JP2023035628A - 診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒の劣化を精度良く診断する。【解決手段】診断装置は、エンジンへの燃料の供給を停止する燃料カットの後において、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気でエンジンへの燃料の供給を再開させる制御部と、エンジンへの燃料の供給の再開後における触媒の酸素消費量の総量である酸素消費量総量を算出する算出部と、算出部により算出された酸素消費量総量に基づいて、触媒の劣化を診断する診断部と、を備え、算出部は、触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサにより検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになる前における酸素消費量である第１酸素消費量を燃料の噴射量に基づいて算出し、空燃比センサにより検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになった後における酸素消費量である第２酸素消費量を排気の空燃比に基づいて算出し、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値を酸素消費量総量として算出する。【選択図】図４

Description

本発明は、診断装置に関する。
近年、エンジンと接続される排気流路に設けられる三元触媒等の触媒の劣化を診断する技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているように、触媒の酸素貯蔵能(ＯＳＣ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ)が低下しているか否かを判断することによって触媒の劣化を診断する方法がある。
特開２００１－１１５８７９号公報
触媒のＯＳＣに着目した劣化診断の方法として、燃料カットの後にリッチ雰囲気でエンジンへの燃料の供給を再開させ、燃料の供給の再開後における触媒の酸素消費量の総量である酸素消費量総量を算出し、算出された酸素消費量総量に基づいて触媒の劣化を診断する方法がある。この場合、算出された酸素消費量総量が想定値よりも小さい場合に、触媒が劣化していると診断される。
ここで、特許文献１に開示されている劣化診断等では、触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサの検出結果に基づいて、酸素消費量の算出開始タイミングが決定される。具体的には、空燃比センサにより検出される空燃比がリーンからリッチに切り替わった時点が酸素消費量の算出開始タイミングとして決定され、その時点以降の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値が酸素消費量総量として算出される。ゆえに、空燃比センサの応答遅れが発生した場合、酸素消費量の算出開始タイミングが遅れてしまうので、算出される酸素消費量総量が小さくなり、劣化診断の診断精度が低下してしまう。
そこで、本発明は、触媒の劣化を精度良く診断することが可能な診断装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係る診断装置は、
エンジンと、前記エンジンと接続される排気流路と、前記排気流路に設けられる触媒と、前記触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、を備える車両の診断装置であって、
前記エンジンへの燃料の供給を停止する燃料カットの後において、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気で前記エンジンへの前記燃料の供給を再開させる制御部と、
前記エンジンへの前記燃料の供給の再開後における前記触媒の酸素消費量の総量である酸素消費量総量を算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記酸素消費量総量に基づいて、前記触媒の劣化を診断する診断部と、
を備え、
前記算出部は、
前記空燃比センサにより検出される前記空燃比が前記理論空燃比よりもリッチになる前における前記酸素消費量である第１酸素消費量を前記燃料の噴射量に基づいて算出し、
前記空燃比センサにより検出される前記空燃比が前記理論空燃比よりもリッチになった後における前記酸素消費量である第２酸素消費量を前記排気の前記空燃比に基づいて算出し、
前記第１酸素消費量と前記第２酸素消費量との合計値を前記酸素消費量総量として算出する。
本発明によれば、触媒の劣化を精度良く診断することが可能となる。
本発明の実施形態に係る吸排気システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る診断装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る診断装置が行う処理の全体的な流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る診断装置が行う処理のうち酸素消費量総量の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る劣化診断における各種状態量の推移の一例を示す図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
