JP2004204809A

JP2004204809A - エンジンの触媒劣化診断装置

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Publication number: JP2004204809A
Application number: JP2002377185A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Koba; 勝彦木場; Showa Yamazaki; 将和山崎
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】燃料カット直前に触媒に供給された空気量の違いを反映してより正確な劣化診断を行うこと。
【解決手段】触媒劣化診断装置は、触媒１７の下流側の酸素濃度を検出するＯ２センサ２４と、エンジン１に供給される空気量を検出するための吸気圧センサ２２及び回転速度センサ２５と、電子制御装置（ＥＣＵ）３０とを備える。ＥＣＵ３０は、運転状態に基づき診断条件成立を判断したとき、燃料カットから燃料リカバまでの継続時間を計測し、燃料リカバ後の酸素濃度の検出値につき単位時間当たりの上昇勾配を算出する。ＥＣＵ３０は、燃料カット直前の空気量の検出値と、継続時間の計測値とに基づき判定値を設定する。ＥＣＵ３０は、上記上昇勾配を上記判定値と比較して触媒劣化を診断する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの排気通路に設けられる触媒の劣化を診断するエンジンの触媒劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の触媒劣化診断装置として、例えば、下記の特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された装置は、触媒の下流側に配設されたリア空燃比センサの出力値に基づいて触媒の劣化を診断する。この装置は、運転状態に基づき診断条件が成立したか否かを判断する診断条件判断手段と、診断条件が成立しているときに、燃料カットからの燃料リカバ後に、リア空燃比センサの出力値が設定値に達するまでの時間に基づき触媒の劣化を診断する診断手段とを備える。この診断手段は、燃料カットの継続時間が長いほど、長い時間の判定値を設定し、燃料カットから燃料リカバ後に、リア空燃比センサの出力値が設定値に達するまでの時間が上記判定値よりも短いとき、触媒の劣化と診断する。ここでは、燃料カットの継続時間に応じて判定値を設定しているので、その継続時間の違いにより異なる触媒酸素貯蔵量の差を補償し、触媒の劣化を正確に診断するようにしている。
【０００３】
この劣化診断の原理を以下に説明する。エンジンで燃料カットが行われると、触媒の持つ酸素貯蔵能力により触媒に多くの酸素が貯蔵される。ここで、触媒の劣化が進行すると、その酸素貯蔵能力が低下し、触媒に貯蔵される酸素量が減少する。このため、触媒の劣化が進行するにしたがい、燃料カットからの燃料リカバ後に、リア空燃比センサの出力値が設定値に達するまでの時間が短くなる。この時間を計測して判定値と比較することにより、触媒の劣化を判定することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９３０号公報（第２−８頁，図１〜４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特許文献１に記載の触媒劣化診断装置は、燃料カットの継続時間に応じて判定値を設定することにより、触媒の酸素貯蔵量の差を補償するようにしている。しかし、触媒による酸素貯蔵量は、燃料カット直前に触媒に供給された空気量の違いによっても変わる。これは、供給される空気量の違いにより触媒の温度が変わり、触媒の酸素貯蔵能力が変わるためである。従って、特許文献１に記載の装置では、燃料カット直前に触媒に供給された空気量の違いを考慮したより正確な診断を行うことができなかった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の装置は、リア空燃比センサの出力値が設定値に達するまでの時間の計測を、燃料リカバ時から開始している。ところが、燃料リカバ時におけるセンサ出力値は、通常は零に近い値を示すが、この出力値がリア空燃比センサの製品公差により多少ばらつくことがある。そうすると、センサ出力値が設定値に達するまでの時間の計測開始時期にずれが出て、その分だけ計測時間に誤差が生じ、誤って劣化診断が行われるおそれがあった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、燃料カット直前に触媒に供給された空気量の違いを反映してより正確な劣化診断を行うことを可能としたエンジンの触媒劣化診断装置を提供することにある。
