JP2010255490A - Catalyst abnormality diagnostic device - Google Patents

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JP2010255490A JP2009105443A JP2009105443A JP2010255490A JP 2010255490 A JP2010255490 A JP 2010255490A JP 2009105443 A JP2009105443 A JP 2009105443A JP 2009105443 A JP2009105443 A JP 2009105443A JP 2010255490 A JP2010255490 A JP 2010255490A
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catalyst
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oxygen storage
normal
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Koichi Kimura
光壱 木村
Hiroshi Miyamoto
寛史 宮本
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase diagnosis accuracy near criteria and prevent wrong diagnosis. <P>SOLUTION: This catalyst abnormality diagnostic device measures oxygen occlusion capacity of a catalyst with correlated with catalyst temperature. It is determined based on difference between present measurement value and a past measurement value of different catalyst temperature whether the catalyst is normal or not. The present measurement value is corrected based on a parameter indicating response of a catalyst rear sensor for discriminating between an intermediate catalyst near the criteria and an abnormal catalyst if it is not determined as normal. It is determined based on the value after correction whether the catalyst is normal or abnormal. Whether the catalyst is normal or abnormal is determined after eliminating influence of sensor response. Correction is performed if it is not determined as clear intermediate catalyst based on the difference. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断するための装置に関する。   The present invention relates to an abnormality diagnosis of a catalyst, and more particularly to an apparatus for diagnosing an abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能(Oストレージ能)を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比(ストイキ)よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。 For example, in an internal combustion engine for automobiles, a catalyst for purifying exhaust gas is installed in the exhaust system. Some of these catalysts have an oxygen storage capacity (O 2 storage capacity). When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), that is, when the engine becomes lean, the catalyst having oxygen storage capacity occludes excess oxygen present in the exhaust gas. When the fuel ratio becomes smaller than stoichiometric, that is, when it becomes rich, the stored oxygen is released. For example, in a gasoline engine, air-fuel ratio control is performed so that the exhaust gas flowing into the catalyst is in the vicinity of the stoichiometric. However, if a three-way catalyst having an oxygen storage capacity is used, the actual air-fuel ratio slightly deviates from the stoichiometric depending on the operating conditions. However, such an air-fuel ratio shift can be absorbed by the oxygen storage / release action of the three-way catalyst.

ところで、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下するが、触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化或いは異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法(所謂Cmax法)が採用される。   By the way, when the catalyst deteriorates, the purification rate of the catalyst decreases, but there is a correlation between the degree of deterioration of the catalyst and the degree of decrease of the oxygen storage capacity. Therefore, it is possible to detect deterioration or abnormality of the catalyst by detecting a decrease in oxygen storage capacity. Generally, a method (so-called Cmax method) that performs active air-fuel ratio control that switches the air-fuel ratio alternately and actively between rich and lean, measures the oxygen storage capacity of the catalyst, and diagnoses the deterioration of the catalyst is adopted. .

特開平10−18886号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-18886

ところで、アクティブ空燃比制御においては、触媒の下流側に設置された空燃比センサの出力がリーンまたはリッチに反転するのに応答して、触媒に供給される排気ガスの空燃比がリッチまたはリーンに切り替えられる。よって、劣化や故障などの理由で空燃比センサの応答性が悪化すると、これが酸素吸蔵容量の計測値に少なからず影響を与えてしまい、診断精度を悪化させたり誤診断を引き起こしたりする原因となる。   By the way, in the active air-fuel ratio control, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst becomes rich or lean in response to the output of the air-fuel ratio sensor installed downstream of the catalyst reversing to lean or rich. Can be switched. Therefore, if the responsiveness of the air-fuel ratio sensor deteriorates due to deterioration or failure, this will have a considerable impact on the measured value of the oxygen storage capacity, leading to deterioration of diagnostic accuracy or causing misdiagnosis. .

特許文献1に記載の技術では、O2センサの応答性が悪化する劣化を検出するため、空燃比フィ−ドバック制御中にセンサ出力の反転周期、リッチからリーンへの第1変化時間、およびリーンからリッチへの第2変化時間をそれぞれ計測し、これらの少なくとも一つが所定値より大きいときセンサを劣化と判定する。   In the technique described in Patent Document 1, in order to detect deterioration in which the responsiveness of the O2 sensor deteriorates, during the air-fuel ratio feedback control, the sensor output inversion period, the first change time from rich to lean, and the lean Each second change time to rich is measured, and when at least one of them is larger than a predetermined value, the sensor is determined to be deteriorated.

このように、空燃比センサの劣化ないし異常を単独で検出する技術は既に存在する。しかしながら、触媒の異常診断においては、空燃比センサの応答性が酸素吸蔵容量の計測値に微妙に影響を与えるため、正常と異常の境目(クライテリア)付近で触媒の正常と異常を正確に識別しようとした場合、空燃比センサ単独についての従来技術を適用しても要求を十分に満足できないのが実状である。   As described above, there already exists a technique for independently detecting deterioration or abnormality of the air-fuel ratio sensor. However, in the catalyst abnormality diagnosis, the responsiveness of the air-fuel ratio sensor slightly affects the measured value of oxygen storage capacity, so let's accurately identify the normality and abnormality of the catalyst near the boundary between the normality and abnormality. In this case, the actual situation is that even if the conventional technology for the air-fuel ratio sensor alone is applied, the requirements cannot be sufficiently satisfied.

そこで本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、特にクライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止し得る触媒異常診断装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst abnormality diagnosis device that can improve diagnosis accuracy particularly near the criteria and prevent erroneous diagnosis.

本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒後センサの出力がリーンまたはリッチに反転するのに応答して、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたはリーンに交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って、前記触媒の酸素吸蔵容量を前記検出または推定触媒温度に関連付けて計測する計測手段と、
前記計測手段によって今回計測された酸素吸蔵容量の値と、異なる触媒温度について過去に計測された酸素吸蔵容量の値との差分に基づき、前記触媒が正常か否かを判定する第1の判定手段と、
前記第1の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき、今回計測された酸素吸蔵容量の値を補正する補正手段と、
補正後の酸素吸蔵容量の値を所定の異常判定値と比較して前記触媒が正常か異常かを判定する第2の判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst;
Catalyst temperature detection means for detecting or estimating the temperature of the catalyst;
In response to the output of the post-catalyst sensor being reversed to lean or rich, active air-fuel ratio control is executed to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst to rich or lean alternately and actively. Fuel ratio control means;
With the execution of the active air-fuel ratio control, measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in association with the detected or estimated catalyst temperature,
First determination means for determining whether or not the catalyst is normal based on the difference between the value of the oxygen storage capacity measured this time by the measurement means and the value of the oxygen storage capacity measured in the past for different catalyst temperatures. When,
Correction means for correcting the value of the oxygen storage capacity measured this time based on a parameter representing the responsiveness of the post-catalyst sensor when the first determination means does not determine normality;
A second determination means for comparing the corrected oxygen storage capacity value with a predetermined abnormality determination value to determine whether the catalyst is normal or abnormal;
There is provided a catalyst abnormality diagnosis device characterized by comprising:

これによれば、触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき酸素吸蔵容量計測値を補正するので、触媒後センサの応答性の影響を排除した上で触媒が正常か異常かを判定できる。   According to this, since the oxygen storage capacity measurement value is corrected based on the parameter representing the response of the post-catalyst sensor, it is possible to determine whether the catalyst is normal or abnormal after eliminating the influence of the response of the post-catalyst sensor.

また、補正前に予め、今回の酸素吸蔵容量計測値と、異なる触媒温度についての過去の酸素吸蔵容量計測値との差分に基づき、触媒が正常か否かを判定し、正常と判定しなかったときに補正を行う。すなわち、前記差分に基づき触媒が明らかな中間触媒(明らかに正常とまではいえないが、異常にまでは至っていない正常と判定すべき触媒)か否かを判定し、明らかな中間触媒と判定できなかった場合に、クライテリア付近の中間触媒と異常触媒とを識別するため、補正を行う。これにより、クライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止することができる。   In addition, before the correction, whether or not the catalyst is normal is determined based on the difference between the current oxygen storage capacity measurement value and the past oxygen storage capacity measurement value for different catalyst temperatures, and is not determined to be normal. Sometimes correct. That is, based on the difference, it can be determined whether or not the catalyst is an obvious intermediate catalyst (a catalyst that is obviously not normal but is not normal but should be determined to be normal). If not, a correction is made to distinguish between the intermediate catalyst near the criteria and the abnormal catalyst. Thereby, the diagnostic accuracy near the criteria can be improved and misdiagnosis can be prevented.

好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記計測手段によって計測された酸素吸蔵容量の値を所定の正常判定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する第3の判定手段を更に備え、前記第1の判定手段は、前記第3の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記差分に基づく判定を実行する。   Preferably, the catalyst abnormality diagnosis device further includes third determination means for comparing the value of the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined normal determination value to determine whether or not the catalyst is normal. The first determination unit executes the determination based on the difference when the third determination unit does not determine normal.

これにより、触媒が明らかな正常触媒である場合にはこれを先に識別して診断処理を簡略化できる。   Thereby, when a catalyst is an obvious normal catalyst, this can be identified first and diagnostic processing can be simplified.

好ましくは、前記計測手段は、予め設定された複数の触媒温度領域のうち、前記検出触媒温度が属する一つに関連付けて前記酸素吸蔵容量を計測し、前記第1の判定手段は、前記異なる触媒温度について過去に計測された酸素吸蔵容量の値として、異なる触媒温度領域について直近に計測された酸素吸蔵容量の値を用いる。   Preferably, the measurement unit measures the oxygen storage capacity in association with one of the plurality of preset catalyst temperature ranges to which the detected catalyst temperature belongs, and the first determination unit is configured to determine the different catalyst temperature range. As the value of the oxygen storage capacity measured in the past with respect to the temperature, the value of the oxygen storage capacity measured most recently for different catalyst temperature ranges is used.