<吸排気システムの構成>
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る吸排気システム１の構成について説明する。
図１は、吸排気システム１の概略構成を示す模式図である。吸排気システム１は、車両１００に搭載される。図１に示されるように、吸排気システム１は、エンジン１０と、吸気流路２０と、排気流路３０と、診断装置５０とを備える。
エンジン１０は、例えば、火花点火式の内燃機関である。エンジン１０は、１つまたは複数の気筒１１を有する。図１では、理解を容易にするために、エンジン１０に設けられる複数の気筒１１のうちの１つの気筒１１のみが示されている。気筒１１には、ピストン１２が摺動自在に設けられている。気筒１１の内部には、燃焼室１３が形成される。燃焼室１３は、気筒１１の内面と、ピストン１２の冠面とにより区画される。気筒１１には、燃焼室１３に臨む点火プラグ１４が設けられている。また、気筒１１には、燃焼室１３に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃焼室１３には、空気および燃料を含む混合気が形成される。当該混合気が、点火プラグ１４により点火され、燃焼する。それにより、各気筒１１内のピストン１２が直線往復運動を行い、各ピストン１２と接続されているクランクシャフトへ動力が伝達される。
なお、燃料噴射弁１５は、燃焼室１３内に燃料を直接噴射する形式のものに限定されない。例えば、燃料噴射弁１５は、吸気流路２０に設けられ、吸気流路２０内に燃料を噴射してもよい。この場合、燃料は、吸気とともに、燃焼室１３へ吸入される。
エンジン１０の各燃焼室１３は、吸気ポートを介して吸気流路２０と連通しており、排気ポートを介して排気流路３０と連通している。各気筒１１には、吸気ポートを開閉可能な吸気バルブ１６と、排気ポートを開閉可能な排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６および排気バルブ１７が駆動されることにより、燃焼室１３への吸気の供給、および、燃焼室１３からの排気の排出が行われる。
吸気流路２０は、エンジン１０と接続され、エンジン１０の燃焼室１３に供給される空気が流通する流路である。吸気流路２０の上流側の端部には、車両１００の外部から外気が取り込まれる図示しない吸気口が設けられている。吸気流路２０のうち吸気口より下流側には、エアフィルタ２１が設けられている。エアフィルタ２１は、吸気流路２０を流通する空気に含まれる異物を除去する。吸気流路２０のうちエアフィルタ２１より下流側には、スロットルバルブ２２が設けられる。スロットルバルブ２２は、吸気流路２０を通って、エンジン１０に送られる吸気の流量を調整する。エンジン１０に送られる吸気の流量は、スロットルバルブ２２の開度に応じて変化する。
吸気流路２０のうちスロットルバルブ２２より下流側には、サージタンク２３が設けられる。サージタンク２３には、エンジン１０に送られる吸気が一時的に溜められる。吸気流路２０のうちサージタンク２３より下流側には、図示しないインテークマニホールドが設けられる。インテークマニホールドは、エンジン１０の各気筒１１に向けて分岐し、各気筒１１の吸気ポートと接続される。
吸気流路２０では、吸気口から外気が取り込まれる。取り込まれた空気は、エアフィルタ２１を通過した後、スロットルバルブ２２およびサージタンク２３を順に通過してエンジン１０に送られる。
吸気流路２０には、エアフローメータ２４が設けられる。エアフローメータ２４は、吸気流路２０へ吸入され吸気流路２０を流通する空気の流量である吸入空気量を検出する。エアフローメータ２４は、例えば、エアフィルタ２１とスロットルバルブ２２との間に設けられる。
排気流路３０は、エンジン１０と接続され、エンジン１０の燃焼室１３から排出される排気が流通する流路である。排気流路３０の下流側の端部には、車両１００の外部へ排気が排出される図示しない排気口が設けられている。排気流路３０には、図示しないエキゾーストマニホールドが設けられる。エキゾーストマニホールドは、エンジン１０の各気筒１１に向けて分岐し、各気筒１１の排気ポートと接続される。
排気流路３０のうちエキゾーストマニホールドより下流側には、触媒３１が設けられる。触媒３１は、三元触媒である。触媒３１は、排気中の炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させ、排気中のＮＯｘを還元させることによって、これらの有害成分を無害な水蒸気（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）および窒素（Ｎ２）に浄化する。ただし、触媒３１は、少なくとも三元触媒の機能を有していればよい。例えば、触媒３１は、三元触媒の機能に加え、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）の機能を有していてもよい。
排気流路３０では、エンジン１０から排出された排気は、触媒３１を通過して、排気口から排出される。