この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、酸素濃度の検出値に係る上昇勾配をより正確に算出することにより劣化診断の精度を向上させることを可能としたエンジンの触媒劣化診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの排気通路に設けられる触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置であって、触媒の下流側における酸素濃度を検出するための酸素検出手段と、エンジンに供給される空気量を検出するための空気量検出手段と、エンジンの運転状態に基づき診断条件の成立を判断するための診断条件判断手段と、診断条件の成立が判断されたとき、エンジンの燃料カットから燃料リカバまでの継続時間を計測するための計時手段と、燃料リカバ後における酸素濃度の検出値につき単位時間当たりの上昇勾配を算出するための上昇勾配算出手段と、燃料カット直前における空気量の検出値と、継続時間の計測値とに基づき判定値を設定するための判定値設定手段と、算出された上昇勾配を設定された判定値と比較することにより触媒の劣化を診断するための診断手段とを備えたことを趣旨とする。
ここで、「燃料カット」とは、エンジンに対する燃料供給を遮断する処理であり、一般には、エンジンが減速されるときに実行される。「燃料リカバ」とは、燃料カットから燃料供給を回復する処理であり、一般には、エンジンが減速から加速へ移行するときに実行される。
【０００９】
上記発明の構成によれば、運転時にエンジンに供給される空気量が空気量検出手段により検出される。また、排気通路に設けられた触媒の下流側では、酸素濃度検出手段により酸素濃度が検出される。ここで、診断条件判断手段により、エンジンの運転状態に基づき診断条件の成立が判断されると、エンジンの燃料カットから燃料リカバまでの継続時間が計時手段により計測される。そして、上昇勾配算出手段により、燃料リカバ後において上記検出される酸素濃度の検出値につき単位時間当たりの上昇勾配が算出される。ここで、燃料カット直前において上記検出された空気量の検出値と、上記継続時間の計測値とに基づいて判定値設定手段により判定値が設定される。そして、診断手段により、上昇勾配が判定値と比較されることにより触媒の劣化が診断される。従って、上昇勾配と比較される判定値が、燃料カットの継続時間と共に、燃料カット直前に触媒に供給された空気量を要素として設定されることから、実際に触媒に貯蔵された酸素量の違いを劣化診断に反映させることが可能となる。
【００１０】
上記第２の目的を達成するために、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、上昇勾配算出手段は、燃料リカバ後に、酸素濃度の検出値が所定の低設定値から所定の高設定値に達するまでの上昇時間を計測し、高設定値と低設定値との差を上昇時間の計測値により除算することにより上昇勾配を算出することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、上昇勾配を算出するための上昇時間が、所定の低設定値から所定の高設定値までの間で計測される。従って、請求項１に記載の発明の作用に加え、酸素濃度検出手段の製品公差によりその検出値が多少ばらついても、燃料リカバ後に、低設定値と高設定値が一律の基準となり、計測開始時期にずれがなくなり、その分だけ上昇時間の計測誤差がなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジンの触媒劣化診断装置を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１に、自動車に搭載されたエンジンシステムの概略構成図を示す。多気筒のエンジン１は周知の構造を有するレシプロタイプのものであり、この実施の形態では、１番気筒＃１〜６番気筒＃６の６気筒を有する。エンジン１は、吸気通路２を通じて吸入される燃料と空気との可燃混合気を、各気筒＃１〜＃６の燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路３を通じて排出させることにより、ピストン（図示しない）を動作させてクランクシャフト４を回転させ、動力を得るようになっている。