本発明の他の形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒後センサの出力がリーンまたはリッチに反転するのに応答して、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたはリーンに交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って、前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段と、
前記触媒後センサ出力がリーンおよびリッチにそれぞれ反転する際のリーン反転時間およびリッチ反転時間を計測する反転時間計測手段と、
前記反転時間計測手段によって計測されたリーン反転時間およびリッチ反転時間に基づき、前記触媒が正常か否かを判定する第1の判定手段と、
前記第1の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき、今回計測された酸素吸蔵容量の値を補正する補正手段と、
補正後の酸素吸蔵容量の値を所定の異常判定値と比較して前記触媒が正常か異常かを判定する第2の判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst;
In response to the output of the post-catalyst sensor being reversed to lean or rich, active air-fuel ratio control is executed to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst to rich or lean alternately and actively. Fuel ratio control means;
In accordance with the execution of the active air-fuel ratio control, measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst,
An inversion time measuring means for measuring a lean inversion time and a rich inversion time when the post-catalyst sensor output is inverted to lean and rich respectively;
First determination means for determining whether or not the catalyst is normal based on a lean inversion time and a rich inversion time measured by the inversion time measuring means;
A correction means for correcting the value of the oxygen storage capacity measured this time based on a parameter representing the response of the post-catalyst sensor when the first determination means does not determine normality;
Second determination means for comparing the corrected oxygen storage capacity value with a predetermined abnormality determination value to determine whether the catalyst is normal or abnormal;
There is provided a catalyst abnormality diagnosis device characterized by comprising:

これによっても、触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき酸素吸蔵容量計測値を補正するので、触媒後センサの応答性の影響を除去した上で触媒が正常か異常かを判定できる。   This also corrects the oxygen storage capacity measurement value based on the parameter representing the response of the post-catalyst sensor, so that it is possible to determine whether the catalyst is normal or abnormal after removing the influence of the response of the post-catalyst sensor.

また、補正前に予め、リーン反転時間およびリッチ反転時間に基づき触媒が正常か否かを判定し、正常と判定しなかったときに補正を行う。すなわち、リーン反転時間およびリッチ反転時間に基づき触媒が明らかな中間触媒か否かを判定し、明らかな中間触媒と判定できなかった場合に、クライテリア付近の中間触媒と異常触媒とを識別するため、補正を行う。これにより、クライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止することができる。   Further, before the correction, whether or not the catalyst is normal is determined in advance based on the lean inversion time and the rich inversion time, and correction is performed when it is not determined to be normal. That is, it is determined whether the catalyst is an obvious intermediate catalyst based on the lean inversion time and the rich inversion time, and when the catalyst cannot be determined as an obvious intermediate catalyst, the intermediate catalyst in the vicinity of the criteria and the abnormal catalyst are identified. Make corrections. Thereby, the diagnostic accuracy near the criteria can be improved and misdiagnosis can be prevented.

好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記計測手段によって計測された酸素吸蔵容量の値を所定の正常判定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する第3の判定手段を更に備え、前記第1の判定手段は、前記第3の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記リーン反転時間およびリッチ反転時間に基づく判定を実行する。   Preferably, the catalyst abnormality diagnosis device further includes third determination means for comparing the value of the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined normal determination value to determine whether or not the catalyst is normal. The first determination unit executes a determination based on the lean inversion time and the rich inversion time when the third determination unit does not determine that the normal state is normal.

好ましくは、前記第1の判定手段は、前記リーン反転時間および前記リッチ反転時間の比を所定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する。   Preferably, the first determination unit determines whether the catalyst is normal by comparing a ratio of the lean inversion time and the rich inversion time with a predetermined value.

好ましくは、前記触媒異常診断装置は、前記触媒に供給される排気ガスの流量またはその相関値を検出する検出手段を更に備え、前記第1の判定手段は、前記検出手段により検出された排気ガス流量またはその相関値に基づき前記所定値を設定する。   Preferably, the catalyst abnormality diagnosis device further includes detection means for detecting a flow rate of exhaust gas supplied to the catalyst or a correlation value thereof, and the first determination means is the exhaust gas detected by the detection means. The predetermined value is set based on the flow rate or its correlation value.

好ましくは、前記第1の判定手段は、前記検出手段により検出された排気ガス流量またはその相関値が所定範囲内にあるときに判定を実行する。   Preferably, the first determination unit performs the determination when the exhaust gas flow rate detected by the detection unit or a correlation value thereof is within a predetermined range.

好ましくは、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータが、前記触媒後センサ出力の反転時間である。   Preferably, the parameter representing the response of the post-catalyst sensor is an inversion time of the post-catalyst sensor output.

好ましくは、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータが、前記触媒後センサの時定数である。   Preferably, the parameter representing the response of the post-catalyst sensor is a time constant of the post-catalyst sensor.

本発明によれば、特にクライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, it is possible to improve the diagnostic accuracy particularly in the vicinity of the criteria and to achieve an excellent effect of preventing misdiagnosis.

本発明の実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of embodiment of this invention. 触媒の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a catalyst. アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。It is a time chart of active air fuel ratio control. 図3と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。FIG. 4 is a time chart similar to FIG. 3 for illustrating a method for measuring the oxygen storage capacity. 触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of a pre-catalyst sensor and a post-catalyst sensor. 劣化度合いの異なる複数の触媒における触媒温度と酸素吸蔵容量計測値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the catalyst temperature and the oxygen storage capacity measured value in the some catalyst from which a deterioration degree differs. 触媒後センサの応答性の良し悪しが酸素吸蔵容量計測値に与える影響を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the influence which the responsiveness of the post-catalyst sensor has on the oxygen storage capacity measurement value. 第1実施例に従う異常診断処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the abnormality diagnosis process according to 1st Example. 直近データの求め方を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating how to obtain | require the latest data. 直近データの求め方を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating how to obtain | require the latest data. 触媒後センサの時定数とリッチ反転時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time constant of a post-catalyst sensor, and rich inversion time. 触媒後センサの時定数と補正係数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time constant of a post-catalyst sensor and a correction coefficient. 吸入空気量と反転時間比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between intake air amount and inversion time ratio. 第2実施例に従う異常診断処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the abnormality diagnosis process according to 2nd Example.

以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン1は自動車用多気筒エンジン(1気筒のみ図示)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment. As shown in the figure, an engine 1 that is an internal combustion engine burns a mixture of fuel and air in a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocates a piston 4 in the combustion chamber 3 to drive power. Is generated. The engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder engine for automobiles (only one cylinder is shown), and is a spark ignition type internal combustion engine, more specifically, a gasoline engine.

エンジン1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。   The cylinder head of the engine 1 is provided with an intake valve Vi that opens and closes an intake port and an exhaust valve Ve that opens and closes an exhaust port for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.

各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気集合通路をなす吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式スロットルバルブ10とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 serving as an intake manifold through an intake manifold. An intake pipe 13 that forms an intake manifold passage is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. The intake pipe 13 is provided with an air flow meter 5 for detecting the amount of air flowing into the engine, that is, the amount of intake air, and an electronically controlled throttle valve 10 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the intake manifold, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁12が気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Viの開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストン4で圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector for injecting fuel into an intake passage, particularly an intake port, that is, a fuel injection valve 12 is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve Vi is opened, compressed by the piston 4, and ignited and burned by the spark plug 7. It is done.

一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管6に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管6により排気通路が形成される。排気管6には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒即ち上流触媒11及び下流触媒19が直列に設けられている。例えば、上流触媒11は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒19は車両の床下などに配置される。   On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust pipe 6 forming an exhaust collecting passage through an exhaust manifold. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the exhaust manifold, and the exhaust pipe 6. The exhaust pipe 6 is provided with a catalyst composed of a three-way catalyst having oxygen storage capacity, that is, an upstream catalyst 11 and a downstream catalyst 19 in series on the upstream side and the downstream side. For example, the upstream catalyst 11 is disposed immediately after the exhaust manifold, and the downstream catalyst 19 is disposed under the floor of the vehicle.

上流触媒11の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ17及び触媒後センサ18が設けられている。図5に示すように、触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ18は所謂Oセンサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性(Z特性)を持つ。 On the upstream side and downstream side of the upstream catalyst 11, air-fuel ratio sensors that detect the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the oxygen concentration, that is, the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18, are provided. As shown in FIG. 5, the pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, can continuously detect the air-fuel ratio over a relatively wide range, and outputs a signal having a value proportional to the air-fuel ratio. On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic (Z characteristic) in which the output value changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、エンジン1のクランク角を検出するクランク角センサ14、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、インジェクタ12、スロットルバルブ10等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。   The spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, and the like described above are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the engine 1, and an accelerator opening that detects the accelerator opening, as shown in the figure. The degree sensor 15 and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown). The ECU 20 controls the ignition plug 7, the injector 12, the throttle valve 10, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, throttle opening. Control the degree etc.

触媒11,19は、これに流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ、例えばA/Fs=14.6)のときにNOx ,HCおよびCOを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ECU20は、エンジンの通常運転時、触媒11,19に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室3に供給される混合気の空燃比(具体的にはインジェクタ12からの燃料噴射量)を触媒前センサ17の出力に基づきフィードバック制御する。   The catalysts 11 and 19 simultaneously purify NOx, HC and CO with high efficiency when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the catalysts 11 and 19 is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric, for example, A / Fs = 14.6). Accordingly, in accordance with this characteristic, the ECU 20 adjusts the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 3 (specifically, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalysts 11 and 19 matches the stoichiometry during normal operation of the engine. The amount of fuel injected from the injector 12 is feedback-controlled based on the output of the pre-catalyst sensor 17.

ここで、異常診断の対象となる上流触媒11についてより詳細に説明する。なお下流触媒19も上流触媒11と同様に構成されている。図2に示すように、触媒11においては、図示しない担体基材の表面上にコート材31が被覆され、このコート材31に微粒子状の触媒成分32が多数分散配置された状態で担持され、触媒11内部で露出されている。触媒成分32は主にPt,Pd等の貴金属からなり、NOx ,HCおよびCOといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材31は、排気ガスと触媒成分32との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムCeOやジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。 Here, the upstream catalyst 11 to be subjected to abnormality diagnosis will be described in more detail. The downstream catalyst 19 is configured in the same manner as the upstream catalyst 11. As shown in FIG. 2, in the catalyst 11, a coating material 31 is coated on the surface of a carrier base (not shown), and a large number of particulate catalyst components 32 are dispersed and supported on the coating material 31. It is exposed inside the catalyst 11. The catalyst component 32 is mainly composed of a noble metal such as Pt or Pd, and serves as an active point for reacting exhaust gas components such as NOx, HC and CO. On the other hand, the coating material 31 plays the role of a promoter that promotes the reaction at the interface between the exhaust gas and the catalyst component 32 and includes an oxygen storage component that can absorb and release oxygen in accordance with the air-fuel ratio of the atmospheric gas. The oxygen storage component is made of, for example, cerium dioxide CeO 2 or zirconia. Note that “absorption” or “adsorption” may be used in the same meaning as “occlusion”.

