JP2007056723A - 触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブ制御の開始後に生じ得る、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象を考慮に入れて、触媒の劣化診断を行うことが可能な触媒劣化診断装置を提供する。
【解決手段】 触媒劣化診断装置は、排気通路中に設けられた触媒の劣化診断を行うために利用される装置である。空燃比制御手段は、内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御（アクティブ制御）を行い、酸素吸蔵能力算出手段は、排気通路における空燃比の変化又は酸素濃度の変化に基づいて、排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能力を算出する。判定手段は、算出された酸素吸蔵能力に基づいて、酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じているか否かを判定する。そして、触媒劣化診断手段は、酸素吸蔵能力に基づいて触媒の劣化診断を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、触媒劣化診断装置に関する。

従来から、内燃機関へ供給する空気と燃料のＡ／Ｆ（空燃比）をリッチ（濃空燃比燃焼状態）とリーン（希薄燃焼状態）との間で変化させる空燃比制御（以下、「アクティブ制御」とも呼ぶ。）を実行することによって、排気通路上に設けられた触媒の劣化診断や、触媒の酸素吸蔵能力に対する評価などが行われている。

例えば、特許文献１及び２には、触媒の上流側と下流側の排気通路上にＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）又は酸素センサ（Ｏ_２センサ）を設け、上記のようなアクティブ制御の実行によって得られたセンサの出力に基づいて触媒の劣化診断を行う技術が記載されている。

特開２００３−１４８１３６号公報 特開平５−１０６４９３号公報

ところで、本発明の発明者らは、アクティブ制御の開始後の所定期間内に、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じる場合があることを発見した。しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、アクティブ制御の開始後の所定期間内に算出される酸素吸蔵能力を用いて診断を行っていたため、正常な触媒に対して劣化していると誤診断してしまう可能性があった。

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、アクティブ制御の開始後に生じ得る、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象を考慮に入れて、触媒の劣化診断を行うことが可能な触媒劣化診断装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、触媒劣化診断装置は、内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、前記空燃比制御を行ったときの、排気通路における空燃比の変化又は酸素濃度の変化に基づいて、前記排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能力を算出する酸素吸蔵能力算出手段と、前記酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じているか否かを判定する判定手段と、前記酸素吸蔵能力に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と、を備え、前記触媒劣化診断手段は、前記現象が生じていると判定された際に算出された酸素吸蔵能力を前記劣化診断に用いない。

上記の触媒劣化診断装置は、排気通路中に設けられた触媒の劣化診断を行うために利用される装置である。空燃比制御手段は、内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御（アクティブ制御）を行い、酸素吸蔵能力算出手段は、空燃比制御を行ったときの、排気通路における空燃比の変化又は酸素濃度の変化に基づいて触媒の酸素吸蔵能力を算出する。判定手段は、算出された酸素吸蔵能力に基づいて、酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象（酸素吸蔵能力低下現象）が生じているか否かを判定する。そして、触媒劣化診断手段は、酸素吸蔵能力に基づいて触媒の劣化診断を行う。詳しくは、触媒劣化診断手段は、判定手段によって上記の現象が生じていると判定された際に算出された酸素吸蔵能力を劣化診断に用いない（破棄する）。こうするのは、酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じている際に算出された酸素吸蔵能力は、真の酸素吸蔵能力を示すものでないため、この値を用いて劣化診断を行うと、正常な触媒に対して誤診断してしまう場合があるからである。したがって、上記の触媒劣化診断装置によれば、酸素吸蔵能力が低下する現象を適切に考慮に入れて触媒の劣化診断を行うため、触媒に対する誤診断を防止して、触媒の劣化診断の精度を向上させることが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の一態様では、前記判定手段は、前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満であり、且つ、現在算出された酸素吸蔵能力が所定値未満である場合に、前記現象が生じていると判定する。

この態様では、判定手段は、空燃比制御の開始から酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満であり、且つ、現在算出された酸素吸蔵能力が所定値未満である場合に、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じていると判定する。これにより、触媒劣化診断手段は、最小限の酸素吸蔵能力の破棄回数で、触媒に対する誤診断を防止することが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記判定手段は、前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数に達するまでの期間において、所定値未満であった前記酸素吸蔵能力が前記所定値以上になった場合に、前記空燃比制御の開始から現在まで前記現象が生じていたと判定する。

この態様では、判定手段は、酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数（算出回数判定値）に達するまでの期間において、所定値（低下判定値）未満であった酸素吸蔵能力が所定値以上になった際に、空燃比制御の開始から現在までの間、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じていたと判定する。即ち、判定手段は、酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数に達するまでの期間において、酸素吸蔵能力が継続して所定値未満であった場合には、上記の現象が生じていたと判定しない。このような場合は、上記の現象により酸素吸蔵能力が低下していたのではなく、触媒が劣化しているために酸素吸蔵能力が低下している可能性が高いからである。以上により、触媒劣化診断手段は、触媒に対する誤診断を防止することができると共に、劣化している触媒に対する劣化判定を即座に行うことが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記判定手段は、前記空燃比制御の開始から前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満である場合に、前記現象が生じていると判定する。