【００１４】
吸気通路２に設けられたスロットルバルブ５は、同通路２を通じて各気筒＃１〜＃６に吸入される空気量（吸気量）ＧＡを調節するために開閉される。このバルブ５は、運転席に設けられたアクセルペダル６の操作に連動して作動する。スロットルバルブ５に対して設けられたスロットルセンサ２１は、このバルブ５の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気通路２に設けられた吸気圧センサ２２は、スロットルバルブ５より下流の吸気通路２における吸気圧ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。
【００１５】
各気筒＃１〜＃６に対応して設けられた複数の燃料噴射弁（インジェクタ）７は、各気筒＃１〜＃６の吸気ポートに対して燃料を噴射する。これらインジェクタ７は、一つのデリバリパイプ８に接続される。デリバリパイプ８には、燃料タンク９に内蔵された燃料ポンプ１３が燃料パイプ１４を介して接続される。燃料パイプ１４の途中には、燃料フィルタ１５が設けられる。燃料タンク９の中の燃料は、燃料ポンプ１３により燃料パイプ１４へ吐出され、燃料フィルタ１５で異物が除去された後、デリバリパイプ８へ圧送されて各インジェクタ７へ分配される。分配された燃料は、各インジェクタ７が作動することにより、吸気ポートへ噴射され、空気との可燃混合気を形成して各気筒＃１〜＃６に取り込まれる。
【００１６】
各気筒＃１〜＃６に対応してエンジン１に設けられた複数の点火プラグ１０は、ディストリビュータ１１から分配される点火信号を受けて作動する。ディストリビュータ１１は、イグナイタ１２から出力される高電圧をクランクシャフト４の回転角、すなわち「クランク角（°ＣＡ）」の変化に対応して各点火プラグ１０へ分配する。各点火プラグ１０による点火時期は、イグナイタ１２から出力される高電圧の出力タイミングにより決定される。つまり、イグナイタ１２が制御されることにより、各気筒＃１〜＃６における各点火プラグ１０の点火時期が制御される。
【００１７】
排気通路３に設けられた触媒コンバータ１６は、エンジン１から排出される排気を浄化するための三元触媒１７を内蔵する。周知のように、三元触媒１７は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行う。これにより排気中の有害ガス三成分（ＣＯ，ＨＣ、ＮＯｘ）を、無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）に清浄化する。三元触媒１７の持つ排気清浄化特性は、エンジン１における設定空燃比により大きく変わる。すなわち、空燃比が薄いときには、燃焼後の酸素（Ｏ₂）の量が多くなり、酸化作用が活発に、還元作用が不活発になる。この酸化と還元のバランスがとれたとき（理論空燃比に近付いたとき）、三元触媒１７は最も有効に働くことになる。
【００１８】
排気通路３において、三元触媒１７の上流側にはフロントＯ２センサ２３が、下流側にはリヤＯ２センサ２４がそれぞれ設けられる。フロントＯ２センサ２３は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号（出力電圧Ｖ）を出力する。リヤＯ２センサ２４は、三元触媒１７を通過した排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号（出力電圧Ｖ）を出力するものであり、本発明の酸素濃度検出手段に相当する。
【００１９】
ディストリビュータ１１に設けられた回転速度センサ２５は、クランクシャフト４の角速度、すなわち、エンジン回転速度ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。ディストリビュータ１１には、クランクシャフト４の回転に連動して回転し外周に複数の歯を有するロータ（図示しない）が内蔵される。回転速度センサ２５は、このロータと、ロータの外周に対向配置された電磁ピックアップ（図示しない）とを備える。このロータの回転に伴い電磁ピックアップが各歯の通過を検出する毎に、回転速度センサ２５から一つのパルス信号が出力される。この実施の形態では、クランク角が３０°ＣＡ進む毎に、回転速度センサ２５から一つのパルス信号が出力される。