例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分32の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果NOxが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりHCおよびCOが酸化され、浄化される。   For example, if the atmospheric gas in the catalyst is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen storage component present around the catalyst component 32 absorbs oxygen from the atmospheric gas, and as a result, NOx is reduced and purified. On the other hand, when the atmospheric gas in the catalyst is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen stored in the oxygen storage component is released, and the released oxygen oxidizes and purifies HC and CO.

この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。   Due to this oxygen absorption / release action, even if the air-fuel ratio varies somewhat with respect to stoichiometry during normal stoichiometric air-fuel ratio control, this variation can be absorbed.

ところで、新品状態の触媒11では前述したように多数の触媒成分32が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分32との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒11が劣化してくると、一部の触媒成分32に消失が見られるほか、触媒成分32同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある(図の破線参照)。こうなると排気ガスと触媒成分32との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分32の周囲に存在するコート材31の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。   Incidentally, in the new catalyst 11, as described above, a large number of catalyst components 32 are evenly distributed, and the contact probability between the exhaust gas and the catalyst component 32 is maintained high. However, when the catalyst 11 deteriorates, some of the catalyst components 32 are lost, and some of the catalyst components 32 are baked and solidified by exhaust heat (see broken lines in the figure). If it becomes like this, the contact probability of exhaust gas and the catalyst component 32 will fall, and it will become the cause of reducing a purification rate. In addition to this, the amount of the coating material 31 existing around the catalyst component 32, that is, the amount of the oxygen storage component decreases, and the oxygen storage capacity itself decreases.

このように、触媒11の劣化度と触媒11の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒11の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒11の劣化度を検出し、上流触媒11の異常を診断することとしている。ここで触媒11の酸素吸蔵能は、現状の触媒11が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量(OSC;O Storage Capacity、単位はg)の大きさによって表される。 Thus, there is a correlation between the degree of deterioration of the catalyst 11 and the degree of decrease in the oxygen storage capacity of the catalyst 11. Therefore, in the present embodiment, the deterioration degree of the upstream catalyst 11 is detected by detecting the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11 that has a particularly large influence on the emission, and the abnormality of the upstream catalyst 11 is diagnosed. Here, the oxygen storage capacity of the catalyst 11 is represented by the size of the oxygen storage capacity (OSC; O 2 Storage Capacity, the unit is g), which is the maximum amount of oxygen that the current catalyst 11 can store.

本実施形態の触媒異常診断は前述のCmax法によるものを基本とする。そして異常診断に際しては、ECU20によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちECU20は、触媒11に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室3内の混合気の空燃比を、ストイキA/Fsを中心にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに所定周期分切り替える。   The catalyst abnormality diagnosis of the present embodiment is basically based on the Cmax method described above. In the abnormality diagnosis, the active air-fuel ratio control is executed by the ECU 20. That is, the ECU 20 changes the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst 11, specifically, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 alternately and richly and leaning centered on the stoichiometric A / Fs and actively. Switch minutes.

また、異常診断は、エンジン1の定常運転時で且つ触媒11が活性温度域にあるときに実行される。触媒11の温度(触媒床温)の検出については、温度センサを用いて直接検出してもよいが、本実施形態の場合にはエンジンの運転状態から推定することとしている。   The abnormality diagnosis is executed when the engine 1 is in a steady operation and when the catalyst 11 is in the activation temperature range. The temperature of the catalyst 11 (catalyst bed temperature) may be detected directly using a temperature sensor, but in the case of the present embodiment, it is estimated from the operating state of the engine.

例えばECU20は、エアフローメータ5によって検出された吸入空気量Gaに基づき、予め定められたマップまたは関数(以下、マップ等という)に従い、触媒11の温度Tcを推定する。なお、吸入空気量Ga以外のパラメータ、例えばエンジン回転速度Neなどを触媒温度推定に用いるパラメータに含めてもよい。   For example, the ECU 20 estimates the temperature Tc of the catalyst 11 according to a predetermined map or function (hereinafter referred to as a map or the like) based on the intake air amount Ga detected by the air flow meter 5. Note that parameters other than the intake air amount Ga, such as the engine speed Ne, may be included in the parameters used for catalyst temperature estimation.

以下、図3及び図4を用いて、上流触媒11の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。   Hereinafter, a method for measuring the oxygen storage capacity of the upstream catalyst 11 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3(A)において、破線は目標空燃比A/Ft、実線は触媒前センサ17の出力(但し触媒前空燃比A/Ffrへの換算値)を示す。また図3(B)において、実線は触媒後センサ18の出力(但しその出力電圧Vr)を示す。   In FIG. 3A, the broken line indicates the target air-fuel ratio A / Ft, and the solid line indicates the output of the pre-catalyst sensor 17 (however, the converted value to the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ffr). In FIG. 3B, the solid line indicates the output of the post-catalyst sensor 18 (however, the output voltage Vr).

図示するように、時刻t1より前ではリーン制御が実行され、目標空燃比A/Ftはリーン空燃比A/Fl(例えば15.1)とされ、触媒11には、目標空燃比A/Ftと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒11は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ18の出力がリーン側に変化し、出力電圧Vrが所定のリーン判定値VL(例えば0.21V)に達した時点t1で、目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Fr(例えば14.1)に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比A/Ftと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。   As shown in the figure, before the time t1, the lean control is executed, the target air-fuel ratio A / Ft is set to the lean air-fuel ratio A / F1 (for example, 15.1), and the catalyst 11 includes the target air-fuel ratio A / Ft and the target air-fuel ratio A / Ft. An equal air-fuel ratio lean gas is supplied. At this time, the catalyst 11 continues to occlude oxygen. However, when the oxygen is occluded until it is saturated, that is, full, oxygen cannot be occluded. As a result, the lean gas passes through the catalyst 11 and flows out downstream of the catalyst 11. When this happens, the output of the post-catalyst sensor 18 changes to the lean side, and at the time t1 when the output voltage Vr reaches a predetermined lean determination value VL (for example, 0.21 V), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the rich air-fuel ratio A / F. It is switched to Fr (eg, 14.1). Thus, rich control is started, and rich gas having an air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio A / Ft is supplied.

リッチガスが供給されると、触媒11は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒11から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒11は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ18の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Vrが所定のリッチ判定値VR(例えば0.59V)に達した時点t2で、目標空燃比A/Ftがリーン空燃比A/Flに切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比A/Ftと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。   When the rich gas is supplied, the catalyst 11 continues to release the stored oxygen. When the stored oxygen is eventually released from the catalyst 11, the catalyst 11 cannot release oxygen at that time, and the rich gas passes through the catalyst 11 and flows out downstream of the catalyst 11. When this happens, the output of the post-catalyst sensor 18 changes to the rich side, and at the time t2 when the output voltage Vr reaches a predetermined rich determination value VR (for example, 0.59 V), the target air-fuel ratio A / Ft becomes the lean air-fuel ratio A / It is switched to Fl. As a result, the lean control is started again, and a lean gas having an air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio A / Ft is supplied.

再び、触媒11が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ18の出力電圧Vrがリーン判定値VLに達すると、その時点t3で、目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Frに切り替えられ、リッチ制御が開始される。   When the catalyst 11 again stores oxygen until it is full and the output voltage Vr of the post-catalyst sensor 18 reaches the lean determination value VL, the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t3. Rich control is started.

こうして、触媒が酸素を吸放出する度に、或いは触媒後センサ18の出力が反転する度に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。   In this way, every time the catalyst absorbs and releases oxygen or every time the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed, the lean control and the rich control are alternately and repeatedly executed.

このアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次の方法で触媒11の酸素吸蔵容量OSCが計測される。   While executing this active air-fuel ratio control, the oxygen storage capacity OSC of the catalyst 11 is measured by the following method.

触媒11の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Vrの反転周期(例えばt1からt2までの時間)が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。   The larger the oxygen storage capacity of the catalyst 11, the longer the time during which oxygen can be stored or released. That is, when the catalyst has not deteriorated, the inversion period of the post-catalyst sensor output Vr (for example, the time from t1 to t2) becomes longer, and the inversion period becomes shorter as the deterioration of the catalyst proceeds.

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量OSCが次のようにして計測される。図4に示すように、時刻t1で目標空燃比A/Ftがリッチ空燃比A/Frに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比A/Ffがリッチ空燃比A/Frに切り替わる。そして触媒前空燃比A/FfがストイキA/Fsに達した時点t11から、次に触媒後センサ出力Vrが反転する時点t2まで、次式(1)により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量dOSCが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量dOSCが時刻t11から時刻t2まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量OSC、すなわち図4にOSCbで示す放出酸素量が計測される。   Therefore, using this fact, the oxygen storage capacity OSC is measured as follows. As shown in FIG. 4, immediately after the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the rich air-fuel ratio A / Fr at time t1, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff as an actual value is slightly delayed with the rich air-fuel ratio A / Ff. Switch to Fr. From the time t11 when the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff reaches the stoichiometric A / Fs to the time t2 when the post-catalyst sensor output Vr is next reversed, the oxygen storage capacity for each predetermined calculation cycle is obtained by the following equation (1). dOSC is sequentially calculated, and the oxygen storage capacity dOSC is sequentially accumulated from time t11 to time t2. Thus, the oxygen storage capacity OSC as the final integrated value during the rich control, that is, the amount of released oxygen indicated by OSCb in FIG. 4 is measured.

Figure 2010255490
Figure 2010255490

Qは燃料噴射量であり、空燃比差ΔA/Fに燃料噴射量Qを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合(約0.23)を表す定数である。   Q is the fuel injection amount. When the air-fuel ratio difference ΔA / F is multiplied by the fuel injection amount Q, the air amount that is insufficient or excessive with respect to the stoichiometry can be calculated. σ is a constant representing the proportion of oxygen contained in air (about 0.23).

リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図4にOSCaで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。   Similarly, during lean control, the oxygen storage capacity, that is, the amount of stored oxygen indicated by OSCa in FIG. 4 is measured. Each time the rich control and the lean control are alternately performed, the released oxygen amount and the stored oxygen amount are alternately measured.

こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定を行うことが可能である。但しここで述べる判定方法は後述する本実施形態の判定方法と若干異なる。理解容易のため、ここではより簡単な例を示す。   If a plurality of measured values of released oxygen amount and occluded oxygen amount are obtained in this way, it is possible to determine whether the catalyst is normal or abnormal by the following method. However, the determination method described here is slightly different from the determination method of the present embodiment described later. For ease of understanding, here is a simpler example.

まずECU20は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値OSCavを算出する。そしてこの平均値OSCavを所定の判定値と比較する。この判定値として、本実施形態では、図6に示すような、正常判定するための正常判定値αと、異常判定するための異常判定値βとの二種類が用意されている。正常判定値αは異常判定値βより大きい。ECU20は、平均値OSCavが正常判定値α以上のときには触媒11を正常と判定し、平均値OSCavが異常判定値β以下のときには触媒11を異常と判定する。またECU20は、平均値OSCavが正常判定値α未満で且つ異常判定値βより大きいときにも触媒11を正常と判定する。なお触媒を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置(図示せず)を起動させるのが好ましい。   First, the ECU 20 calculates an average value OSCav of the measured values of the released oxygen amount and the stored oxygen amount. The average value OSCav is compared with a predetermined determination value. In this embodiment, there are two types of determination values, a normal determination value α for determining normality and an abnormality determination value β for determining abnormality as shown in FIG. The normality determination value α is larger than the abnormality determination value β. The ECU 20 determines that the catalyst 11 is normal when the average value OSCav is equal to or greater than the normal determination value α, and determines that the catalyst 11 is abnormal when the average value OSCav is equal to or less than the abnormality determination value β. The ECU 20 also determines that the catalyst 11 is normal when the average value OSCav is less than the normal determination value α and greater than the abnormality determination value β. When it is determined that the catalyst is abnormal, it is preferable to activate a warning device (not shown) such as a check lamp in order to notify the user of the fact.

さて、前述のアクティブ空燃比制御においては、触媒後センサ18の出力がリッチからリーンにまたはリーンからリッチに反転するのに応答して、触媒に供給される排気ガスの空燃比をリーンからリッチにまたはリッチからリーンに切り替える。よって、劣化や故障などの理由で触媒後センサ18の応答性が悪化すると、これが酸素吸蔵容量の計測値に少なからず影響を与えてしまい、診断精度を悪化させたり誤診断を引き起こしたりする原因となる。   In the above-described active air-fuel ratio control, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst is changed from lean to rich in response to the output of the post-catalyst sensor 18 being reversed from rich to lean or from lean to rich. Or switch from rich to lean. Therefore, if the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 is deteriorated due to deterioration or failure, this has a considerable influence on the measured value of the oxygen storage capacity, which may cause a deterioration in diagnostic accuracy or cause a misdiagnosis. Become.

すなわち、図3を参照して、触媒後センサ18の応答性が悪化すると、触媒後センサ18の出力Vrがリーンからリッチに反転するときのリッチ反転時間TR、および触媒後センサ18の出力がリッチからリーンに反転するときのリーン反転時間TLが長くなる。この結果、演算周期毎の酸素吸蔵容量dOSCの積算時間が長くなり、応答性が良いときに比べ大きな値の、正常側にずれた酸素吸蔵容量が計測される。これにより診断精度が悪化し、本来異常な触媒を誤って正常と判定する誤診断が生じる可能性もある。   That is, referring to FIG. 3, when the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 deteriorates, the rich inversion time TR when the output Vr of the post-catalyst sensor 18 reverses from lean to rich and the output of the post-catalyst sensor 18 are rich. The lean reversal time TL when reversing from lean to lean becomes longer. As a result, the integrated time of the oxygen storage capacity dOSC for each calculation cycle becomes longer, and the oxygen storage capacity shifted to the normal side, which is larger than when the response is good, is measured. As a result, the diagnostic accuracy is deteriorated, and there is a possibility that an erroneous diagnosis in which an originally abnormal catalyst is erroneously determined to be normal may occur.

なお、リッチ反転時間TRおよびリーン反転時間TLを総称して反転時間TRLという。本実施形態において、リッチ反転時間TRとは、触媒後センサ出力Vrがリーン判定値VLからリッチ判定値VRに変化するまでの時間をいい、リーン反転時間TLとは、触媒後センサ出力Vrがリッチ判定値VRからリーン判定値VLに変化するまでの時間をいう。但し他の定義の仕方も可能である。   Note that the rich inversion time TR and the lean inversion time TL are collectively referred to as the inversion time TRL. In the present embodiment, the rich reversal time TR is the time until the post-catalyst sensor output Vr changes from the lean determination value VL to the rich determination value VR, and the lean reversal time TL is the rich post-catalyst sensor output Vr. It means the time until the judgment value VR changes to the lean judgment value VL. However, other definitions are possible.

図7は、触媒後センサ18の応答性の良し悪しが酸素吸蔵容量計測値OSCに与える影響を説明するためのグラフである。図中の点P〜Pおよび線Lは、同一の異常レベルにある触媒について、触媒後センサ18の応答性が徐々に悪化した場合の酸素吸蔵容量計測値OSCの推移を示す。 FIG. 7 is a graph for explaining the influence of whether the response of the post-catalyst sensor 18 is good or bad on the oxygen storage capacity measurement value OSC. Points P 1 to P 5 and line L in the figure show the transition of the measured oxygen storage capacity OSC when the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 gradually deteriorates for the catalyst at the same abnormal level.

まず、触媒後センサ18の応答性が良好ないし正常な場合、点Pで示すように、酸素吸蔵容量計測値OSCは異常判定値βより小さい。よって触媒は正確に異常と判定される。 First, when to have no good response of the post-catalyst sensor 18 normally, as shown at point P 1, the oxygen storage capacity measured value OSC is smaller than the abnormality determination value beta. Therefore, the catalyst is accurately determined to be abnormal.

しかし、触媒後センサ18が劣化していくと、点P、P、P、Pというように酸素吸蔵容量計測値OSCは異常判定値βより大きくなっていき、触媒は誤って正常と判定される。 However, as the post-catalyst sensor 18 deteriorates, the oxygen storage capacity measurement value OSC becomes larger than the abnormality determination value β as indicated by points P 2 , P 3 , P 4 , and P 5 , and the catalyst is erroneously normal. It is determined.

このとき、点Pのように、触媒後センサ18の応答性があまりにも悪化しているような場合には、従来技術で述べたような空燃比センサ単独での異常診断により触媒後センサ18を異常と診断し、計測された酸素吸蔵容量の値自体を異常とみなすことができる。しかしながら、点P〜Pのように、空燃比センサ単独での異常診断によってもセンサ異常と診断できないような比較的軽度の応答性悪化の場合には、計測された酸素吸蔵容量の値自体を正常とみなすほかなく、結果、触媒正常との誤判定が生じる。 In this case, as in the point P 5, when the response of the post-catalyst sensor 18, such as too deteriorated, the post-catalyst sensor 18 by the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor alone as described in the prior art Can be regarded as abnormal, and the measured value of the oxygen storage capacity itself can be regarded as abnormal. However, when the response deterioration is relatively mild such that the sensor abnormality cannot be diagnosed even by the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor alone as in points P 2 to P 4 , the measured value of the oxygen storage capacity itself As a result, an erroneous determination that the catalyst is normal occurs.

従って、本実施形態は、点P〜Pのような比較的軽度のセンサ応答性悪化の場合でも触媒の正常・異常を正確に識別することを目的の一つとする。 Accordingly, the present embodiments also aim to accurately identify normal or abnormal catalysts even for relatively mild sensor response deterioration such as the point P 2 to P 4.

一方、図6は、劣化度合いの異なる複数の触媒について触媒温度Tcと酸素吸蔵容量計測値OSCとの関係を示すグラフである。なおここでは触媒後センサ18の応答性が正常であることを前提とする。   On the other hand, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the catalyst temperature Tc and the measured oxygen storage capacity OSC for a plurality of catalysts having different degrees of deterioration. Here, it is assumed that the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 is normal.

図示するように、例えば新品触媒といったような正常判定値α以上の大きな計測値OSCを示す触媒は、正確に正常と判定される。また、異常判定値β以下の小さな計測値OSCしか示さない触媒も、正確に異常と判定される。   As shown in the figure, a catalyst that shows a large measured value OSC that is greater than or equal to the normal determination value α, such as a new catalyst, is accurately determined to be normal. A catalyst that shows only a small measured value OSC that is equal to or less than the abnormality determination value β is also accurately determined as abnormal.

他方、正常判定値α未満で且つ異常判定値βより大きい計測値OSCを示す触媒、すなわち中間触媒は、本来異常ではないので、正常と判定すべきである。しかし、この中間触媒の中には、異常判定値βより僅かに大きい計測値OSCを示すものもある。そのため、このような正常な中間触媒と、触媒後センサ18の応答性悪化により異常判定値βより僅かに大きい計測値OSCを示しているに過ぎない異常な触媒とを、正確に区別する必要がある。つまり正常と異常の境目(クライテリア=異常判定値β)付近にある触媒を正確に区別しなければならない。   On the other hand, a catalyst that shows a measured value OSC that is less than the normal determination value α and greater than the abnormality determination value β, that is, an intermediate catalyst, is not inherently abnormal and should be determined to be normal. However, some of the intermediate catalysts exhibit a measured value OSC that is slightly larger than the abnormality determination value β. Therefore, it is necessary to accurately distinguish between such a normal intermediate catalyst and an abnormal catalyst that merely shows a measured value OSC that is slightly larger than the abnormality determination value β due to a deterioration in the response of the post-catalyst sensor 18. is there. That is, it is necessary to accurately distinguish the catalyst in the vicinity of the boundary between normal and abnormal (criteria = abnormal determination value β).