この態様では、判定手段は、空燃比制御の開始から酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満である場合に、触媒の酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じていると判定する。こうするのは、酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数に達するまでの期間は、上記の現象が生じる可能性が高いからである。したがって、触媒劣化診断手段は、酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数に達するまでは、算出された酸素吸蔵能力を全て破棄する。これにより、簡便な処理によって、触媒に対する誤判定を防止することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［触媒劣化診断装置の構成］
まず、本発明の実施形態に係る触媒劣化診断装置について、図１を用いて説明する。図１は、触媒劣化診断装置を搭載した車両１０の概略構成を示すブロック図である。

車両１０は、内燃機関１と、触媒２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３と、吸気通路４と、排気通路５と、燃料噴射弁６と、Ａ／Ｆセンサ７と、酸素センサ８と、を備える。

内燃機関１は、燃焼室内の混合気を爆発させて動力を発生する装置である。内燃機関１は、吸気通路４より空気９ａと燃料を導入し、そして、燃料を燃焼した後の排気ガス９ｂを排気通路５へ排出する。内燃機関１としては、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンとすることができる。

触媒２は、排気通路５上に設けられており、内燃機関１から排出される排気ガス９ｂを浄化する。例えば、触媒２は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などを浄化する三元触媒などを用いることができる。

燃料噴射弁６は、内燃機関１に供給する燃料の量（即ち、燃料噴射量）を調整することが可能な装置である。燃料噴射弁６は、後述するＥＣＵ３から供給される制御信号Ｓ３によって制御される。

Ａ／Ｆセンサ７は、触媒２の上流側の排気通路５上に設けられている。Ａ／Ｆセンサ７は、排気ガス９ｂの空燃比を検出し、検出した空燃比に相当する信号Ｓ１をＥＣＵ３に出力する。一方、酸素センサ８は、触媒２の下流側の排気通路５上に設けられている。酸素センサ８は、触媒２を通過した後の排気ガス９ｃ中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に相当する信号Ｓ２をＥＣＵ３に出力する。このように、Ａ／Ｆセンサ７は空燃比検出手段として機能し、酸素センサ８は酸素濃度検出手段として機能する。

ＥＣＵ３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７及び酸素センサ８から出力される信号Ｓ１及びＳ２に基づいて燃料噴射弁６に対して制御信号Ｓ３を供給することにより、空燃比のフィードバック制御、即ちアクティブ制御を実行する。また、ＥＣＵ３は、アクティブ制御の実行中にＡ／Ｆセンサ７から出力される空燃比、及び酸素センサ８から出力される酸素濃度などに基づいて触媒２の劣化診断を行う。本実施形態では、ＥＣＵ３は、空燃比制御手段、酸素吸蔵能力算出手段、判定手段、及び触媒劣化診断手段として機能する。

［アクティブ制御方法］
次に、触媒２の劣化診断する際に実行されるアクティブ制御の基本概念について、図２を用いて説明する。

図２は、ＥＣＵ３が空燃比をリッチとリーンとの間で変化させるアクティブ制御を実行したときに得られるセンサ出力などを示した図であり、横軸は時間を示している。なお、このようなアクティブ制御は、触媒２の劣化診断を行う際に実行される。

図２（ａ）は、Ａ／Ｆセンサ７から出力される空燃比を示している。この場合、Ａ／Ｆセンサ７から出力される空燃比は、内燃機関１から排出される排気ガス９ｂ中の燃料と空気の割合を示している。Ａ／Ｆセンサ７は、空燃比がストイキ（理論空燃比）にあるときに所定値を出力し、空燃比がリッチであるときは出力がその所定値より小さくなり、空燃比がリーンであるときは出力がその所定値より大きくなる。

また、図２（ｂ）は、酸素センサ８から出力される酸素濃度を示している。この場合、酸素センサ８の出力は、触媒２の下流の排気ガス９ｃ中の酸素濃度を示している。図２（ｂ）に示すように、酸素センサ８は、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が大きい（即ち、空燃比がリーン）ときは出力が小さくなり、排気ガス９ｃ中の酸素濃度が小さい（即ち、空燃比がリッチ）ときは出力が大きくなる。