【００２０】
同じく、ディストリビュータ１１には、ロータの回転に応じてクランク角の変化を所定の割合で検出するための気筒判別センサ２６が設けられる。この実施の形態では、１番気筒＃１〜６番気筒＃６の全てがそれぞれ燃焼行程を終了するまでにクランクシャフト４が２回転するものとして、７２０°ＣＡ毎の割合で、気筒判別センサ２６から基準位置信号ＧＳとしての一つのパルス信号が出力される。
【００２１】
エンジン１に設けられ水温センサ２７は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。この冷却水温ＴＨＷは、エンジン１の温度状態を反映している。
【００２２】
この実施の形態で、前述した各種センサ２１〜２７は、エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する。この実施の形態で、吸気量ＧＡは、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とから換算される。従って、この実施の形態で、吸気圧センサ２２及び回転速度センサ２５は、エンジン１に供給される空気量（吸気量ＧＡ）を検出するための本発明の空気量検出手段を構成する。
【００２３】
運転席に設けられた警告ランプ１８は、三元触媒１７の劣化を運転者に警告するために点灯される。
【００２４】
この実施の形態で、電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、各種センサ２１〜２７から出力される各種信号を入力する。ＥＣＵ３０は、これら入力信号に基づいて空燃比制御を含む燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行し、各インジェクタ７及びイグナイタ１２をそれぞれ制御する。併せて、ＥＣＵ３０は、上記各種信号に基づいて触媒劣化診断処理を実行し、警告ランプ１８を制御する。
【００２５】
ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ７を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御することである。空燃比制御とは、少なくともフロントＯ２センサ２３からの出力電圧Ｖに基づいて、各インジェクタ７を制御することにより、エンジン１の空燃比を理論空燃比等の所定の空燃比にフィードバック制御することである。この燃料噴射制御は、「燃料カット」の処理を含む。「燃料カット」とは、エンジン１に対する燃料供給を遮断するために各インジェクタ７からの燃料噴射を強制的に停止させる処理である。この実施の形態では、アクセルペダル６の踏み込みが解除されて、スロットルセンサ２１によりスロットルバルブ５の全閉が検出されたときに、燃料カットの処理が実行される。「燃料リカバ」とは、燃料カットから燃料供給を回復するために各インジェクタ７からの燃料噴射を再開させる処理である。この実施の形態では、アクセルペダル６が再び踏み込まれて、スロットルセンサ２１により全閉以外のスロットル開度ＴＡが検出されたときに、燃料リカバの処理が実行される。この実施の形態では、燃料噴射制御において、燃料カットが実行されるときに、燃料カットフラグＸＦＣが「ＯＮ」となり、燃料リカバとなるときに、燃料カットフラグＸＦＣが「ＯＮ」から「ＯＦＦ］に戻る。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じてイグナイタ１２を制御することにより、各点火プラグ１０による点火時期を制御することである。
【００２６】
触媒劣化診断処理とは、エンジン１の空燃比が所定の理論空燃比にフィードバック制御されるときに実行されるものであり、吸気圧センサ２２、フロントＯ２センサ２３、リヤＯ２センサ２４、回転速度センサ２５及び水温センサ２７からの各種信号に基づいて三元触媒１７の劣化を診断することである。
【００２７】