排気流路３０には、空燃比センサ３２と、温度センサ３３と、酸素センサ３４とが設けられる。空燃比センサ３２は、触媒３１に流入する排気の空燃比を検出する。空燃比センサ３２は、排気流路３０のうち触媒３１より上流側に設けられる。温度センサ３３は、触媒３１の温度を検出する。温度センサ３３は、触媒３１の近傍に設けられる。酸素センサ３４は、触媒３１から排出される排気中の酸素濃度を検出する。酸素センサ３４は、排気流路３０のうち触媒３１より下流側に設けられる。
車両１００には、アクセル開度センサ４１および車速センサ４２が設けられる。アクセル開度センサ４１は、ドライバによるアクセル操作の操作量に相当するアクセル開度を検出する。車速センサ４２は、車両１００の車速を検出する。
診断装置５０は、触媒３１の劣化診断を行う。劣化診断は、触媒３１の劣化を診断するための一連の処理を意味する。ここで、触媒３１は、酸素貯蔵能(ＯＳＣ)を有している。ＯＳＣは、触媒３１に含まれるセリア（ＣｅＯ２）等の成分によって実現される。診断装置５０は、触媒３１のＯＳＣに着目して、劣化診断を行う。診断装置５０による劣化診断では、触媒３１のＯＳＣが想定よりも低下したことをもって、触媒３１が劣化したと診断される。
理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気では、触媒３１による炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）の浄化効率が低下する。一方、理論空燃比よりもリーンなリーン雰囲気では、触媒３１によるＮＯｘの浄化効率が低下する。ゆえに、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）の浄化効率と、ＮＯｘの浄化効率とを両立させるためには、触媒３１に流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する必要がある。上述したように、触媒３１は、ＯＳＣを有している。ゆえに、酸素が不足するリッチ雰囲気では、触媒３１から酸素が放出される。一方、酸素が過剰なリーン雰囲気では、触媒３１により酸素が貯蔵される。それにより、触媒３１に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍に制御される。
診断装置５０は、１つまたは複数のプロセッサ５１と、プロセッサ５１に接続される１つまたは複数のメモリ５２と、を有する。プロセッサ５１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ５２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。
診断装置５０は、吸排気システム１に設けられる各装置（例えば、点火プラグ１４、燃料噴射弁１５、スロットルバルブ２２、エアフローメータ２４、空燃比センサ３２、温度センサ３３、酸素センサ３４、アクセル開度センサ４１および車速センサ４２等）と通信を行う。診断装置５０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。
図２は、診断装置５０の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図２に示されるように、診断装置５０は、取得部５０ａと、制御部５０ｂと、算出部５０ｃと、診断部５０ｄとを有する。なお、取得部５０ａ、制御部５０ｂ、算出部５０ｃまたは診断部５０ｄにより行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ５１によって実行され得る。詳細には、メモリ５２に記憶されているプログラムをプロセッサ５１が実行することにより、各種処理が実行される。
取得部５０ａは、制御部５０ｂおよび算出部５０ｃが行う処理において用いられる各種情報を取得し、制御部５０ｂおよび算出部５０ｃへ出力する。例えば、取得部５０ａは、エアフローメータ２４、空燃比センサ３２、温度センサ３３、酸素センサ３４、アクセル開度センサ４１および車速センサ４２から情報を取得する。
制御部５０ｂは、吸排気システム１内の各装置の動作を制御する。例えば、制御部５０ｂは、点火プラグ１４による点火タイミングを制御する。また、例えば、制御部５０ｂは、燃料噴射弁１５による燃料噴射における燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を制御する。燃料噴射量は、エンジン１０に供給される燃料の噴射量である。また、例えば、制御部５０ｂは、スロットルバルブ２２の開度を制御する。
ここで、制御部５０ｂは、エンジン１０への燃料の供給を停止する燃料カットを、車両１００の走行状態に応じて実行する。例えば、制御部５０ｂは、車両１００が減速中であり、かつ、アクセル開度がゼロである場合に、燃料カットを実行する。そして、制御部５０ｂは、燃料カットの後において、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気でエンジン１０への燃料の供給を再開させる触媒中立化制御を実行する。触媒中立化制御は、燃料カット中に酸素貯蔵量が過多となった触媒３１から酸素を放出させるための制御である。診断装置５０による劣化診断は、エンジン１０への燃料の供給の再開後に行われる。診断装置５０による劣化診断は、算出部５０ｃおよび診断部５０ｄによって行われる。
算出部５０ｃは、エンジン１０への燃料の供給の再開後における触媒３１の酸素消費量の総量である酸素消費量総量を算出する。算出部５０ｃにより算出される酸素消費量総量は、触媒中立化制御により触媒３１から放出された酸素の総量である。