次に、アクティブ制御を具体的に説明する。図２（ａ）と図２（ｂ）に示されるように、アクティブ制御により目標空燃比がストイキ状態から酸素センサ８がリーン出力であるためリッチ状態に変更されたときには（時刻ｔ１ａ）、触媒２がそれまで吸蔵していた酸素を放出するため、排気ガス９ｃ中の酸素濃度は低下せず、酸素センサ８の出力は小さくなる。但し、触媒２が酸素を吸蔵することが可能な量には限界があるので、触媒２が吸蔵していた酸素を全て放出してしまうと排気ガス９ｃ中の酸素濃度は急激に低下し、酸素センサ８の出力は急激に増大する。即ち、酸素センサ８の出力は反転する。そして、酸素濃度の低下により酸素センサ８の出力値が所定の判定値１３ａまで増加すると、ＥＣＵ３は目標空燃比をリッチ状態からリーン状態へと移行させる（時刻ｔ１ｂ）。

リーン状態においては、排気ガス９ｃは酸素が過多の状態となっているが、触媒２がその酸素を吸蔵していくため、排気ガス９ｃ中の酸素濃度は当初は増加しない。しかし、触媒２が限界まで酸素を吸蔵すると、その後は排気ガス９ｃ中の酸素濃度が急激に増加する。即ち、酸素センサ８の出力は反転する。そして、酸素センサ８の出力値が所定の判定値１３ｂまで減少すると、ＥＣＵ３は目標空燃比をリーン状態からリッチ状態へと変更する（時刻ｔ１ｃ）。以後、同様の制御が繰り返される。

このように、触媒２が酸素を放出しきった際に目標空燃比をリーンに切り替えることによって、即座に触媒２に酸素を吸蔵させることができ、触媒２が酸素を吸蔵しきった際に目標空燃比をリッチに切り替えることによって即座に触媒２から酸素を放出させることができる。即ち、このようなアクティブ制御を行うことにより、触媒２から効果的に酸素を放出させることができると共に、触媒２に効果的に酸素を吸蔵させることができる。

図２（ｃ）は、触媒２から放出される酸素の量（酸素放出量）と触媒２が吸蔵した酸素の量（酸素吸蔵量）を示している。酸素放出量及び酸素吸蔵量は、Ａ／Ｆセンサ７からの出力や燃料噴射弁６の開度量などに基づいてＥＣＵ３によって計算される量である。即ち、酸素放出量及び酸素吸蔵量は、排気ガス９ｂ中の空燃比（Ａ／Ｆ）と燃料噴射量などから算出される。

図２（ｃ）に示すように、空燃比がリッチである場合には触媒２は酸素を一定の割合で放出し、空燃比がリーンである場合には触媒２は酸素を一定の割合で吸蔵する。また、酸素センサ８の出力が判定値１３ａに達したとき、言い換えると目標空燃比がリッチからリーンに反転される際に、触媒２は酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。通常は、酸素センサ８の出力が判定値１３ａに達したときに、触媒２は吸蔵している酸素を完全に放出している。更に、酸素センサ８の出力が判定値１３ｂに達したとき、言い換えると目標空燃比がリーンからリッチに反転される際に、触媒２は酸素放出状態から酸素吸蔵状態に切り替わる。通常は、酸素センサ８の出力が判定値１３ｂに達したときに、触媒２は限界まで酸素を吸蔵している。

酸素センサ８の出力が判定値１３ａに達したとき、即ち酸素センサ８の出力が反転したとき、算出される酸素放出量は符号１１で示す量になっている。また、酸素センサ８の出力が判定値１３ｂに達したとき、即ち酸素センサ８の出力が反転したとき、算出される酸素吸蔵量は符号１２で示す量になっている。この場合、酸素放出量１１は、触媒２が吸蔵している酸素を概ね完全に放出した際の酸素量であり、酸素吸蔵量１２は、触媒２が概ね限界まで酸素を吸蔵したときの酸素量である。以下では、酸素放出量１１を「ＯＳＡＲ」と表記し、酸素吸蔵量１２を「ＯＳＡＬ」と表記し、これらをまとめて単に「酸素吸蔵量ＯＳＡ」とも表記する。なお、酸素放出量ＯＳＡＲは、Ａ／Ｆセンサ７の出力における領域１４ａの面積に相当し、酸素吸蔵量ＯＳＡＬは、Ａ／Ｆセンサ７の出力における領域１４ｂの面積に相当する。

ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が判定値１３ａに達したときに酸素放出量ＯＳＡＲを計算すると共に、酸素センサ８の出力が判定値１３ｂに達したときに酸素吸蔵量ＯＳＡＬを計算する。詳しくは、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７の出力に基づいて、酸素放出量ＯＳＡＲ及び酸素吸蔵量ＯＳＡＬを求める。例えば、ＥＣＵ３は、時刻ｔ１ｂにおいて、Ａ／Ｆセンサ７の出力における領域１４ａの面積に基づいて酸素放出量ＯＳＡＲを算出し、時刻ｔ１ｃにおいて、Ａ／Ｆセンサ７の出力における領域１４ｂの面積に基づいて酸素放出量ＯＳＡＬを算出する。