三元触媒１７は、それを通過する排気中の酸素濃度Ｏｘが高いときに（排気中の空燃比がリーンとなるときに）排気中の酸素を吸着し、その反対に、排気中の酸素濃度Ｏｘが低いときに（排気中の空燃比がリッチとなるときに）吸着した酸素を放出する酸素貯蔵作用を示す。このため、三元触媒１７の上流側では、排気中の酸素濃度Ｏｘが比較的短い周期で高濃度と低濃度との間を変動する。このとき、三元触媒１７に劣化がなければ（正常時）、三元触媒１７の下流側における排気中の酸素濃度Ｏｘは、同触媒１７の酸素貯蔵作用により比較的長い周期で高濃度と低濃度との間を緩やかに変動する。これに対し、三元触媒１７に劣化があると（異常時）、同触媒１７の酸素貯蔵能力が低下することから、同触媒１７の下流側における排気中の酸素濃度Ｏｘは、比較的短い周期で高濃度と低濃度との間を急峻に変動する。
【００２８】
ここで、エンジン１の減速時に燃料カットが行われると、エンジン１の各気筒＃１〜＃６で可燃混合気が燃焼しなくなり、エンジン１から排気通路３へ排出される排気中の酸素濃度Ｏｘが比較的高くなる。このため、ほとんどの酸素が三元触媒１７に吸着され、同触媒１７の下流側では、酸素濃度Ｏｘがほぼ最低値に近くなる。その後、燃料カットから燃料リカバとなると、三元触媒１７に吸着されていた酸素が放出されはじめ、同触媒１７の下流側では、排気中の酸素濃度Ｏｘが上昇し始める。このとき、三元触媒１７に劣化がなければ、上記したように同触媒１７の下流側で酸素濃度Ｏｘが緩やかに変動することから、その立ち上がり時の上昇勾配は相対的に小さくなる。これに対し、三元触媒１７に劣化があれば、上記したように同触媒１７の下流側で酸素濃度Ｏｘが急峻に変動することから、その立ち上がり時の上昇勾配は相対的に大きくなる。従って、燃料リカバ後におけるリヤＯ２センサ２４の検出値につき単位時間当たりの上昇勾配を所定の判定値と比較することにより、三元触媒１７の劣化を診断することができる。この実施の形態では、上記原理に基づいて三元触媒１７の劣化を診断する。
【００２９】
この実施の形態で、ＥＣＵ３０は、本発明の診断条件判断手段、計時手段、上昇勾配算出手段、判定値設定手段及び診断手段を構成する。周知のようにＥＣＵ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等を備える。ＲＯＭは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。ＥＣＵ（ＣＰＵ）３０は、これら制御プログラムに従い前述した各種制御等を実行する。
【００３０】
次に、ＥＣＵ３０が実行する触媒劣化診断処理の内容について説明する。図２に「触媒劣化診断ルーチン」をフローチャートに示す。ＥＣＵ３０は、このルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。
【００３１】
まず、ステップ１００で、ＥＣＵ３０は、触媒劣化の診断条件が成立したか否かを判断する。ＥＣＵ３０は、この診断条件成立をエンジン１の運転状態に基づいて判断する。具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン１の暖機が完了したことを診断条件の一つとして、その成立を水温センサ２７により検出される冷却水温ＴＨＷの値に基づいて判断する。併せて、ＥＣＵ３０は、空燃比フィードバック制御が実行中であることを診断条件の一つとして、その成立をフロント及びリヤのＯ２センサ２３，２４により検出される酸素濃度Ｏｘの出力電圧Ｖに基づいて判断する。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１００の処理を繰り返す。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１１０へ移行する。この実施の形態で、ステップ１００の処理を実行するＥＣＵ３０は、本発明の診断条件判断手段に相当する。
【００３２】
ステップ１１０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット中であるか否かを判断する。ＥＣＵ３０は、この判断を、上記した燃料カットフラグＸＦＣを参照して行う。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１００の処理へ戻る。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１２０へ移行する。この実施の形態で、ステップ１１０の処理を実行するＥＣＵ３０は、燃料カット判断手段に相当する。
【００３３】