診断部５０ｄは、算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量に基づいて、触媒３１の劣化を診断する。ここで、算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量は、燃料カット中に触媒３１に貯蔵されていた酸素の総量に相当する。ゆえに、診断部５０ｄは、算出された酸素消費量総量が想定値よりも小さい場合に、触媒３１のＯＳＣが想定よりも低下したと判断し、触媒３１が劣化したと診断する。
なお、本実施形態に係る診断装置５０が有する機能は複数の装置に分割されてもよく、複数の機能が１つの装置によって実現されてもよい。診断装置５０が有する機能が複数の装置に分割される場合、当該複数の装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
上記のように、診断装置５０では、算出部５０ｃは、エンジン１０への燃料の供給の再開後における触媒３１の酸素消費量総量を算出する。診断部５０ｄは、算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量に基づいて、触媒３１の劣化を診断する。ここで、本実施形態に係る診断装置５０では、触媒３１の酸素消費量総量の算出方法を工夫することによって、触媒３１の劣化を精度良く診断することが実現される。
<診断装置の動作>
続いて、図３～図５を参照して、本発明の実施形態に係る診断装置５０の動作について説明する。
図３は、診断装置５０が行う処理の全体的な流れの一例を示すフローチャートである。図３に示される制御フローは、例えば、終了した後に、所定の時間間隔を空けて繰り返し開始される。
図３に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ１０１において、診断装置５０は、燃料カットが実行中であるか否かを判定する。燃料カットが実行中であると判定された場合（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０２に進む。一方、燃料カットが実行中ではないと判定された場合（ステップＳ１０１でＮＯ）、図３に示される制御フローは終了する。
ステップＳ１０１でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０２において、診断装置５０は、燃料カットが終了したか否かを判定する。燃料カットが終了したと判定された場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、ステップＳ１０３に進む。一方、燃料カットが終了していないと判定された場合（ステップＳ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０２が繰り返される。
ステップＳ１０２でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０３において、制御部５０ｂは、触媒中立化制御を実行する。それにより、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気でエンジン１０への燃料の供給が再開される。なお、制御部５０ｂは、例えば、燃料噴射量およびスロットルバルブ２２の開度を制御することによって、エンジン１０の気筒１１内に形成される混合気の空燃比を制御することができる。
次に、ステップＳ１０４において、診断装置５０は、触媒３１の劣化診断が未実施であるか否かを判定する。後述するステップＳ１０５～ステップＳ１０８が、劣化診断の処理に相当する。
例えば、診断装置５０は、イグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの期間において、劣化診断を１回行う。診断装置５０は、イグニッションスイッチが直近でＯＮになった後において劣化診断がまだ行われていない場合、劣化診断が未実施であると判定する。一方、診断装置５０は、イグニッションスイッチが直近でＯＮになった後において劣化診断が既に行われている場合、劣化診断が実施済みであると判定する。
劣化診断が未実施であると判定された場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進む。一方、劣化診断が実施済みであると判定された場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、図３に示される制御フローは終了する。なお、ステップＳ１０４でＮＯと判定された場合、ステップＳ１０４でＹＥＳと判定された場合における後述する処理と同様に、制御部５０ｂは、触媒３１より下流側における空燃比がリッチになったことを条件に、触媒中立化制御を終了する。
ステップＳ１０４でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０５において、算出部５０ｃは、触媒３１の酸素消費量総量を算出する。以下、酸素消費量総量を算出する処理を算出処理とも呼ぶ。
図４は、診断装置５０が行う処理のうち酸素消費量総量の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図４に示される制御フローは、図３に示される制御フロー中のステップＳ１０５の処理の流れの一例に相当する。
