて変更してもよい。
【0213】
また、上記実施形態においては、第1,第2触媒53,54の各々の最大酸素吸蔵量CSCmax,CUFmaxを、最上流空燃比センサ66の出力vabyfsの値に基いて推定していたが、同最上流空燃比センサ66の異常が検出されている場合、各モード実行中に渡り一定とされる既知である第1触媒上流空燃比の値に基いて推定してもよい。具体的には、例えば、図5の第3モード(時刻t3〜t4)においては、第1触媒上流空燃比は一定の第1リッチ空燃比(stoich/1.02)であるから、時刻t3〜t4までの時間をΔt3、第1リッチ空燃比をabyfR1、その間における単位時間当りの燃料供給量をmfr3とすれば、上記数1及び上記数2から、最大酸素吸蔵量CSCmax3は0.23・mfr3・(stoich − abyfR1)・Δt3として求めてもよい。
【0214】
また、上記実施形態においては、触媒劣化判定条件が成立したときに、その時点の第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2に拘らず第1触媒上流空燃比を第1リーン空燃比に設定していたが、触媒劣化判定条件成立時における第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2に応じて、酸素吸蔵量推定のために最初に設定される第1触媒上流空燃比を異なる空燃比に設定することが、エミッションを低減する上で好ましい。
【0215】
具体的に述べると、触媒劣化判定条件が成立したとき、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2が共にリッチな空燃比であることを示している場合には、上記実施形態のとおり、第1モードから第1触媒上流空燃比の制御を始める。即ち、第1触媒上流空燃比を第1リーン空燃比とする。
【0216】
一方、触媒劣化判定条件が成立したとき、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリーン、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリッチであることを示している場合、第1触媒上流空燃比を第2リーン空燃比とする第2モードから制御を開始する。
【0217】
また、触媒劣化判定条件が成立したとき、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2が共にリーンな空燃比であることを示している場合には、第1触媒上流空燃比を第1リッチ空燃比とする第3モードから制御を開始する。この場合、最初の第3モード,第4モードにおいて推定される最大酸素吸蔵量は正確ではないので、同最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定には使用せず、第6モードの終了後に再度第3モード,第4モードを順に実行して各モードで各最大酸素吸蔵量を測定し、それらの最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定に使用することが好ましい。なお、この場合、最初の第5モードで得られる第1触媒53の最大酸素吸蔵量は第1触媒第1最大酸素吸蔵量、次の第6モードで得られる第2触媒54の最大酸素吸蔵量は第2触媒第1最大酸素吸蔵量、次の第3モードで得られる第1触媒53の最大酸素吸蔵量は第1触媒第2最大酸素吸蔵量、次の第4モードで得られる第2触媒54の最大酸素吸蔵量は第2触媒第2最大酸素吸蔵量に相当する。
【0218】
そして、第1触媒第1最大酸素吸蔵量と第1触媒第2最大酸素吸蔵量とに基づいて(例えば、それらの平均値に基づいて)、第1触媒53が劣化しているか否かを判定し、第2触媒第1最大酸素吸蔵量と第2触媒第2最大酸素吸蔵量とに基づいて(例えば、それらの平均値に基づいて)、第2触媒54が劣化しているか否かを判定してもよい。また、これら4つの最大酸素吸蔵量(の平均値)に基づいて、第1触媒53と第2触媒54とを一つの触媒装置とみなしたときの、同触媒装置が劣化しているか否かを判定してもよい。
【0219】
更に、触媒劣化判定条件が成立したとき、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリッチ、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンであることを示している場合、第1触媒上流空燃比を第2リッチ空燃比とする第4モードから制御を開始する。この場合、最初の第4モードにおいて推定される最大酸素吸蔵量は正確ではないので同最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定には利用しないように構成する。そして、第5、第6モードの実行後に第3、第4モードを実行し、これらのモードにおいて推定された最大酸素吸蔵量を触媒劣化判定に使用するように構成することが好適である。なお、この場合(触媒劣化判定条件が成立したとき、第1触媒下流空燃比センサ出力Voxs1がリッチ、及び第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンであることを示している場合)には、NOxの排出量を低減するため、第1リッチ空燃比から制御を開始し、第2触媒下流空燃比センサ出力Voxs2がリーンからリッチを示す値に反転した時点から、上記第5、6、3、4モードを順に実行して最大酸素吸蔵量を求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による触媒劣化判定方法を実行する排気浄化装置(触媒劣化判定装置)を搭載した内燃機関の概略図である。
【図2】図1に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気量との関係を示したマップである。
【図3】図1に示した最上流空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図4】図1に示した第1触媒下流空燃比センサ、及び第2触媒下流空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図5】図1に示した触媒劣化判定装置が触媒劣化判定を実行する際の制御される第1触媒上流の空燃比、各空燃比センサの出力、各触媒の酸素吸蔵量の変化を示したタイムチャートである。
【図6】図1に示したCPUが実行する燃料噴射量計算のためのルーチンを示したフローチャートである。
【図7】図1に示したCPUが実行する空燃比フィードバック補正量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図8】図1に示したCPUが実行するサブフィードバック制御量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図9】図1に示したCPUが実行する触媒劣化判定を開始するか否かを決定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図10】図1に示したCPUが実行する第1モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図11】図1に示したCPUが実行する第2モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図12】図1に示したCPUが実行する第3モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図13】図1に示したCPUが実行する第4モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図14】図1に示したCPUが実行する第5モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図15】図1に示したCPUが実行する第6モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図16】図1に示したCPUが実行する酸素吸蔵量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図17】図1に示したCPUが実行する最上流空燃比センサの異常判定及び触媒劣化判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
10…内燃機関、25…燃焼室、39…インジェクタ、52…エキゾーストパイプ(排気管)、53…三元触媒(第1触媒、前段触媒)、54…三元触媒(第2触媒、後段触媒)、66…最上流空燃比センサ、67…第1触媒下流空燃比センサ、68…第2触媒下流空燃比センサ、70…電気制御装置、71…CPU。

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