ステップ１２０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット開始直前の吸気量ＧＡの値を読み込む。この実施の形態では、上記した燃料噴射制御にて、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とから吸気量ＧＡが換算される。ＥＣＵ３０は、この換算された吸気量ＧＡの値を読み込む。
【００３４】
ステップ１３０で、ＥＣＵ３０は、燃料カットから燃料リカバまでの継続時間を燃料カット継続時間ＴＣとして計測する。この実施の形態で、ステップ１３０の処理を実行するＥＣＵ３０は、本発明の計時手段に相当する。
【００３５】
ステップ１４０で、ＥＣＵ３０は、燃料カットからの燃料リカバであるか否かを判断する。ＥＣＵ３０は、この判断を、上記した燃料カットフラグＸＦＣを参照して行う。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１００の処理へ戻る。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１５０へ移行する。この実施の形態で、ステップ１４０の処理を実行するＥＣＵ３０は、燃料リカバ判断手段に相当する。
【００３６】
ステップ１５０で、ＥＣＵ３０は、燃料リカバ後にリヤＯ２センサ２４により検出される酸素濃度Ｏｘの出力電圧Ｖが、所定の低設定値Ｖ１から所定の高設定値Ｖ２に達するまでの上昇時間Ｔ１を計測する。この実施の形態で、ステップ１５０の処理を実行するＥＣＵ３０は、上昇時間計測手段に相当する。
【００３７】
ステップ１６０で、ＥＣＵ３０は、上記した高設定値Ｖ２と低設定値Ｖ１との差を、計測された上昇時間Ｔ１の計測値により除算することにより上昇勾配ＶＳを算出する。この実施の形態で、ステップ１６０の処理を実行するＥＣＵ３０は、除算手段に相当する。また、ステップ１５０，１６０の処理を実行するＥＣＵ３０は、燃料リカバ後における酸素濃度Ｏｘの検出値につき単位時間当たりの上昇勾配ＶＳを算出するための本発明の上昇勾配算出手段に相当する。
【００３８】
ステップ１７０で、ＥＣＵ３０は、図３に示すような異常判定マップを参照することにより、燃料カット直前における吸気量ＧＡの検出値（換算値）と、燃料カット継続時間ＴＣの計測値とに基づき異常判定値ＤＡを設定する。図３に示すように、異常判定マップは、吸気量ＧＡと燃料カット継続時間ＴＣとの関係をリヤＯ２センサ２４による出力電圧Ｖの勾配で表したものである。この実施の形態で、ステップ１７０の処理を実行するＥＣＵ３０は、本発明の判定値設定手段に相当する。
【００３９】
その後、ステップ１８０で、ＥＣＵ３０は、算出された上昇勾配ＶＳの値が設定された異常判定値ＤＡより大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、三元触媒１７に異常があるものと判定し、処理をステップ１９０へ移行する。この実施の形態で、ステップ１８０の処理を実行するＥＣＵ３０は、本発明の診断手段に相当する。
【００４０】
ステップ１９０で、ＥＣＵ３０は、バックアップＲＡＭに異常コードを記録する。この異常コードは、エンジン１の保守点検時にバックアップＲＡＭから他の記録データとともに読み出されることにより、三元触媒１７に異常があることを作業者に知らせることができる。また、ステップ２００で、ＥＣＵ３０は、異常を警報するために警告ランプ１８を点灯し、その後の処理を一旦終了する。このステップ１９０，２００の処理を実行するＥＣＵ３０は、三元触媒１７に異常があることを報知するための異常報知手段に相当する。
【００４１】
一方、ステップ１８０の判断結果が否定である場合、ステップ２１０で、ＥＣＵ３０は、図４に示すような正常判定マップを参照することにより、燃料カット直前における吸気量ＧＡの検出値（換算値）と、燃料カット継続時間ＴＣの計測値とに基づき正常判定値ＤＮを設定する。図４に示すように、正常判定マップも、吸気量ＧＡと燃料カット継続時間ＴＣとの関係をリヤＯ２センサ２４による出力電圧Ｖの勾配で表したものである。この実施の形態でも、ステップ２１０の処理を実行するＥＣＵ１０は、本発明の判定値設定手段に相当する。
【００４２】
その後、ステップ２２０で、ＥＣＵ３０は、算出された上昇勾配ＶＳの値が設定された正常判定値ＤＮより大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、三元触媒１７が正常であると判定し、処理をステップ２３０へ移行する。この実施の形態で、ステップ２２０の処理を実行するＥＣＵ３０は、本発明の診断手段に相当する。