図４に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ２０１において、算出部５０ｃは、燃料噴射量に基づいて、第１酸素消費量を算出する。第１酸素消費量は、空燃比センサ３２により検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになる前における酸素消費量である。換言すると、第１酸素消費量は、空燃比センサ３２により検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになる前において触媒３１から放出された酸素の総量である。空燃比センサ３２により検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになる前においても、リッチ雰囲気でエンジン１０への燃料の供給が行われている触媒中立化制御の実行中には、触媒３１から酸素が放出される。
後述するように、ステップＳ２０１は、空燃比センサ３２により検出される空燃比である上流側空燃比がリッチになるまでの間、繰り返される。上流側空燃比は、触媒３１より上流側の空燃比である。つまり、上流側空燃比は、触媒３１に流入する排気の空燃比である。上流側空燃比は、空燃比センサ３２の検出結果に基づいて取得される。
ステップＳ２０１では、算出部５０ｃは、上流側空燃比がリッチになるまでの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量を積算し、各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値を第１酸素消費量として算出する。
算出部５０ｃは、燃料噴射量に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。燃料噴射量が大きいほど、触媒３１が酸素を放出する反応が促進される。ゆえに、算出部５０ｃは、例えば、燃料噴射量が大きいほど、各時点における単位時間あたりの酸素消費量として大きな値を算出する。このように、燃料噴射量に基づいて第１酸素消費量を算出することによって、第１酸素消費量を適切に算出することができる。燃料噴射量は、制御部５０ｂにより決定される各種制御指令値に基づいて取得され得る。
ここで、第１酸素消費量をより精度良く算出する観点では、燃料噴射量に加えて吸入空気量に基づいて第１酸素消費量を算出することが好ましい。この場合、算出部５０ｃは、第１酸素消費量の算出において、吸入空気量に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。吸入空気量が大きいほど、触媒３１が酸素を放出する反応が促進される。ゆえに、算出部５０ｃは、例えば、吸入空気量が大きいほど、各時点における単位時間あたりの酸素消費量として大きな値を算出する。吸入空気量は、エアフローメータ２４の検出結果に基づいて取得される。
また、第１酸素消費量をより精度良く算出する観点では、燃料噴射量に加えて触媒３１の温度に基づいて第１酸素消費量を算出することが好ましい。この場合、算出部５０ｃは、第１酸素消費量の算出において、触媒３１の温度に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。触媒３１が酸素を放出する反応が促進される程度は、触媒３１の温度に応じて変化する。触媒３１の温度は、温度センサ３３の検出結果に基づいて取得される。
次に、ステップＳ２０２において、算出部５０ｃは、上流側空燃比がリッチになったか否かを判定する。上流側空燃比がリッチになったと判定された場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、ステップＳ２０３に進む。一方、上流側空燃比がリッチになっていないと判定された場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、ステップＳ２０１に戻る。
ステップＳ２０２でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ２０３において、算出部５０ｃは、上流側空燃比に基づいて、第２酸素消費量を算出する。第２酸素消費量は、空燃比センサ３２により検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになった後における酸素消費量である。換言すると、第２酸素消費量は、空燃比センサ３２により検出される空燃比が理論空燃比よりもリッチになった後において触媒３１から放出された酸素の総量である。
後述するように、ステップＳ２０３は、下流側空燃比がリッチになるまでの間、繰り返される。下流側空燃比は、触媒３１より下流側の空燃比である。つまり、下流側空燃比は、触媒３１から排出される排気の空燃比である。下流側空燃比がリッチになったか否かは、酸素センサ３４の検出結果に基づいて判定される。
ステップＳ２０３では、算出部５０ｃは、下流側空燃比がリッチになるまでの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量を積算し、各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値を第２酸素消費量として算出する。