そして、ＥＣＵ３は、算出された酸素放出量ＯＳＡＲ及び酸素吸蔵量ＯＳＡＬに基づいて、触媒２が吸蔵することができる酸素量（以下、この量を「酸素吸蔵能力Ｃmax」と表記する）を算出する。詳しくは、ＥＣＵ３は、酸素放出量ＯＳＡＲと酸素吸蔵量ＯＳＡＬの平均値を酸素吸蔵能力Ｃmaxとする。例えば、ＥＣＵ３は、時刻ｔ１ｃに、領域１４ａの面積に基づいて算出された酸素放出量ＯＳＡＲと、領域１４ｂの面積に基づいて算出された酸素吸蔵量ＯＳＡＬとから酸素吸蔵能力Ｃmaxを求める。更に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ１ｄに、領域１４ｂの面積に基づいて算出された酸素放出量ＯＳＡＬと、領域１４ｃの面積に基づいて算出された酸素吸蔵量ＯＳＡＲとから酸素吸蔵能力Ｃmaxを求める。即ち、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が反転するごとに、酸素吸蔵量ＯＳＡを計算すると共に、前回得られた酸素吸蔵量ＯＳＡと今回得られた酸素吸蔵量ＯＳＡに基づいて酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出する。

このようにして求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxに基づいて、ＥＣＵ３は、触媒２の劣化診断を行う。例えば、ＥＣＵ３は、求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxが所定値（以下、「劣化判定値」と呼ぶ。）以上である場合に、触媒２が正常であると判定し、酸素吸蔵能力Ｃmaxが劣化判定値未満である場合には、触媒２が劣化していると判定する。

［酸素吸蔵能力低下現象］
次に、アクティブ制御の開始後の所定期間内に触媒２の酸素吸蔵能力Ｃmaxが一時的に低下する現象（以下、「酸素吸蔵能力低下現象」とも呼ぶ。）について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図３（ｂ）は算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示している。この場合、時刻ｔ２ａにおいてアクティブ制御を開始している。具体的には、Ａ／Ｆセンサ７は、符号２０ａ〜２０ｄで示すように出力しており、このような出力に基づいて符号２１ａ〜２１ｃで示すような酸素吸蔵能力Ｃmaxが得られる。

図３（ａ）より、時刻ｔ２ｂ〜ｔ２ｃの期間に得られる符号２０ｂで示す酸素吸蔵量ＯＳＡが、他の期間で得られる酸素吸蔵量ＯＳＡよりも小さいことがわかる。そのために、時刻ｔ２ａ〜ｔ２ｃまでのＡ／Ｆセンサ７の出力に基づいて算出される符号２１ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmax、及び時刻ｔ２ｂ〜ｔ２ｄまでのＡ／Ｆセンサ７の出力に基づいて算出される符号２１ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxが、符号２２で示す酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値よりも小さくなっている。しかしながら、時刻ｔ２ｃ〜ｔ２ｄの期間に得られる符号２０ｃで示す出力、及び時刻ｔ２ｄ〜ｔ２ｅの期間に得られる符号２０ｄで示す出力が大きくなるため、これらを用いて算出される符号２１ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxが、符号２２で示す酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値よりも大きくなっていることがわかる。以上から、アクティブ制御の開始後の所定期間内に、酸素吸蔵能力Ｃmaxが一時的に低下していることがわかる。

このような触媒２の酸素吸蔵能力Ｃmaxの一時的な低下は、例えば、リッチ制御によって触媒２の酸素吸蔵量ＯＳＡが概ね「０」である状態が継続した後に、アクティブ制御を実行した場合などに生じ得ることがわかっている。即ち、このような酸素吸蔵能力Ｃmaxの一時的な低下は、触媒２が劣化しているために生じているのではない（触媒２が本当に劣化している場合には、酸素吸蔵能力Ｃmaxは一時的ではなく継続して小さな値を示す）。言い換えると、アクティブ制御の開始直後において、酸素吸蔵能力Ｃmaxが小さな値を示した場合には、この酸素吸蔵能力Ｃmaxは、触媒２の真の酸素吸蔵能力Ｃmaxを示すものではない可能性がある。

［触媒劣化診断処理]
次に、本実施形態に係る触媒劣化診断処理について説明する。本実施形態に係る触媒劣化診断処理は、上記した酸素吸蔵能力低下現象を考慮に入れて実行される。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る触媒劣化診断処理について、図４及び図５を用いて説明する。なお、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理は、ＥＣＵ３によって実行される。