【００４３】
そして、ステップ２３０で、ＥＣＵ３０は、バックアップＲＡＭに正常コードを記録する。この正常コードは、エンジン１の保守点検時にバックアップＲＡＭから他の記録データとともに読み出されることにより、三元触媒１７が正常であることを作業者に知らせることができる。また、ステップ２４０で、ＥＣＵ３０は、正常であることを知らせるために警告ランプ１８を消灯し、その後の処理を一旦終了する。この実施の形態で、ステップ２３０，２４０の処理を実行するＥＣＵ３０は、三元触媒１７が正常であることを報知するための正常報知手段に相当する。
【００４４】
一方、ステップ２２０の判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、異常・正常の判定を保留するために処理をステップ１００へ戻す。
【００４５】
図５（ａ）〜（ｅ）に、燃料カットフラグＸＦＣ、吸気量ＧＡ、燃料カット継続時間ＴＣ、正常時及び異常時におけるリヤＯ２センサ２４の出力電圧の挙動をタイムチャートに示す。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、燃料カットが開始されて燃料カットフラグＸＦＣが「ＯＮ」となると、図５（ｂ）に示すように、吸気量ＧＡが一旦減少する。同時に、図５（ｃ）に示すように、燃料カット継続時間ＴＣの計測が開始される。また、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、リヤＯ２センサ２４の出力電圧Ｖも一旦低下する。
【００４７】
その後、図５（ａ）に示すように、燃料リカバとなり燃料カットフラグＸＦＣが「ＯＦＦ」になると、図５（ｂ）に示すように、その後の吸気量ＧＡが徐々に増加する。同時に、図５（ｃ）に示すように、燃料カット継続時間ＴＣの計測が終了する。また、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、リヤＯ２センサ２４の出力電圧Ｖが上昇する。
【００４８】
上昇した出力電圧は、低設定値Ｖ１から高設定値Ｖ２に達するまでの上昇時間Ｔ１が計測される。そして、この高設定値Ｖ２と低設定値Ｖ１との差を上昇時間Ｔ１の計測値により除算することにより上昇勾配ＶＳが算出される。正常時には、図５（ｄ）に示すように、リヤＯ２センサ２４の出力電圧Ｖの上昇が緩やかとなることから、その上昇勾配ＶＳは相対的に小さくなる。これに対し、異常時には、図５（ｅ）に示すように、リヤＯ２センサ２４の出力電圧Ｖの上昇が急峻となることから、その上昇勾配ＶＳは相対的に大きくなる。
【００４９】
以上説明した本実施の形態の触媒劣化診断装置によれば、運転時にエンジン１に供給される空気量ＧＡが、それぞれ検出される吸気圧ＰＭ及びエンジン回転速度ＮＥの値により換算される。また、三元触媒１７の下流側では、排気中の酸素濃度Ｏｘが、リヤＯ２センサ２４により検出される。ここで、ＥＣＵ３０により、エンジン１の運転状態に基づいて劣化診断条件の成立が判断されると、燃料カットから燃料リカバまでの燃料カット継続時間ＴＣがＥＣＵ３０により計測される。そして、燃料リカバ後に、酸素濃度Ｏｘの出力電圧Ｖにつき単位時間当たりの上昇勾配ＶＳがＥＣＵ３０により算出される。
【００５０】
ここで、燃料カット直前に得られた空気量ＧＡの値と、計測された燃料カット継続時間ＴＣの値とに基づき、ＥＣＵ３０により異常判定値ＤＡ及び正常判定値ＤＮが設定される。そして、上記算出された上昇勾配ＶＳの値が上記設定された異常判定値ＤＡ及び正常判定値ＤＮと比較されることにより、三元触媒１７が劣化しているか否か、すなわち異常か正常かが診断される。従って、上昇勾配ＶＳと比較される異常判定値ＤＡ及び正常判定値ＤＮが、燃料カット継続時間ＴＣに加えて、燃料カット直前に三元触媒１７に供給された吸気量ＧＡを要素として設定されることから、実際に三元触媒１７に貯蔵される酸素量の違いを劣化診断に反映させることが可能となる。この結果、従来例の触媒劣化診断装置とは異なり、燃料カット直前に三元触媒１７に供給された空気量の違いを反映してより正確な劣化診断を行うことができる。
【００５１】