算出部５０ｃは、上流側空燃比に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。上流側空燃比が小さいほど、触媒３１に流入する排気中の燃料の割合が大きいので、触媒３１が酸素を放出する反応が促進される。ゆえに、算出部５０ｃは、例えば、上流側空燃比が小さいほど、各時点における単位時間あたりの酸素消費量として大きな値を算出する。このように、上流側空燃比に基づいて第２酸素消費量を算出することによって、第２酸素消費量を適切に算出することができる。
ここで、第２酸素消費量をより精度良く算出する観点では、上流側空燃比に加えて吸入空気量に基づいて第２酸素消費量を算出することが好ましい。この場合、算出部５０ｃは、第２酸素消費量の算出において、吸入空気量に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。吸入空気量が大きいほど、触媒３１が酸素を放出する反応が促進される。ゆえに、算出部５０ｃは、例えば、吸入空気量が大きいほど、各時点における単位時間あたりの酸素消費量として大きな値を算出する。
また、第２酸素消費量をより精度良く算出する観点では、上流側空燃比に加えて触媒３１の温度に基づいて第２酸素消費量を算出することが好ましい。この場合、算出部５０ｃは、第２酸素消費量の算出において、触媒３１の温度に基づいて、各時点における単位時間あたりの酸素消費量を算出する。触媒３１が酸素を放出する反応が促進される程度は、触媒３１の温度に応じて変化する。
次に、ステップＳ２０４において、算出部５０ｃは、下流側空燃比がリッチになったか否かを判定する。算出部５０ｃは、上述したように、下流側空燃比がリッチになったか否かを、酸素センサ３４の検出結果に基づいて判定することができる。下流側空燃比がリッチになったと判定された場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、ステップＳ２０５に進む。一方、下流側空燃比がリッチになっていないと判定された場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、ステップＳ２０３に戻る。
ステップＳ２０４でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ２０５において、算出部５０ｃは、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値を触媒３１の酸素消費量総量として算出し、図４に示される制御フローは終了する。以下、図３に戻り、説明を続ける。
ステップＳ１０５の次に、ステップＳ１０６において、診断部５０ｄは、算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量が閾値より小さいか否かを判定する。閾値は、触媒３１が劣化していない正常時において想定される酸素消費量総量、または、そのような酸素消費量総量よりも小さな値に設定される。
算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量が閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、ステップＳ１０７に進み、診断部５０ｄは、触媒３１が劣化していると診断する。この場合、触媒３１が劣化している旨がドライバに対して通知される。例えば、制御部５０ｂは、劣化診断の結果を通知するために設けられている車両１００内のランプを点灯させる。それにより、ドライバは、触媒３１が劣化している旨を認識することができる。
一方、算出部５０ｃにより算出された酸素消費量総量が閾値以上であると判定された場合（ステップＳ１０６でＮＯ）、ステップＳ１０８に進み、診断部５０ｄは、触媒３１が劣化しておらず正常であると診断する。この場合、例えば、劣化診断の結果を通知するために設けられている車両１００内のランプは点灯しない。
ステップＳ１０７またはステップＳ１０８の次に、ステップＳ１０９において、制御部５０ｂは、触媒中立化制御を終了し、図３に示される制御フローは終了する。
図５は、本実施形態に係る劣化診断における各種状態量の推移の一例を示す図である。図５では、各種状態量として、燃料カットフラグ、上流側空燃比、第２酸素消費量積算値、第１酸素消費量積算値および下流側空燃比リッチフラグの各々の推移が示されている。なお、図５では、空燃比センサ３２が正常である場合が実線によって示されており、空燃比センサ３２の応答遅れが生じている場合が破線によって示されている。
燃料カットフラグは、燃料カットが実行されている場合に１となり、燃料カットが実行されていない場合に０となる。下流側空燃比リッチフラグは、下流側空燃比がリッチになっていることを示す検出結果が酸素センサ３４から出力されている場合に１となり、下流側空燃比がリッチになっていることを示す検出結果が酸素センサ３４から出力されていない場合に０となる。燃料カットフラグおよび下流側空燃比リッチフラグは、例えば、診断装置５０の記憶素子に記憶されており、診断装置５０により書き換えられる。
第１酸素消費量積算値は、第１酸素消費量の算出処理における各時点での酸素消費量の積算値である。第２酸素消費量積算値は、第２酸素消費量の算出処理における各時点での酸素消費量の積算値である。図５では、上流側空燃比は、λ値により示されている。ゆえに、図５中の上流側空燃比が１．０である場合、上流側空燃比は理論空燃比となる。