第１実施形態では、アクティブ制御の開始から酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した回数が所定回数（以下、「算出回数判定値」と呼ぶ。）未満であり、且つ、現在算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが所定値（以下、「低下判定値」と呼ぶ。）未満である場合、現在算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する、即ちこの酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて劣化診断を行わない。このような破棄を行うのは、前述した酸素吸蔵能力低下現象が原因で酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満となった可能性があり、このような可能性を有する酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて劣化診断をすることは好ましくないからである。

なお、上記の算出回数判定値は、酸素吸蔵能力低下現象が継続する時間などを考慮に入れて、予め設定される。

図４は、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理を具体的に説明するための図である。具体的には、図４（ａ）、図４（ｂ）は、触媒２が正常である場合のグラフを示し、図４（ｃ）、図４（ｄ）は、触媒２が異常である場合（即ち、劣化している場合）のグラフを示している。

図４（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図４（ｂ）は算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示している。この場合、時刻ｔ３ａでアクティブ制御を開始している。時刻ｔ３ｂ〜ｔ３ｄで得られた出力に基づいて算出された符号２４ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値よりも小さい。そのため、ＥＣＵ３は、符号２４ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。

一方、時刻ｔ３ｃ〜時刻ｔ３ｅで得られた出力に基づいて算出された符号２４ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値以上となる。これより、符号２４ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、酸素吸蔵能力低下現象が原因で、低下判定値未満の値を示していたと言える。この場合、ＥＣＵ３は、符号２４ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。同様に、時刻ｔ３ｄ〜時刻ｔ３ｈにおける出力に対して次々に算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxは、全て低下判定値以上であるため、ＥＣＵ３は、符号２４ｃ、符号２４ｄ、及び符号２４ｅで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを全て採用する。

そして、ＥＣＵ３は、採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxの回数（以下、「有効Ｃmaxデータ計測回数」と呼ぶ。）が計測回数判定値に達した時点で、劣化診断を行う。図４（ａ）、図４（ｂ）の例では、計測回数判定値は４回に設定されているため、符号２４ｅで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した時点で、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値に達する。この際に、ＥＣＵ３は、採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値（以下、「平均Ｃmax値」と呼ぶ。）と劣化判定値とを比較することによって、劣化診断を行う。この例の場合、平均Ｃmax値が劣化判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、触媒２が正常であると判定する。以上の処理を行うことにより、正常な触媒２に対して劣化していると判定してしまうこと、即ち誤診断してしまうことを防止することができる。

なお、低下判定値は、劣化判定値よりも若干大きな値又は同一の値に設定される。こうするのは、低下判定値を劣化判定値よりも小さく設定した場合には、低下判定値を用いた判定の後に行われる劣化判定値を用いた判定において劣化判定が下されるような酸素吸蔵能力Ｃmaxが、低下判定値を用いた判定の際に採用されてしまう場合があるからである。即ち、酸素吸蔵能力低下現象によって酸素吸蔵能力Ｃmaxがこのような値になっているのにも拘らずに採用してしまい、劣化判定値を用いた判定において、正常な触媒２が劣化していると判定されてしまう可能性があるからである。したがって、低下判定値を劣化判定値よりも若干大きな値又は同一の値に設定することにより、低下判定値を用いた判定の際に劣化判定値よりも小さい値を必ず破棄することができるので、劣化診断の精度を確保することが可能となる。

一方、図４（ｃ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図４（ｄ）は算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示している。この場合も、時刻ｔ４ａでアクティブ制御を開始している。これより、時刻ｔ４ｂ〜ｔ４ｄで得られた出力に基づいて算出された符号２５ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmax、及び時刻ｔ４ｃ〜ｔ４ｅで得られた出力に基づいて算出された符号２５ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値よりも小さいため、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。一方、時刻ｔ４ｄ〜時刻ｔ４ｆで得られた出力に基づいて算出された符号２５ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxも低下判定値よりも小さいが、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した時点で、酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した回数（以下、「Ｃmax算出回数」と呼ぶ。）が算出回数判定値（図４の例では、３回に設定されている）に達する。そのため、ＥＣＵ３は、符号２５ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄せずに採用する。このとき、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxデータ計測回数を「１回」に設定する。

そして、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値に達した時点で、劣化診断を行う。この例では、符号２５ｆで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した時点で、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値に達する。したがって、ＥＣＵ３は、この時点で、採用した酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値と劣化判定値との比較を行う。この場合、平均Ｃmax値が劣化判定値未満となるため、ＥＣＵ３は、触媒２が劣化していると判定する。

図５は、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ３によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３は、触媒２の劣化診断の実行条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３は、内燃機関１の運転状態、例えば回転数や燃料噴射量などを確認することにより、実行条件が成立しているか否かを判定する。実行条件が成立している場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１０２に進み、実行条件が成立していない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７などの出力に基づいて酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３は、Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満であるか否かを判定する。

Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満である場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１０４に進む。この場合には、アクティブ制御の開始直後に相当するため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性がある。一方、Ｃmax算出回数が算出回数判定値以上である場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）には、処理はステップＳ１０５に進む。この場合には、アクティブ制御の開始からある程度の時間が経過しているため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性はない。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上であるか否かを判定する。酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満である場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、アクティブ制御の開始直後に相当し、且つ、酸素吸蔵能力Ｃmaxが小さいため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性が高い。そのため、ＥＣＵ３は、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。これにより、触媒２に対する誤診断を防止することが可能となる。

一方、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１０５に進む。この場合には、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性はない。したがって、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて、ステップＳ１０５以降の処理を行う。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxデータ計測回数をカウントアップすると共に、Ｃmaxデータ積算値を算出する。具体的には、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０２で算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄せずに採用しているため、有効Ｃmaxデータ計測回数を示す変数ｎをカウントアップする。そして、ＥＣＵ３は、式（１）に基づいて、Ｃmaxデータ積算値を算出する。

sum{Ｃmax(ｎ)}＝sum{Ｃmax(ｎ-1)}＋Ｃmax 式（１）
なお、式（１）中の左辺の「sum{Ｃmax(ｎ)}」は、算出すべきＣmaxデータ積算値を示し、式（１）中の右辺の「sum{Ｃmax(ｎ-1)}」は、有効Ｃmaxデータ計測回数が「ｎ−１」であるときに算出したＣmaxデータ積算値を示している。以上のステップＳ１０５の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値以上であるか否かを判定する。有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値以上である場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０７に進む。この場合には、触媒２の劣化診断を実行可能な程度に酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用しているため、ステップＳ１０７以降の処理で、劣化診断を行うための処理を行う。一方、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値未満である場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、触媒２の劣化診断を実行可能な程度に酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用していないため、新たに酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用するために当該フローを抜け、再度当該フローに係る処理を実行する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ３は、採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値を示す平均Ｃmax値を算出する。具体的には、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０５で算出したＣmaxデータ積算値（sum{Ｃmax(ｎ)}）を用いて、以下の式（２）に基づいて平均Ｃmax値を算出する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。

平均Ｃmax値＝sum{Ｃmax(ｎ)}／ｎ 式（２）
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ３は、平均Ｃmax値が劣化判定値以上であるか否かを判定する。平均Ｃmax値が劣化判定値以上である場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１０９に進み、ＥＣＵ３は、触媒２に対して正常判定を下す。一方、平均Ｃmax値が劣化判定値未満である場合（ステップＳ１０８；Ｎｏ）には、処理はステップＳ１１０に進み、ＥＣＵ３は、触媒２に対して劣化判定を下す。以上のステップＳ１０９又はステップＳ１１０の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

このように、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理によれば、酸素吸蔵能力低下現象を適切に考慮に入れて触媒２の劣化診断を行うため、最小限の酸素吸蔵能力Ｃmaxの破棄回数で、触媒２に対する誤診断を防止することが可能となる。

なお、酸素吸蔵能力低下現象の発生を防止するために、アクティブ制御の前に、触媒２の浄化性能の向上を図る制御（以下、この制御を「プレコンディショニング」と呼ぶ。）を行う方法があるが、実際の運転状況の中では、プレコンディショニングとアクティブ制御の両方を行う期間を確保することが困難であったり、プレコンディショニングを行うことによってアクティブ制御を行う機会を失ったりする場合がある。即ち、プレコンディショニングを行うことにより、触媒２の劣化診断の頻度が減少してしまう場合がある。以上より、上記した触媒劣化診断処理を行うことにより、触媒２の劣化診断の頻度を減少させることなく、劣化診断の精度を確保することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る触媒劣化診断処理を図６及び図７を用いて説明する。

第２実施形態に係る触媒劣化診断処理では、アクティブ制御の開始直後において酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下していても、このような低下が触媒２の劣化が原因である場合には酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する点で、前述した第１実施形態に係る触媒劣化診断処理とは異なる。即ち、第１実施形態では、アクティブ制御の開始直後において酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下している場合には、酸素吸蔵能力Ｃmaxを全て破棄していたが、第２実施形態では、酸素吸蔵能力Ｃmaxの低下が酸素吸蔵能力低下現象によるものである場合のみ、酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。これにより、劣化している触媒２に対する劣化判定の遅延を抑制することが可能となる。

図６は、第２実施形態に係る触媒劣化診断処理を具体的に説明するための図である。具体的には、図６（ａ）、図６（ｂ）は、触媒２が正常である場合のグラフを示し、図６（ｃ）、図６（ｄ）は、触媒２が劣化している場合のグラフを示している。なお、図６の例では、計測回数判定値は３回に設定されている。