    前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサと、
    を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
    前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
    前記触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し、
    その後、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更されるリッチ空燃比に制御し、
    前記触媒上流の空燃比が前記リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
  2. 内燃機関の排気通路に配設された第1触媒と、
    前記第1触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第1触媒下流空燃比センサと、
    前記第1触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒と、
    前記第2触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒下流空燃比センサと、
    を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
    前記第1触媒の酸化還元能力の程度、及び/又は前記第2触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
    前記第1触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するとともに、前記第2触媒が内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように前記第1触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し、
    その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチな第1リッチ空燃比に制御し、
    その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリッチであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第2リッチ空燃比に制御し、
    前記第1触媒上流の空燃比が前記第1リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記第1触媒上流の空燃比が前記第2リッチ空燃比に制御されていることを利用して前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第1触媒及び前記第2触媒のうちの少なくとも一つ及び/又は同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
  3. 請求項2に記載の触媒劣化判定方法において、
    前記第1リッチ空燃比は、前記第2リッチ空燃比よりもリッチな空燃比であることを特徴とする触媒劣化判定方法。
  4. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
    前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された触媒下流空燃比センサと、
    を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
    前記触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
    前記触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御し、
    その後、前記触媒上流の空燃比を、前記触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更されるリーン空燃比に制御し、
    前記触媒上流の空燃比が前記リーン空燃比に制御されていることを利用して前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記推定した触媒の最大酸素吸蔵量に基いて前記触媒が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
  5. 内燃機関の排気通路に配設された第1触媒と、
    前記第1触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第1触媒下流空燃比センサと、
    前記第1触媒下流空燃比センサよりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒と、
    前記第2触媒よりも下流の前記排気通路に配設された第2触媒下流空燃比センサと、
    を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒劣化判定方法であって、
    前記第1触媒の酸化還元能力の程度、及び/又は前記第2触媒の酸化還元能力の程度に応じて変化する酸化還元能力指標値を取得し、
    前記第1触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するとともに、前記第2触媒が内部に吸蔵している酸素を完全に放出するように前記第1触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御し、
    その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第1触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンな第1リーン空燃比に制御し、
    その後、前記第1触媒上流の空燃比を、前記第2触媒下流空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す時点まで、理論空燃比よりもリーンであって前記酸化還元能力指標値に応じて変更される第2リーン空燃比に制御し、
    前記第1触媒上流の空燃比が前記第1リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第1触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記第1触媒上流の空燃比が前記第2リーン空燃比に制御されていることを利用して前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記推定した第1触媒の最大酸素吸蔵量及び前記推定した第2触媒の最大酸素吸蔵量の少なくとも一つに基いて、前記第1触媒及び前記第2触媒のうちの少なくとも一つ及び/又は同第1触媒及び同第2触媒からなる触媒装置が劣化しているか否かを判定する触媒劣化判定方法。
  6. 請求項5に記載の触媒劣化判定方法において、
    前記第1リーン空燃比は、前記第2リーン空燃比よりもリーンな空燃比であることを特徴とする触媒劣化判定方法。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の触媒劣化判定方法であって、
    前記触媒劣化判定方法が適用される内燃機関の排気浄化装置は、前記触媒又は前記第1触媒よりも上流の前記排気通路に配設された触媒上流空燃比センサと、前記触媒上流空燃比センサの異常を検出する触媒上流空燃比センサ異常検出手段とを備え、
    前記触媒又は前記第1触媒及び前記第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定するにあたり、前記触媒上流空燃比センサの出力に基いて同触媒又は同第1触媒及び同第2触媒の最大酸素吸蔵量を推定し、
    前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて判定対象である触媒が劣化しているという判定をすべき状態にあり、且つ前記触媒上流空燃比センサの異常が検出されている場合には同触媒が劣化しているという判定を行わず、前記推定された最大酸素吸蔵量に基いて前記判定対象である触媒が劣化していないという判定をすべき状態にある場合には同触媒上流空燃比センサの異常が検出されているか否かに拘わらず同触媒が劣化していないという判定を行う触媒劣化判定方法。
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