図５に示される例では、時点Ｔ１以前において、燃料カットが実行されている。ゆえに、時点Ｔ１以前において、上流側空燃比はリーンとなっている。また、時点Ｔ１以前において、下流側空燃比もリーンとなっている。時点Ｔ１において、燃料カットが終了し、触媒中立化制御が実行される。それにより、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気でエンジン１０への燃料の供給が再開される。図５の例では、時点Ｔ１以降において、触媒３１の劣化診断が行われる。
空燃比センサ３２が正常である実線の例では、時点Ｔ１の後の時点Ｔ２において、空燃比センサ３２により検出される空燃比である上流側空燃比がリーンからリッチに切り替わる。ゆえに、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間、第１酸素消費量の算出処理が行われる。よって、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値が第１酸素消費量として算出される。
そして、時点Ｔ２の後の時点Ｔ４において、下流側空燃比がリーンからリッチに切り替わる。ゆえに、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間、第２酸素消費量の算出処理が行われる。よって、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値が第２酸素消費量として算出される。なお、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間の期間中には、触媒３１の作用によって排気中のリッチ成分が除去されるので、下流側空燃比はリーンとなっている。その後、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値が触媒３１の酸素消費量総量として算出され、触媒３１の劣化が診断される。
ここで、空燃比センサ３２の応答遅れが生じる場合がある。空燃比センサ３２の応答遅れは、空燃比センサ３２の特性の経時的な変化、空燃比センサ３２の取付精度等の種々の要因によって生じ得る。空燃比センサ３２の応答遅れが生じている破線の例では、時点Ｔ２よりも後の時点Ｔ３において、空燃比センサ３２により検出される空燃比である上流側空燃比がリーンからリッチに切り替わる。ゆえに、時点Ｔ１から時点Ｔ３までの間、第１酸素消費量の算出処理が行われる。よって、時点Ｔ１から時点Ｔ３までの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値が第１酸素消費量として算出される。
そして、実線の例と同様に、時点Ｔ４において、下流側空燃比がリーンからリッチに切り替わる。ゆえに、時点Ｔ３から時点Ｔ４までの間、第２酸素消費量の算出処理が行われる。よって、時点Ｔ３から時点Ｔ４までの間の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値が第２酸素消費量として算出される。その後、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値が触媒３１の酸素消費量総量として算出され、触媒３１の劣化が診断される。
ここで、本実施形態と異なり、空燃比センサ３２により検出される上流側空燃比がリーンからリッチに切り替わった時点を酸素消費量の算出開始タイミングとして決定し、その時点以降の各時点における単位時間あたりの酸素消費量の積算値を触媒３１の酸素消費量総量として算出することが考えられる。この場合には、本実施形態における第２酸素消費量が想定値よりも小さい場合に、触媒３１が劣化していると診断される。しかしながら、図５に示されるように、空燃比センサ３２の応答遅れが生じている破線の例では、空燃比センサ３２が正常である実線の例と比較して、第２酸素消費量の算出開始タイミングが遅れてしまうので、算出される第２酸素消費量が小さくなる。ゆえに、劣化診断の診断精度が低下してしまう。
一方、本実施形態では、上流側空燃比がリッチになる前における酸素消費量である第１酸素消費量と、上流側空燃比がリッチになった後における酸素消費量である第２酸素消費量とがそれぞれ算出され、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値が触媒３１の酸素消費量総量として算出される。ここで、第１酸素消費量の算出処理では、空燃比センサ３２により検出される上流側空燃比を利用できないものの、燃料噴射量に基づいて第１酸素消費量を算出することによって、第１酸素消費量を適切に算出することができる。また、第２酸素消費量の算出処理では、上流側空燃比に基づいて第２酸素消費量を算出することによって、第２酸素消費量を適切に算出することができる。ゆえに、空燃比センサ３２の応答遅れが生じているか否かによらず、触媒３１の酸素消費量総量を適切に算出することができる。よって、触媒３１の劣化を精度良く診断することができる。
<診断装置の効果>
続いて、本発明の実施形態に係る診断装置５０の効果について説明する。