そこで本実施形態では、まず触媒が明らかに正常か否かを判定(識別)する。そして正常と判定できなかった場合、触媒が明らかな中間触媒か否かを判定する。明らかな中間触媒と判定できなかった場合、クライテリア付近の中間触媒と異常触媒とを識別するため、酸素吸蔵容量計測値OSCに対し、触媒後センサ18の応答性の影響を除去ないし排除するための補正を行う。そして補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’を異常判定値βと比較して、触媒の正常・異常を判定する。   Therefore, in this embodiment, it is first determined (identified) whether the catalyst is clearly normal. If it cannot be determined as normal, it is determined whether or not the catalyst is an obvious intermediate catalyst. In order to discriminate between the intermediate catalyst near the criteria and the abnormal catalyst when it cannot be determined as an obvious intermediate catalyst, the influence of the response of the post-catalyst sensor 18 on the oxygen storage capacity measurement value OSC is removed or eliminated. Make corrections. Then, the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC ′ is compared with the abnormality determination value β to determine whether the catalyst is normal or abnormal.

触媒後センサ18の応答性の影響を除去するための補正を行うことにより、前述したような触媒後センサ18の比較的軽度の応答性悪化の場合でも、正確な酸素吸蔵容量計測値OSCを得られ、触媒の正常・異常を正確に診断することができる。また、補正前に予め、触媒が明らかな中間触媒か否かを判定し、明らかな中間触媒と判定できなかった場合、クライテリア付近の中間触媒と異常触媒とを識別するため、補正を行う。これにより、クライテリア付近での診断精度を向上し、誤診断を防止することができる。   By performing the correction for removing the influence of the responsiveness of the post-catalyst sensor 18, an accurate oxygen storage capacity measurement value OSC can be obtained even when the post-catalyst sensor 18 is relatively mildly deteriorated in responsiveness as described above. Therefore, the normality / abnormality of the catalyst can be accurately diagnosed. Further, before the correction, it is determined in advance whether or not the catalyst is an obvious intermediate catalyst. If it cannot be determined that the catalyst is an obvious intermediate catalyst, correction is performed to identify the intermediate catalyst near the criteria and the abnormal catalyst. Thereby, the diagnostic accuracy near the criteria can be improved and misdiagnosis can be prevented.

なお、触媒が明らかに正常か否かを判定するステップは省略することも可能である。   It should be noted that the step of determining whether the catalyst is clearly normal can be omitted.

以下、異常診断の第1実施例を説明する。この第1実施例は、図6に示すように、中間触媒において、触媒温度Tcの変化量に対する酸素吸蔵容量計測値OSCの変化量の比すなわち変化率(線の勾配)が大きい点に着目して、明らかな中間触媒を識別することを特徴の一つとする。この変化率は、中間触媒の方が異常触媒よりも大きい。   Hereinafter, a first embodiment of the abnormality diagnosis will be described. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, in the intermediate catalyst, the ratio of the change amount of the oxygen storage capacity measurement value OSC to the change amount of the catalyst temperature Tc, that is, the change rate (line slope) is large. Thus, one of the features is to identify an obvious intermediate catalyst. This rate of change is greater for the intermediate catalyst than for the abnormal catalyst.

図8に、第1実施例に従ってECU20により実行される異常診断の手順を示す。   FIG. 8 shows an abnormality diagnosis procedure executed by the ECU 20 according to the first embodiment.

まずステップS101において、診断を実行するのに適した条件すなわち実行条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エアフローメータ5により検出された吸入空気量Gaと、クランク角センサ14の出力に基づき計算されたエンジン回転速度Neとの変動幅が所定範囲内にあるなど、エンジンが定常運転状態にあり、且つ、上流触媒11及び触媒前後センサ17,18が活性状態にあれば、実行条件成立となる。なお実行条件についてはここで述べた例に限られない。実行条件が成立していない場合には待機状態となり、実行条件が成立した場合にはステップS102に進む。   First, in step S101, it is determined whether a condition suitable for executing diagnosis, that is, an execution condition is satisfied. For example, the engine is in a steady operation state such that the fluctuation range between the intake air amount Ga detected by the air flow meter 5 and the engine rotational speed Ne calculated based on the output of the crank angle sensor 14 is within a predetermined range. If the upstream catalyst 11 and the catalyst front-rear sensors 17 and 18 are in the active state, the execution condition is satisfied. The execution condition is not limited to the example described here. If the execution condition is not satisfied, the process enters a standby state. If the execution condition is satisfied, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、前述の如きアクティブ空燃比制御が実行され、この実行に伴って上流触媒11の酸素吸蔵容量OSCが計測され、さらに反転時間TRLが計測される。また、当該計測時における触媒温度Tcが取得される。   In step S102, the active air-fuel ratio control as described above is executed, and along with this execution, the oxygen storage capacity OSC of the upstream catalyst 11 is measured, and the inversion time TRL is further measured. Further, the catalyst temperature Tc at the time of the measurement is acquired.

すなわち、酸素吸蔵容量OSCについては、複数ずつ計測された放出酸素量と吸蔵酸素量の平均値OSCavが算出され、当該平均値OSCavが今回の計測値とされる。以下、「平均値OSCav」を「計測値OSC」に置き換えて説明を進める。また、反転時間TRLについては、触媒後センサ出力Vrのリッチへの反転時毎に計測された複数のリッチ反転時間TRと、触媒後センサ出力Vrのリーンへの反転時毎に計測された複数のリーン反転時間TLとの平均値が算出され、当該平均値が今回の反転時間TRLとされる。なお、酸素吸蔵容量OSCと反転時間TRLについては必ずしも複数の値の平均値とする必要はない。例えば、複数の値から一値のみを代表的に抽出してこれを今回値としても構わない。   That is, with respect to the oxygen storage capacity OSC, the amount of released oxygen and the average value OSCav of the stored oxygen amount are calculated, and the average value OSCav is used as the current measured value. Hereinafter, the description will proceed by replacing “average value OSCav” with “measured value OSC”. The reversal time TRL is a plurality of rich reversal times TR measured each time the post-catalyst sensor output Vr is reversed to rich, and a plurality of reversal times TRL measured every time the post-catalyst sensor output Vr is reversed to lean. An average value with the lean inversion time TL is calculated, and the average value is set as the current inversion time TRL. Note that the oxygen storage capacity OSC and the inversion time TRL are not necessarily the average value of a plurality of values. For example, only one value may be representatively extracted from a plurality of values, and this value may be used as the current value.

触媒温度Tcについては、アクティブ空燃比制御実行中の所定時点における推定触媒温度が取得される。所定時点は、アクティブ空燃比制御の開始時点、中間時点または終了時点とすることができる。或いは、アクティブ空燃比制御実行中の所定期間内における推定触媒温度の平均値とすることもできる。こうして酸素吸蔵容量OSCが推定触媒温度Tcと関連付けて計測され、これらのデータは対をなすこととなる。   As for the catalyst temperature Tc, an estimated catalyst temperature at a predetermined time point during execution of the active air-fuel ratio control is acquired. The predetermined time point can be a start time, an intermediate time or an end time of the active air-fuel ratio control. Alternatively, it may be an average value of the estimated catalyst temperature within a predetermined period during execution of active air-fuel ratio control. Thus, the oxygen storage capacity OSC is measured in association with the estimated catalyst temperature Tc, and these data form a pair.

次に、ステップS103において、酸素吸蔵容量計測値OSCが正常判定値αと比較される。OSC≧αのときには、触媒11を明らかに正常とみなすことができるので、ステップS109に進んで触媒11が正常と判定される。このように触媒11が明らかな正常触媒である場合にはこれが最初に識別され、以降のステップが省略されるので、診断処理を簡略化できる。   Next, in step S103, the oxygen storage capacity measurement value OSC is compared with the normality determination value α. When OSC ≧ α, the catalyst 11 can be clearly regarded as normal, so the routine proceeds to step S109, where it is determined that the catalyst 11 is normal. Thus, when the catalyst 11 is an obvious normal catalyst, this is identified first, and the subsequent steps are omitted, so that the diagnostic process can be simplified.

他方、OSC<αの場合、ステップS104,S105において、触媒11が明らかな中間触媒であるか否かが判断される。
まず、ステップS104において、異なる触媒温度について過去に計測された酸素吸蔵容量OSCの値があるか否かが判断される。具体的には、今回と異なる触媒温度領域について時間的に直近に計測された酸素吸蔵容量OSCの値があるか否かが判断される。
これについて説明する。図9に示すように、触媒温度Tcは、図中I,II,IIIで示すように複数の領域に予め区分されている。また、酸素吸蔵容量計測値OSCと、推定触媒温度Tcが属する触媒温度領域とが対をなすデータA,B,C,Dとなっている。今回のデータが領域III内のAである場合、1回前の診断時に取得されたデータBは、同一の領域IIIに属するため、ステップS104にいう直近データとはされない。2回前の診断時に取得されたデータCが、異なる領域IIに属し、且つ時間的にも直近であるため、直近データとされる。3回前の診断時に取得されたデータDは、異なる領域Iに属するものの、時間的に直近でないため、直近データとはされない。
On the other hand, if OSC <α, it is determined in steps S104 and S105 whether the catalyst 11 is an obvious intermediate catalyst.
First, in step S104, it is determined whether there is a value of the oxygen storage capacity OSC measured in the past for different catalyst temperatures. Specifically, it is determined whether or not there is a value of the oxygen storage capacity OSC that is measured most recently in time for a catalyst temperature region different from the current time.
This will be described. As shown in FIG. 9, the catalyst temperature Tc is divided into a plurality of regions in advance as indicated by I, II, and III in the figure. Further, the data A, B, C, and D form a pair of the oxygen storage capacity measurement value OSC and the catalyst temperature region to which the estimated catalyst temperature Tc belongs. When the current data is A in the area III, the data B acquired at the time of the previous diagnosis belongs to the same area III, and thus is not the latest data in step S104. Since the data C acquired at the time of the previous diagnosis belongs to a different region II and is closest in time, it is regarded as the latest data. Although the data D acquired at the time of the diagnosis three times before belongs to a different region I, it is not the latest data because it is not the latest in time.