図６（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図６（ｂ）は算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示している。この場合、時刻ｔ５ａでアクティブ制御を開始している。これより、時刻ｔ５ｂ〜ｔ５ｄで得られた出力に基づいて算出された符号２７ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値よりも小さいが、ＥＣＵ３は、符号２７ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。同様に、時刻ｔ５ｃ〜ｔ５ｅで得られた出力に基づいて算出された符号２７ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxも、低下判定値よりも小さいが、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxも採用する。

一方、時刻ｔ５ｄ〜時刻ｔ５ｆで得られた出力に基づいて算出された符号２７ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値よりも大きい。これより、符号２７ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmax及び符号２７ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、酸素吸蔵能力低下現象が原因で小さな値を示していたと言える。したがって、ＥＣＵ３は、符号２７ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用すると共に、符号２７ａ及び符号２７ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。以上の処理を行うことにより、正常な触媒２に対して劣化していると判定してしまうこと、即ち誤診断してしまうことを防止することができる。

図６（ｃ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図６（ｄ）は算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示している。この場合も、時刻ｔ６ａでアクティブ制御を開始している。これより、時刻ｔ６ｂ〜ｔ６ｄで得られた出力に基づいて算出された符号２８ａで示す酸素吸蔵能力Ｃmax、及び時刻ｔ６ｃ〜ｔ６ｅで得られた出力に基づいて算出された符号２８ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxは、低下判定値よりも小さいが、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。

そして、時刻ｔ６ｄ〜時刻ｔ６ｆで得られた出力に基づいて酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した時点で、Ｃmax算出回数が算出回数判定値に達する。この際に算出された符号２８ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値よりも小さいため、ＥＣＵ３は、符号２８ａ及び符号２８ｂで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄しない（採用したままにする）。そのため、符号２８ｃで示す酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出した時点で、有効Ｃmaxデータ計測回数が計測回数判定値に達する。そして、ＥＣＵ３は、この場合に算出される平均Ｃmax値が劣化判定値未満となるため、触媒２が劣化していると判定する。これにより、劣化している触媒２の酸素吸蔵能力Ｃmaxが破棄されてしまうことを防止して、触媒２に対する劣化判定を即座に行うことが可能となる。

図７は、第２実施形態に係る触媒劣化診断処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ３によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ３は、触媒２の劣化診断の実行条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３は、内燃機関１の運転状態、例えば回転数や燃料噴射量などを確認することにより、実行条件が成立しているか否かを判定する。実行条件が成立している場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ２０２に進み、実行条件が成立していない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７などの出力に基づいて酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出する。そして、処理はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ３は、Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満であるか否かを判定する。

Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満である場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ２０４に進む。この場合には、アクティブ制御の開始直後に相当するため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性がある。一方、Ｃmax算出回数が算出回数判定値以上である場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）には、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、アクティブ制御の開始からある程度の時間が経過しているため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性はない。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上であるか否かを判定する。酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満である場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）には、処理はステップＳ２０６に進む。この場合には、アクティブ制御の開始直後に相当し、且つ、酸素吸蔵能力Ｃmaxが小さいため、酸素吸蔵能力低下現象が発生している可能性がある。その他にも、触媒２が劣化している可能性も考えられる。したがって、ステップＳ２０６では、ＥＣＵ３は異常値履歴を「ＯＮ」にする。具体的には、ＥＣＵ３は、異常値履歴を示す「ｘｎｇ」を「ＯＮ」に設定する。そして、処理はステップＳ２０９に進む。この場合、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満であるが、酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄せずに（即ち、後述するステップＳ２０８の処理を行わずに）、ステップＳ２０９において有効Ｃmaxデータ計測回数をカウントアップすると共に、Ｃmaxデータ積算値を算出する。

なお、当該フローに係る処理を繰り返し実行した際に、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満の状態が継続した場合には、異常値履歴は継続して「ＯＮ」に設定される。このような場合には、Ｃmax算出回数が算出回数判定値付近になっても、言い換えると、酸素吸蔵能力低下現象が概ね終了すると想定される時刻になっても、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満であるため、触媒２が劣化している可能性が高い。

一方、酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上である場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ＥＣＵ３は、異常値履歴が無いか否かを判定する。異常値履歴が無い場合（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）には、即ち「ｘｎｇ」が「ＯＦＦ」である場合には、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、酸素吸蔵能力低下現象は発生していない。