本実施形態に係る診断装置５０では、算出部５０ｃは、空燃比センサ３２により検出される空燃比である上流側空燃比が理論空燃比よりもリッチになる前における酸素消費量である第１酸素消費量を燃料噴射量に基づいて算出する。また、算出部５０ｃは、空燃比センサ３２により検出される空燃比である上流側空燃比が理論空燃比よりもリッチになった後における酸素消費量である第２酸素消費量を上流側空燃比に基づいて算出する。算出部５０ｃは、第１酸素消費量と第２酸素消費量との合計値を触媒３１の酸素消費量総量として算出する。それにより、空燃比センサ３２の応答遅れが生じているか否かによらず、触媒３１の酸素消費量総量を適切に算出することができる。そして、診断部５０ｄは、算出部５０ｃによって算出された触媒３１の酸素消費量総量に基づいて、触媒３１の劣化を診断する。よって、触媒３１の劣化を精度良く診断することができる。
また、本実施形態に係る診断装置５０では、算出部５０ｃは、燃料噴射量に加えて、エンジン１０と接続される吸気流路２０に吸入される空気の流量である吸入空気量に基づいて、第１酸素消費量を算出することが好ましい。それにより、第１酸素消費量を吸入空気量に応じて精度良く算出することができる。ゆえに、第１酸素消費量をより精度良く算出することができる。よって、触媒３１の酸素消費量総量をより精度良く算出することができるので、触媒３１の劣化をより精度良く診断することができる。
また、本実施形態に係る診断装置５０では、算出部５０ｃは、燃料噴射量に加えて、触媒３１の温度に基づいて、第１酸素消費量を算出することが好ましい。それにより、第１酸素消費量を触媒３１の温度に応じて精度良く算出することができる。ゆえに、第１酸素消費量をより精度良く算出することができる。よって、触媒３１の酸素消費量総量をより精度良く算出することができるので、触媒３１の劣化をより精度良く診断することができる。
また、本実施形態に係る診断装置５０では、算出部５０ｃは、上流側空燃比に加えて、エンジン１０と接続される吸気流路２０に吸入される空気の流量である吸入空気量に基づいて、第２酸素消費量を算出することが好ましい。それにより、第２酸素消費量を吸入空気量に応じて精度良く算出することができる。ゆえに、第２酸素消費量をより精度良く算出することができる。よって、触媒３１の酸素消費量総量をより精度良く算出することができるので、触媒３１の劣化をより精度良く診断することができる。
また、本実施形態に係る診断装置５０では、算出部５０ｃは、上流側空燃比に加えて、触媒３１の温度に基づいて、第２酸素消費量を算出することが好ましい。それにより、第２酸素消費量を触媒３１の温度に応じて精度良く算出することができる。ゆえに、第２酸素消費量をより精度良く算出することができる。よって、触媒３１の酸素消費量総量をより精度良く算出することができるので、触媒３１の劣化をより精度良く診断することができる。
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。
１ 吸排気システム
１０ エンジン
２０ 吸気流路
２１ エアフィルタ
２２ スロットルバルブ
２３ サージタンク
２４ エアフローメータ
３０ 排気流路
３１ 触媒
３２ 空燃比センサ
３３ 温度センサ
３４ 酸素センサ
４１ アクセル開度センサ
４２ 車速センサ
５０ 診断装置
５０ａ 取得部
５０ｂ 制御部
５０ｃ 算出部
５０ｄ 診断部
５１ プロセッサ
５２ メモリ
１００ 車両

Claims (5)

  1. エンジンと、前記エンジンと接続される排気流路と、前記排気流路に設けられる触媒と、前記触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、を備える車両の診断装置であって、
    前記エンジンへの燃料の供給を停止する燃料カットの後において、理論空燃比よりもリッチなリッチ雰囲気で前記エンジンへの前記燃料の供給を再開させる制御部と、
    前記エンジンへの前記燃料の供給の再開後における前記触媒の酸素消費量の総量である酸素消費量総量を算出する算出部と、
    前記算出部により算出された前記酸素消費量総量に基づいて、前記触媒の劣化を診断する診断部と、
    を備え、
    前記算出部は、
    前記空燃比センサにより検出される前記空燃比が前記理論空燃比よりもリッチになる前における前記酸素消費量である第１酸素消費量を前記燃料の噴射量に基づいて算出し、
    前記空燃比センサにより検出される前記空燃比が前記理論空燃比よりもリッチになった後における前記酸素消費量である第２酸素消費量を前記排気の前記空燃比に基づいて算出し、
    前記第１酸素消費量と前記第２酸素消費量との合計値を前記酸素消費量総量として算出する、
    診断装置。
  2. 前記算出部は、前記燃料の前記噴射量に加えて、前記エンジンと接続される吸気流路に吸入される空気の流量である吸入空気量に基づいて、前記第１酸素消費量を算出する、
    請求項１に記載の診断装置。
  3. 前記算出部は、前記燃料の前記噴射量に加えて、前記触媒の温度に基づいて、前記第１酸素消費量を算出する、
    請求項１または２に記載の診断装置。
  4. 前記算出部は、前記排気の前記空燃比に加えて、前記エンジンと接続される吸気流路に吸入される空気の流量である吸入空気量に基づいて、前記第２酸素消費量を算出する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の診断装置。
  5. 前記算出部は、前記排気の前記空燃比に加えて、前記触媒の温度に基づいて、前記第２酸素消費量を算出する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の診断装置。
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