図10に示す別の例でも、今回のデータは領域III内のAである。1回前のデータBは同一の領域IIIに属するため直近データとはされない。2回前のデータCは異なる領域Iに属し、且つ時間的にも直近であるため、直近データとされる。3回前のデータDは、異なる領域IIに属し、2回前のデータCより今回の領域IIIに近いが、時間的に直近でないため、直近データとはされない。   In another example shown in FIG. 10, the current data is A in the area III. Since the previous data B belongs to the same region III, it is not the latest data. The data C two times before belongs to a different area I and is the latest in time, and is therefore the latest data. The data D three times before belongs to a different area II and is closer to the current area III than the data C two times before, but is not the latest data because it is not closest in time.

ステップS104では、このような直近データがあるか否かが判断される。なお、現在の劣化状態における触媒の変化率を求めるのが目的なので、時間的な直近は所定の時間的制限を設けるのが好ましい。例えば、所定トリップ(例えば20トリップ)前或いは所定回(例えば20回)前までのデータの中に限って直近データを抽出可能としてもよい。   In step S104, it is determined whether there is such latest data. Since the purpose is to determine the rate of change of the catalyst in the current deteriorated state, it is preferable to set a predetermined time limit in the immediate vicinity of time. For example, the latest data may be extracted only in data before a predetermined trip (for example, 20 trips) or a predetermined number of times (for example, 20 times).

また、触媒温度は必ずしも複数の領域に区分しなくてもよい。過去データであれば時間的に直近のデータとする必要も必ずしもなく、例えば直近よりも1回ないし数回古いデータとしてもよい。   The catalyst temperature does not necessarily have to be divided into a plurality of regions. If it is past data, it is not always necessary to make it the latest data in time. For example, the data may be one to several times older than the latest data.

さて、ステップS104において直近データが無いと判断された場合、ステップS101に戻って、直近データができるまでステップS101〜S104が繰り返し実行される。   When it is determined in step S104 that there is no latest data, the process returns to step S101, and steps S101 to S104 are repeatedly executed until the latest data is generated.

他方、ステップS104において直近データがあると判断された場合、ステップS105に進んで、今回の酸素吸蔵容量計測値OSCと、直近データに係る酸素吸蔵容量計測値OSCpとの差分ΔOSC=|OSC−OSCp|が算出され、この差分ΔOSCが所定の中間判定値γと比較される。   On the other hand, if it is determined in step S104 that there is the latest data, the process proceeds to step S105, and the difference ΔOSC between the current oxygen storage capacity measurement value OSC and the oxygen storage capacity measurement value OSCp related to the latest data is | OSC−OSCp. | Is calculated, and this difference ΔOSC is compared with a predetermined intermediate determination value γ.

すなわち、触媒が明らかな中間触媒であるときには、図6に示すように、相異なる触媒温度領域での計測値の差分ΔOSCが大きくなる。他方、触媒が明らかな中間触媒でないときには、当該差分ΔOSCが小さくなる。よって、この差分ΔOSCを中間判定値γと比較することで、触媒が明らかな中間触媒であるか否かを識別することが可能となる。   That is, when the catalyst is an obvious intermediate catalyst, as shown in FIG. 6, the difference ΔOSC between measured values in different catalyst temperature regions becomes large. On the other hand, when the catalyst is not an obvious intermediate catalyst, the difference ΔOSC becomes small. Therefore, by comparing this difference ΔOSC with the intermediate determination value γ, it is possible to identify whether or not the catalyst is an obvious intermediate catalyst.

ここでは単純に、差分ΔOSCを一定の中間判定値γと比較している。しかしながら、差分ΔOSCは、今回データと直近データとの触媒温度の差、具体的に触媒温度領域間の温度差によって変化する。このため、中間判定値γを当該温度差に基づいて可変設定してもよい。さらには、差分ΔOSCを触媒温度差で除してなる比を、一定の中間判定値γと比較するようにしてもよい。これらにより、明らかな中間触媒の識別精度を向上することが可能となる。   Here, the difference ΔOSC is simply compared with a certain intermediate determination value γ. However, the difference ΔOSC changes depending on the difference in catalyst temperature between the current data and the latest data, specifically, the temperature difference between the catalyst temperature regions. For this reason, the intermediate determination value γ may be variably set based on the temperature difference. Furthermore, a ratio obtained by dividing the difference ΔOSC by the catalyst temperature difference may be compared with a certain intermediate determination value γ. Thus, it becomes possible to improve the identification accuracy of the clear intermediate catalyst.

ステップS105において、ΔOSC≧γであるとき、触媒を明らかな中間触媒とみなすことができるので、ステップS109に進んで触媒11が正常と判定される。   In step S105, when ΔOSC ≧ γ, the catalyst can be regarded as an obvious intermediate catalyst. Therefore, the process proceeds to step S109, and the catalyst 11 is determined to be normal.

他方、ステップS105においてΔOSC<γであるときには、触媒を明らかな中間触媒とみなすことができず、センサ応答性影響により正常を示す可能性もあるので、ステップS106に進んで、酸素吸蔵容量計測値OSCに対し、触媒後センサ18の応答性の影響を除去するための補正が行われる。   On the other hand, when ΔOSC <γ in step S105, the catalyst cannot be regarded as an obvious intermediate catalyst and may show normality due to the influence of the sensor response, so the process proceeds to step S106 and the oxygen storage capacity measurement value The OSC is corrected to remove the influence of the responsiveness of the post-catalyst sensor 18.

図11に、触媒後センサ18の時定数T(ms)と、リッチ反転時間TR(s)との関係を調べた結果を示す。時定数Tは、触媒後センサ18の応答性を表すパラメータであり、触媒後センサ18に固有の値である。触媒後センサ18が劣化し、その応答性が悪化するほど、触媒後センサ18の時定数Tは大きくなる。図示例は、排気ガス流量の相関値である吸入空気量Ga(g/s)と、時定数Tすなわちセンサ劣化度合いとがそれぞれ異なる複数の条件について調べた結果を示す。   FIG. 11 shows the result of examining the relationship between the time constant T (ms) of the post-catalyst sensor 18 and the rich inversion time TR (s). The time constant T is a parameter that represents the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 and is a value unique to the post-catalyst sensor 18. The time constant T of the post-catalyst sensor 18 increases as the post-catalyst sensor 18 deteriorates and its responsiveness deteriorates. The illustrated example shows the results of examining a plurality of conditions in which the intake air amount Ga (g / s), which is a correlation value of the exhaust gas flow rate, and the time constant T, that is, the degree of sensor deterioration, are different.

理解されるように、触媒後センサ18の時定数Tすなわち劣化度合いが大きいほど、リッチ反転時間TRは長くなる傾向がある。また、同一の時定数Tに対するリッチ反転時間TRの値については、吸入空気量Gaすなわち排気ガス流量の大小によって、二本の実線の間の範囲に相当するばらつき幅が存在する。同様の傾向が、リーン反転時間TLについても存在することが想定される。   As understood, the rich inversion time TR tends to become longer as the time constant T of the post-catalyst sensor 18, that is, the degree of deterioration increases. Further, with respect to the value of the rich inversion time TR with respect to the same time constant T, there is a variation width corresponding to a range between two solid lines depending on the intake air amount Ga, that is, the exhaust gas flow rate. A similar trend is assumed to exist for the lean inversion time TL.

よってこの結果に鑑み、本実施形態では、図11に破線で示すような時定数Tとリッチ反転時間TRとの相関、特にばらつき幅の中心における相関が、マップ又は関数(以下、マップ等という)の形式でECU20に予め記憶される。そしてECU20により、ステップS102で計測された反転時間TRLに対応する時定数Tが、マップ等から算出される。   Therefore, in view of this result, in the present embodiment, the correlation between the time constant T and the rich inversion time TR as shown by the broken line in FIG. 11, particularly the correlation at the center of the variation width, is a map or function (hereinafter referred to as a map or the like). Is stored in the ECU 20 in advance. Then, the ECU 20 calculates a time constant T corresponding to the inversion time TRL measured in step S102 from a map or the like.

次いで、図12に示すようなマップ等から、時定数Tに対応する補正係数Kが算出される。この補正係数Kが今回の酸素吸蔵容量計測値OSCに乗じられて補正がなされる。補正後の酸素吸蔵容量計測値をOSC’で表す。   Next, a correction coefficient K corresponding to the time constant T is calculated from a map as shown in FIG. The correction coefficient K is corrected by multiplying the current oxygen storage capacity measurement value OSC. The corrected oxygen storage capacity measurement value is represented by OSC ′.

図11の結果では、時定数が0〜Tの範囲において反転時間TRLがほぼ一定である。この範囲は、応答性が極めて良好な(例えば新品の)触媒後センサ18のときに得られる。これに対応して、図12のマップ等でも、時定数が0〜Tのとき補正係数Kは1とされ、補正は実質的になされない。酸素吸蔵容量計測値OSCへのセンサ応答遅れの影響が無いからである。 In the results of FIG. 11, the time constant is inverted time TRL is substantially constant in the range of 0 to T 1. This range is obtained when the post-catalyst sensor 18 has a very good response (for example, a new one). Correspondingly, in the map or the like in FIG. 12, the time constant correction coefficient K when the 0 to T 1 is a 1, no correction is substantially performed. This is because there is no influence of sensor response delay on the oxygen storage capacity measurement value OSC.

他方、図11の結果では、時定数がT以上のとき、時定数Tの増大につれ反転時間TRLも増大する。これに対応して、図12のマップ等では、時定数がT以上のとき、時定数Tの増大につれ補正係数Kは1から減少される。これによりセンサの応答遅れが大きくなるほど酸素吸蔵容量計測値OSCを減少側に補正することができ、センサ応答性の影響を排除することができる。 On the other hand, the results of FIG. 11, time constant when the above T 1, also increases reversal time TRL As increase in the time constant T. Correspondingly, the map or the like in FIG. 12, time constant when the T 1 or more, the correction coefficient K as the increase of the time constant T is reduced from 1. As a result, the oxygen storage capacity measurement value OSC can be corrected to the decreasing side as the response delay of the sensor increases, and the influence of the sensor response can be eliminated.