また、この実施の形態の触媒劣化診断装置によれば、上昇勾配ＶＳを算出するための上昇時間Ｔ１が、所定の低設定値Ｖ１から所定の高設定値Ｖ２までの間で計測される。従って、リアＯ２センサ２４の製品公差によりその検出値が多少ばらついても、燃料リカバ後に、低設定値Ｖ１と高設定値Ｖ２が一律の基準となり、計測開始時期にずれがなくなり、その分だけ上昇時間Ｔ１の計測誤差がなくなる。すなわち、従来例の触媒劣化診断装置のように、センサ出力値が設定値に達するまでの時間の計測開始時期にずれが出て、燃料リカバ後の計測時間に誤差が生じるということがなくなる。このため、上昇勾配ＶＳをより正確に算出することができ、三元触媒１７の劣化診断の精度を向上させることができる。
【００５２】
さらに、この実施の形態の触媒劣化診断装置では、図３に示す異常判定マップと図４に示す正常判定マップの両方を使用して異常判定と正常判定の両方を行っている。このため、異常判定マップのみ、或いは、正常判定マップのみを使用して判定を行う場合に比べ、異常・正常の判定を精度よく行うことができる。
【００５３】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００５４】
（１）前記実施の形態では、吸気圧センサ２２及び回転速度センサ２５の検出値から読み込まれる吸気圧ＰＭ及びエンジン回転速度ＮＥの値により吸気量ＧＡを換算した。これに対し、吸気量ＧＡを、エアフローメータ等の吸気量検出手段により直接検出するようにしてもよい。
【００５５】
（２）前記実施の形態では、異常判定マップと正常判定マップの両方を使用して異常判定と正常判定の両方を行うようにした。これに対し、異常判定マップのみ、または、正常判定マップのみを使用して判定を行うようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、上昇勾配と比較される判定値が、燃料カットの継続時間と共に、燃料カット直前に触媒に供給された空気量を要素として設定されることから、実際に触媒に貯蔵される酸素量の違いを劣化診断に反映させることが可能となり、より正確な劣化診断を行うことができる。
【００５７】
請求項２に記載の発明によれば、酸素濃度検出手段の製品公差によりその検出値が多少ばらついても、燃料リカバ後に、低設定値と高設定値が一律の基準となり、計測開始時期にずれがなくなり、その分だけ上昇時間の計測誤差がなくなる。このため、請求項１に記載の発明の効果に加え、上昇勾配をより正確に算出することができ、劣化診断の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、エンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】触媒劣化診断ルーチンを示すフローチャート。
【図３】異常判定マップを示すグラフ。
【図４】正常判定マップを示すグラフ。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１エンジン
３排気通路
１７三元触媒
２２吸気圧センサ
２４リアＯ２センサ（酸素濃度検出手段）
２５回転速度センサ（２２，２５は空気量検出手段を構成する。）
３０ＥＣＵ（診断条件判断手段，計時手段，上昇勾配算出手段，判定値設定手段，診断手段）

Claims

エンジンの排気通路に設けられる触媒の劣化を診断する触媒劣化診断装置であって、
前記触媒の下流側における酸素濃度を検出するための酸素検出手段と、
前記エンジンに供給される空気量を検出するための空気量検出手段と、
前記エンジンの運転状態に基づき診断条件の成立を判断するための診断条件判断手段と、
前記診断条件の成立が判断されたとき、前記エンジンの燃料カットから燃料リカバまでの継続時間を計測するための計時手段と、
前記燃料リカバ後における前記酸素濃度の検出値につき単位時間当たりの上昇勾配を算出するための上昇勾配算出手段と、
前記燃料カット直前における前記空気量の検出値と、前記継続時間の計測値とに基づき判定値を設定するための判定値設定手段と、
前記算出された上昇勾配を前記設定された判定値と比較することにより前記触媒の劣化を診断するための診断手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの触媒劣化診断装置。
前記上昇勾配算出手段は、前記燃料リカバ後に、前記酸素濃度の検出値が所定の低設定値から所定の高設定値に達するまでの上昇時間を計測し、前記高設定値と前記低設定値との差を前記上昇時間の計測値により除算することにより前記上昇勾配を算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの触媒劣化診断装置。