異常値履歴が有る場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）には、即ち「ｘｎｇ」が「ＯＮ」である場合には、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０７の処理は酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上である場合に実行されるため、ステップＳ２０７において異常値履歴が有ると判定される場合としては、例えば、現在までに算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満であったが、現在算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値以上となった場合などが挙げられる。このように過去に算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが低下判定値未満となっていたのは、触媒２の劣化によるものではなく、酸素吸蔵能力低下現象によるものと考えることができる。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxデータ計測回数及びＣmaxデータ積算値をクリアすると共に、異常値履歴を「ＯＦＦ」にする。具体的には、ＥＣＵ３は、Ｃmaxデータ計測回数を示す「ｎ」を「０」にすると共に、Ｃmaxデータ積算値を示す「sum{Ｃmax(ｎ)}」を「０」にする。このような処理を行うのは、酸素吸蔵能力低下現象の影響を受けた酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて、触媒２の劣化診断が行われないようにするためである。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２０９に進む。

なお、異常値履歴が「ＯＮ」のままである場合（即ち、触媒２が劣化している可能性が高い場合）には、ステップＳ２０８の処理が実行されないため、有効Ｃmaxデータ計測回数やＣmaxデータ積算値がクリアされない。そのため、Ｃmax算出回数が算出回数判定値に達するまでに算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxは破棄されずに全て採用される。したがって、劣化している触媒２に対する劣化判定を即座に行うことが可能となる。

ステップＳ２０９〜ステップＳ２１４の処理は、前述したステップＳ１０５〜ステップＳ１１０の処理と同様である。即ち、触媒２の劣化診断を行うための具体的な処理が実行される。

このように、第２実施形態に係る触媒劣化診断処理によれば、触媒２に対する誤診断を防止することができると共に、劣化している触媒２に対する劣化判定を即座に行うことが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る触媒劣化診断処理は、前述した第１実施形態及び第２実施形態とは異なり、Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満である場合には、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを全て破棄する。

図８は、第３実施形態に係る触媒劣化診断処理を示すフローチャートである。

第３実施形態に係る触媒劣化診断処理は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理は、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理のステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様であり、ステップＳ３０４〜Ｓ３０９の処理はステップＳ１０５〜Ｓ１１０の処理と同様である。即ち、第３実施形態に係る触媒劣化診断処理は、第１実施形態に係る触媒劣化診断処理におけるステップＳ１０４の処理を行わない。

具体的には、ステップＳ３０３において、Ｃmax算出回数が算出回数判定値以上である場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）には、処理はステップＳ３０４に進み、Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満である場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。即ち、Ｃmax算出回数が算出回数判定値以上である場合のみ、酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用し、Ｃmax算出回数が算出回数判定値未満である場合には、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。

このような第３実施形態に係る触媒劣化診断処理によれば、簡便な処理によって、触媒２に対する誤診断を防止することが可能となる。

（変形例）
上記した実施形態では、酸素吸蔵能力低下現象の発生の有無を判定する際にＣmax算出回数を用いる例を示したが、Ｃmax算出回数の代わりに、積算吸入空気量、或いはアクティブ制御の開始後からの時間（アクティブ制御継続時間）などを用いて酸素吸蔵能力低下現象の発生の有無を判定しても良い。この場合、積算吸入空気量が所定量に達したか否か、或いはアクティブ制御継続時間が所定時間に達したか否かに基づいて、酸素吸蔵能力低下現象の発生の有無を判定することができる。

本発明に係る触媒劣化診断装置が搭載された車両の概略構成を示すブロック図である。 触媒の劣化診断のために行われるアクティブ制御を説明するための図である。 酸素吸蔵能力低下現象を説明するための図である。 第１実施形態に係る触媒劣化診断処理を説明するための図である。 第１実施形態に係る触媒劣化診断処理のフローチャートを示す。 第２実施形態に係る触媒劣化診断処理を説明するための図である。 第２実施形態に係る触媒劣化診断処理のフローチャートを示す。 第３実施形態に係る触媒劣化診断処理のフローチャートを示す。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 触媒
３ ＥＣＵ
５ 排気通路
６ 燃料噴射弁
７ Ａ／Ｆセンサ
８ 酸素センサ
１０ 車両

Claims (4)

1. 内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
   前記空燃比制御を行ったときの、排気通路における空燃比の変化又は酸素濃度の変化に基づいて、前記排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能力を算出する酸素吸蔵能力算出手段と、
   前記酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じているか否かを判定する判定手段と、
   前記酸素吸蔵能力に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と、を備え、
   前記触媒劣化診断手段は、前記現象が生じていると判定された際に算出された酸素吸蔵能力を前記劣化診断に用いないことを特徴とする触媒劣化診断装置。
2. 前記判定手段は、前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満であり、且つ、現在算出された酸素吸蔵能力が所定値未満である場合に、前記現象が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。
3. 前記判定手段は、前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数に達するまでの期間において、所定値未満であった前記酸素吸蔵能力が前記所定値以上になった場合に、前記空燃比制御の開始から現在まで前記現象が生じていたと判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。
4. 前記判定手段は、前記酸素吸蔵能力を算出した回数が所定回数未満である場合に、前記現象が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。

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