図11の結果から分かるように、リッチ反転時間TR、リーン反転時間TLおよび反転時間TRLのいずれも、時定数Tに相関する値であるため、時定数Tと同様、触媒後センサ18の応答性を表すパラメータであるといえる。従って本実施形態では、そのうちの反転時間TRLをパラメータとして用い、この反転時間TRLに基づいて間接的に時定数Tを求め、最終的に補正値としての補正係数Kを求めている。但し、反転時間TRLから直接補正係数Kを求めることも可能である。また他の手法で時定数T自体を検出し、時定数Tに基づいて補正値を求めることも可能である。   As can be seen from the results of FIG. 11, since all of the rich inversion time TR, the lean inversion time TL, and the inversion time TRL are values correlated with the time constant T, the response of the post-catalyst sensor 18 is similar to the time constant T. It can be said that this is a parameter representing Therefore, in this embodiment, the inversion time TRL is used as a parameter, the time constant T is indirectly obtained based on the inversion time TRL, and the correction coefficient K is finally obtained as a correction value. However, it is also possible to obtain the correction coefficient K directly from the inversion time TRL. It is also possible to detect the time constant T itself by other methods and obtain the correction value based on the time constant T.

さて、このようにして酸素吸蔵容量計測値OSCの補正が実行されたならば、次にステップS107において、補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’が異常判定値βと比較される。   If the correction of the oxygen storage capacity measurement value OSC is executed in this way, the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC ′ is then compared with the abnormality determination value β in step S107.

OSC’>βのときは、ステップS109に進んで触媒11が正常と判定される。他方、OSC’≦βのときは、ステップS108に進んで触媒11が異常と判定される。触媒後センサ18の応答性の影響が既に除去されているので、OSC’は触媒の持つ正味の酸素吸蔵容量ということになり、OSC’とβとの比較のみで触媒11の正常・異常を正確に判定できる。   When OSC '> β, the routine proceeds to step S109 where it is determined that the catalyst 11 is normal. On the other hand, when OSC ′ ≦ β, the routine proceeds to step S108, where it is determined that the catalyst 11 is abnormal. Since the influence of the responsiveness of the post-catalyst sensor 18 has already been removed, OSC ′ is the net oxygen storage capacity of the catalyst, and the normality / abnormality of the catalyst 11 can be accurately determined only by comparing OSC ′ with β. Can be determined.

次に、異常診断の第2実施例を説明する。この第2実施例は、リーン反転時間TLおよびリッチ反転時間TRに基づいて明らかな中間触媒を識別することを特徴の一つとする。より詳細には、図13に示すような、吸入空気量Gaと、リーン反転時間TLおよびリッチ反転時間TRの比すなわち反転時間比H=TL/TRとの関係を利用して、明らかな中間触媒を識別することを特徴の一つとする。   Next, a second embodiment of the abnormality diagnosis will be described. This second embodiment is characterized in that an obvious intermediate catalyst is identified based on the lean inversion time TL and the rich inversion time TR. More specifically, as shown in FIG. 13, an apparent intermediate catalyst is obtained by utilizing the relationship between the intake air amount Ga and the ratio of the lean inversion time TL and the rich inversion time TR, that is, the inversion time ratio H = TL / TR. Is one of the features.

図14に、第2実施例に従ってECU20により実行される異常診断の手順を示す。   FIG. 14 shows an abnormality diagnosis procedure executed by the ECU 20 according to the second embodiment.

まずステップS201において、前記ステップS101と同様、診断実行条件が成立しているか否かが判断される。実行条件が成立していない場合には待機状態となり、実行条件が成立した場合にはステップS202に進む。   First, in step S201, as in step S101, it is determined whether a diagnosis execution condition is satisfied. When the execution condition is not satisfied, the process enters a standby state. When the execution condition is satisfied, the process proceeds to step S202.

ステップS202では、前記ステップS102と同様にアクティブ空燃比制御が実行されると共に、上流触媒11の酸素吸蔵容量OSCが計測される。また、リーン反転時間TLとリッチ反転時間TRとが個別に計測される。また、当該計測時における吸入空気量Gaが取得される。   In step S202, active air-fuel ratio control is executed as in step S102, and the oxygen storage capacity OSC of the upstream catalyst 11 is measured. Further, the lean inversion time TL and the rich inversion time TR are individually measured. Further, the intake air amount Ga at the time of the measurement is acquired.

リーン反転時間TLとリッチ反転時間TRについては、複数計測されたリーン反転時間の平均値がリーン反転時間TLとされ、複数計測されたリッチ反転時間の平均値がリッチ反転時間TRとされる。なお、必ずしも複数値の平均値とする必要はなく、代表的な一値のみとしてもよい。   For the lean inversion time TL and the rich inversion time TR, the average value of the plurality of lean inversion times measured is the lean inversion time TL, and the average value of the plurality of rich inversion times measured is the rich inversion time TR. Note that it is not always necessary to use an average value of a plurality of values, and only a representative value may be used.

吸入空気量Gaについては、アクティブ空燃比制御実行中の所定時点においてエアフローメータ5により検出された吸入空気量が取得される。所定時点は、アクティブ空燃比制御の開始時点、中間時点または終了時点とすることができる。或いは、アクティブ空燃比制御実行中の所定期間内における吸入空気量の平均値とすることもできる。   As for the intake air amount Ga, the intake air amount detected by the air flow meter 5 at a predetermined time point during execution of the active air-fuel ratio control is acquired. The predetermined time point can be a start time, an intermediate time or an end time of the active air-fuel ratio control. Alternatively, it may be an average value of the intake air amount within a predetermined period during execution of active air-fuel ratio control.

次に、ステップS203において、前記ステップS103と同様、酸素吸蔵容量計測値OSCが正常判定値αと比較される。OSC≧αのときにはステップS210に進んで触媒11が正常と判定される。   Next, in step S203, the oxygen storage capacity measurement value OSC is compared with the normality determination value α as in step S103. When OSC ≧ α, the routine proceeds to step S210, where it is determined that the catalyst 11 is normal.

他方、OSC<αの場合、ステップS204〜S206において、触媒11が明らかな中間触媒であるか否かが判断される。
図13に示すように、吸入空気量Gaと反転時間比H=TL/TRとの関係については、正常触媒の場合と異常触媒の場合とで図示の如き相違がある。ここで、正常触媒および異常触媒ともに、吸入空気量Gaの増加すなわち排気ガス流量の増加につれ、反転時間比Hが一旦上昇し、その後下降するという傾向がある。このとき、高負荷運転時相当の吸入空気量の範囲Ga1〜Ga2において、正常触媒の反転時間比Hは異常触媒の反転時間比Hよりも小さくなり、その差が徐々に拡大していく傾向が見られる。
On the other hand, if OSC <α, it is determined in steps S204 to S206 whether the catalyst 11 is an obvious intermediate catalyst.
As shown in FIG. 13, regarding the relationship between the intake air amount Ga and the reversal time ratio H = TL / TR, there is a difference as shown between the case of a normal catalyst and the case of an abnormal catalyst. Here, for both the normal catalyst and the abnormal catalyst, the reversal time ratio H tends to increase once and then decrease as the intake air amount Ga increases, that is, the exhaust gas flow rate increases. At this time, in the intake air amount range Ga1 to Ga2 corresponding to the high load operation, the reversal time ratio H of the normal catalyst is smaller than the reversal time ratio H of the abnormal catalyst, and the difference tends to gradually increase. It can be seen.

その理由は、高負荷運転時だとそれより低負荷側の運転時に比べ、リッチ制御時における触媒の酸素放出反応の活性が向上し、酸素放出量が増加し、触媒後センサ出力が反転を開始してからリッチ判定値VRに達するまでの時間が長くなる、すなわちリッチ反転時間TRが長くなるからと考えられる。また、触媒の酸素放出能力が向上し、未反応で触媒をすり抜けるリッチガスが減少し、触媒から排出されるガスの酸素濃度がリッチ判定値VR相当に低下するまでに時間がかかるからと考えられる。   The reason for this is that during high-load operation, the oxygen release reaction activity of the catalyst during rich control is improved compared to during low-load operation, the oxygen release amount increases, and the post-catalyst sensor output begins to reverse. This is considered to be because the time until the rich determination value VR is reached becomes longer, that is, the rich inversion time TR becomes longer. Further, it is considered that it takes time until the oxygen releasing ability of the catalyst is improved, the rich gas that has passed through the catalyst in an unreacted state is reduced, and the oxygen concentration of the gas discharged from the catalyst is lowered to the rich determination value VR.

そこで、図13に示すように、上記吸入空気量の範囲Ga1〜Ga2において、正常触媒の線および異常触媒の線の間に位置する、中間判定値δを規定する線Sを予め定め、この線Sを利用して明らかな中間触媒を識別する。すなわち、線Sより下の反転時間比Hが得られたときには触媒を明らかな中間触媒と判定し、線Sより上の反転時間比Hが得られたときには触媒を明らかな中間触媒と判定せず、上記の如き補正を実行する。   Therefore, as shown in FIG. 13, in the intake air amount range Ga1 to Ga2, a line S that defines an intermediate determination value δ located between the normal catalyst line and the abnormal catalyst line is determined in advance. S is used to identify obvious intermediate catalysts. That is, when the reversal time ratio H below the line S is obtained, the catalyst is determined as an obvious intermediate catalyst, and when the reversal time ratio H above the line S is obtained, the catalyst is not judged as an obvious intermediate catalyst. The correction as described above is executed.

図14に戻って、ステップS204においては、ステップS202で取得された吸入空気量Gaが高負荷運転時相当の範囲Ga1≦Ga≦Ga2にあるか否かが判断される。
この範囲に無いと判断された場合、ステップS201に戻って今回の診断が中止され、待機状態に至る。
Returning to FIG. 14, in step S204, it is determined whether or not the intake air amount Ga acquired in step S202 is in the range Ga1 ≦ Ga ≦ Ga2 corresponding to the high load operation.
If it is determined that it is not within this range, the process returns to step S201, the current diagnosis is stopped, and a standby state is reached.

他方、この範囲にあると判断された場合、ステップS205に進んで、ステップS202で取得された吸入空気量Gaに対応する中間判定値δが算出される。すなわち、図13に示すように、線Sは吸入空気量Gaの増加につれ減少方向に向かうよう変化する。よってこのような関係を予め規定したマップ等から、吸入空気量Gaに対応する中間判定値δが算出される。   On the other hand, if it is determined that the value is within this range, the process proceeds to step S205, and an intermediate determination value δ corresponding to the intake air amount Ga acquired in step S202 is calculated. That is, as shown in FIG. 13, the line S changes in the decreasing direction as the intake air amount Ga increases. Therefore, an intermediate determination value δ corresponding to the intake air amount Ga is calculated from a map or the like that prescribes such a relationship.

次に、ステップS206において、ステップS202で計測されたリーン反転時間TLとリッチ反転時間TRから、反転時間比H=TL/TRが算出されると共に、この反転時間比Hが中間判定値δと比較される。   Next, in step S206, an inversion time ratio H = TL / TR is calculated from the lean inversion time TL and rich inversion time TR measured in step S202, and the inversion time ratio H is compared with the intermediate determination value δ. Is done.

TL/TR≧δであるときには、触媒を明らかな中間触媒とみなすことができるので、ステップS210に進んで触媒11が正常と判定される。   When TL / TR ≧ δ, since the catalyst can be regarded as an obvious intermediate catalyst, the routine proceeds to step S210, where it is determined that the catalyst 11 is normal.

他方、TL/TR<δであるときには、触媒を明らかな中間触媒とみなすことができず、センサ応答性影響により正常を示す可能性もあるので、ステップS207に進んで、前記ステップS106と同様の補正が実行される。   On the other hand, when TL / TR <δ, the catalyst cannot be regarded as an obvious intermediate catalyst and may show normality due to the influence of sensor response, so the process proceeds to step S207, and the same as step S106. Correction is performed.

そして、ステップS208において、補正後の酸素吸蔵容量計測値OSC’が異常判定値βと比較され、OSC’>βのときはステップS210において触媒11が正常、OSC’≦βのときにはステップS209において触媒11が異常と判定される。   In step S208, the corrected oxygen storage capacity measurement value OSC ′ is compared with the abnormality determination value β. When OSC ′> β, the catalyst 11 is normal in step S210, and when OSC ′ ≦ β, the catalyst is determined in step S209. 11 is determined to be abnormal.

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、エンジンは自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。前記実施形態では排気ガス流量の相関値として吸入空気量を検出し使用したが、排気ガス流量を直接検出し使用してもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the engine may be other than for automobiles, and may be a direct injection type or the like. In the above embodiment, the intake air amount is detected and used as the correlation value of the exhaust gas flow rate, but the exhaust gas flow rate may be directly detected and used.

本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

1 エンジン
5 エアフローメータ
6 排気管
7 インジェクタ
11 上流触媒
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
19 下流触媒
20 電子制御ユニット(ECU)
OSC 酸素吸蔵容量
ΔOSC 差分
K 補正係数
α 正常判定値
β 異常判定値
γ 中間判定値
δ 中間判定値
Tc 触媒温度
TL リーン反転時間
TR リッチ反転時間
TRL 反転時間
H 反転時間比
Ga 吸入空気量
T 時定数
1 Engine 5 Air Flow Meter 6 Exhaust Pipe 7 Injector 11 Upstream Catalyst 17 Pre-Catalyst Sensor 18 Post-Catalyst Sensor 19 Downstream Catalyst 20 Electronic Control Unit (ECU)
OSC Oxygen storage capacity ΔOSC Difference K Correction coefficient α Normal determination value β Abnormal determination value γ Intermediate determination value δ Intermediate determination value Tc Catalyst temperature TL Lean inversion time TR Rich inversion time TRL Inversion time H Inversion time ratio Ga Intake air amount T Time constant

Claims (10)

内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段と、
前記触媒後センサの出力がリーンまたはリッチに反転するのに応答して、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたはリーンに交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って、前記触媒の酸素吸蔵容量を前記検出または推定触媒温度に関連付けて計測する計測手段と、
前記計測手段によって今回計測された酸素吸蔵容量の値と、異なる触媒温度について過去に計測された酸素吸蔵容量の値との差分に基づき、前記触媒が正常か否かを判定する第1の判定手段と、
前記第1の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき、今回計測された酸素吸蔵容量の値を補正する補正手段と、
補正後の酸素吸蔵容量の値を所定の異常判定値と比較して前記触媒が正常か異常かを判定する第2の判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst;
Catalyst temperature detection means for detecting or estimating the temperature of the catalyst;
In response to the output of the post-catalyst sensor being reversed to lean or rich, active air-fuel ratio control is executed to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst to rich or lean alternately and actively. Fuel ratio control means;
With the execution of the active air-fuel ratio control, measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst in association with the detected or estimated catalyst temperature,
First determination means for determining whether or not the catalyst is normal based on the difference between the value of the oxygen storage capacity measured this time by the measurement means and the value of the oxygen storage capacity measured in the past for different catalyst temperatures. When,
A correction means for correcting the value of the oxygen storage capacity measured this time based on a parameter representing the response of the post-catalyst sensor when the first determination means does not determine normality;
Second determination means for comparing the corrected oxygen storage capacity value with a predetermined abnormality determination value to determine whether the catalyst is normal or abnormal;
A catalyst abnormality diagnosis device comprising:
前記計測手段によって計測された酸素吸蔵容量の値を所定の正常判定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する第3の判定手段を更に備え、
前記第1の判定手段は、前記第3の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記差分に基づく判定を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の触媒異常診断装置。
A third determination means for determining whether or not the catalyst is normal by comparing the value of the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined normal determination value;
2. The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the first determination unit performs a determination based on the difference when the third determination unit does not determine that the first determination unit is normal. 3.
前記計測手段は、予め設定された複数の触媒温度領域のうち、前記検出または推定触媒温度が属する一つに関連付けて前記酸素吸蔵容量を計測し、
前記第1の判定手段は、前記異なる触媒温度について過去に計測された酸素吸蔵容量の値として、異なる触媒温度領域について直近に計測された酸素吸蔵容量の値を用いる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の触媒異常診断装置。
The measuring means measures the oxygen storage capacity in association with one of the plurality of preset catalyst temperature regions to which the detected or estimated catalyst temperature belongs,
The first determination means uses the value of the oxygen storage capacity measured most recently for different catalyst temperature ranges as the value of the oxygen storage capacity measured in the past for the different catalyst temperatures. Or the catalyst abnormality diagnosis device according to 2;
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
前記触媒後センサの出力がリーンまたはリッチに反転するのに応答して、前記触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたはリーンに交互に且つアクティブに切り替えるアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記アクティブ空燃比制御の実行に伴って、前記触媒の酸素吸蔵容量を計測する計測手段と、
前記触媒後センサ出力がリーンおよびリッチにそれぞれ反転する際のリーン反転時間およびリッチ反転時間を計測する反転時間計測手段と、
前記反転時間計測手段によって計測されたリーン反転時間およびリッチ反転時間に基づき、前記触媒が正常か否かを判定する第1の判定手段と、
前記第1の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記触媒後センサの応答性を表すパラメータに基づき、今回計測された酸素吸蔵容量の値を補正する補正手段と、
補正後の酸素吸蔵容量の値を所定の異常判定値と比較して前記触媒が正常か異常かを判定する第2の判定手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
An apparatus for diagnosing abnormality of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A post-catalyst sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio downstream of the catalyst;
In response to the output of the post-catalyst sensor being reversed to lean or rich, active air-fuel ratio control is executed to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst to rich or lean alternately and actively. Fuel ratio control means;
In accordance with the execution of the active air-fuel ratio control, measuring means for measuring the oxygen storage capacity of the catalyst,
An inversion time measuring means for measuring a lean inversion time and a rich inversion time when the post-catalyst sensor output is inverted to lean and rich respectively;
First determination means for determining whether or not the catalyst is normal based on a lean inversion time and a rich inversion time measured by the inversion time measuring means;
A correction means for correcting the value of the oxygen storage capacity measured this time based on a parameter representing the response of the post-catalyst sensor when the first determination means does not determine normality;
Second determination means for comparing the corrected oxygen storage capacity value with a predetermined abnormality determination value to determine whether the catalyst is normal or abnormal;
A catalyst abnormality diagnosis device comprising:
前記計測手段によって計測された酸素吸蔵容量の値を所定の正常判定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する第3の判定手段を更に備え、
前記第1の判定手段は、前記第3の判定手段によって正常と判定されなかったとき、前記リーン反転時間およびリッチ反転時間に基づく判定を実行する
ことを特徴とする請求項4に記載の触媒異常診断装置。
A third determination means for determining whether or not the catalyst is normal by comparing the value of the oxygen storage capacity measured by the measurement means with a predetermined normal determination value;
5. The catalyst abnormality according to claim 4, wherein the first determination unit executes a determination based on the lean inversion time and the rich inversion time when the third determination unit does not determine that the normal determination is normal. Diagnostic device.
前記第1の判定手段は、前記リーン反転時間および前記リッチ反転時間の比を所定値と比較して前記触媒が正常か否かを判定する
ことを特徴とする請求項4または5に記載の触媒異常診断装置。
6. The catalyst according to claim 4, wherein the first determination unit determines whether or not the catalyst is normal by comparing a ratio of the lean inversion time and the rich inversion time with a predetermined value. Abnormality diagnosis device.
前記触媒に供給される排気ガスの流量またはその相関値を検出する検出手段を更に備え、
前記第1の判定手段は、前記検出手段により検出された排気ガス流量またはその相関値に基づき前記所定値を設定する
ことを特徴とする請求項6に記載の触媒異常診断装置。
A detection means for detecting a flow rate of the exhaust gas supplied to the catalyst or a correlation value thereof;
The catalyst abnormality diagnosis apparatus according to claim 6, wherein the first determination unit sets the predetermined value based on an exhaust gas flow rate detected by the detection unit or a correlation value thereof.
前記第1の判定手段は、前記検出手段により検出された排気ガス流量またはその相関値が所定範囲内にあるときに判定を実行する
ことを特徴とする請求項7に記載の触媒異常診断装置。
The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 7, wherein the first determination unit performs the determination when the exhaust gas flow rate detected by the detection unit or a correlation value thereof is within a predetermined range.
前記触媒後センサの応答性を表すパラメータが、前記触媒後センサ出力の反転時間である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
9. The catalyst abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the parameter representing the response of the post-catalyst sensor is an inversion time of the post-catalyst sensor output.
前記触媒後センサの応答性を表すパラメータが、前記触媒後センサの時定数である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の触媒異常診断装置。
The catalyst abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 8, wherein the parameter indicating the responsiveness of the post-catalyst sensor is a time constant of the post-catalyst sensor.
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