JP3846368B2 - 触媒劣化判定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒が劣化したか否かを判定するための触媒劣化判定装置に関し、特に、複数の部分気筒群と同部分気筒群毎にそれぞれ接続された複数の排気通路を有する内燃機関の同排気通路毎にそれぞれ触媒が配設されたシステムに適用される触媒劣化判定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気ガスを浄化するための三元触媒(本明細書においては、単に「触媒」と云うこともある。)が、同機関の排気通路に配設されている。この触媒は、酸素を貯蔵(吸蔵)するO2ストレージ機能(酸素貯蔵機能、酸素吸蔵機能)を有していて、流入するガスの空燃比がリッチである場合には貯蔵している酸素によりHC,CO等の未燃成分を酸化するとともに、流入するガスの空燃比がリーンである場合には窒素酸化物(NOx)を還元して同NOxから奪った酸素を内部に貯蔵する。これにより、三元触媒は、機関の空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、未燃成分や窒素酸化物を浄化することができる。従って、三元触媒が貯蔵し得る酸素量(以下、「酸素吸蔵量」と称呼する。)の最大値(以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。)が大きいほど、三元触媒の浄化能力は高くなる。
【0003】
一方、触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、触媒の劣化が進行するほど最大酸素吸蔵量は低下する。換言すると、最大酸素吸蔵量は触媒の劣化の程度を示す劣化指標値である。従って、触媒の最大酸素吸蔵量が推定(検出)できれば、同検出した最大酸素吸蔵量に基いて触媒が劣化したか否かを判定することができるとともに、触媒が劣化したという判定結果に基いてユーザーに触媒の劣化を知らしめるための警報(例えば警報ランプを点灯すること)と行うことができる。
【0004】
特開平5−133264号公報の触媒劣化度検出装置は、このような知見に基いて触媒劣化度を検出するものであって、機関の空燃比を所定のリッチ空燃比からリーン空燃比(又は、その逆)に強制的に変化させ、その際における触媒下流に配置した空燃比センサの出力の変化に基いて同触媒の最大酸素吸蔵量を検出し、同検出した最大酸素吸蔵量に基いて同触媒の劣化度を検出するようになっている。
【0005】
より具体的に述べると、上記開示された装置は、触媒上流の空燃比を所定のリッチな空燃比に制御して触媒の酸素吸蔵量を「0」にしておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリーンな空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達して触媒下流の空燃比センサの出力がリーンへと変化するまでの時間と同触媒に単位時間当りに流入した酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を検出する。或いは、触媒上流の空燃比を所定のリーンな空燃比に制御して酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量としておき、その後、同触媒の空燃比を所定のリッチな空燃比に制御し、触媒の酸素吸蔵量が「0」となって触媒下流の空燃比センサの出力がリッチへと変化するまでの時間と同触媒内で単位時間当りに放出(消費)された酸素量とを乗じることで、同最大酸素吸蔵量を検出する。即ち、この装置は、触媒下流の空燃比センサの出力の切換時点と、前記所定のリッチ空燃比、又は前記所定のリーン空燃比を少なくとも利用して最大酸素吸蔵量を求めるのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平4−339149号公報に記載されているように、複数の部分気筒群(バンク)と同部分気筒群毎にそれぞれ接続された複数の排気通路を有する内燃機関においては、同排気通路毎に触媒と同触媒の下流に位置する空燃比センサをそれぞれ配設する構成が採用されることがある。
【0007】
このような構成を有するシステムにおいて触媒の劣化を知らしめるための警報を行う場合、上述した特開平5−133264号公報に記載されている手法により各バンク(各排気通路)に配設されている触媒毎に最大酸素吸蔵量を検出し、検出された同最大酸素吸蔵量に基いて各触媒が劣化したか否かを触媒毎に判定するとともに、複数の触媒のうちの少なくとも一つの触媒が劣化したと判定したとき、触媒(システム)全体として触媒が劣化したと判定して触媒の劣化を知らしめるための警報を行うという手法が考えられる。
【0008】
しかしながら、各排気通路にそれぞれ配設されている各触媒が被毒する程度、或いは各触媒に加わる熱量は触媒毎に相違するため、各触媒はそれぞれ同程度に劣化していくとは限らない。従って、上記手法を採用すると、劣化したと判定されていない触媒の最大酸素吸蔵量がまだ十分大きく同触媒の浄化能力が十分高いときに、システム全体としてのエミッションの悪化が少ないのでシステム全体としては触媒の劣化を知らしめるための警報を行う必要がないにもかかわらず、同警報を行ってしまう場合があるという問題がある。
【0009】
従って、本発明の目的は、複数の部分気筒群と同部分気筒群毎にそれぞれ接続された複数の排気通路を有する内燃機関の同排気通路毎にそれぞれ触媒が配設されているシステムに適用される触媒劣化判定装置において、適切なタイミングでユーザーに触媒の劣化を知らしめるための警報を行える触媒劣化の判定をすることが可能なものを提供することにある。
【0010】
【本発明の概要】
本発明の特徴は、複数の部分気筒群と同部分気筒群毎にそれぞれ接続された複数の排気通路を有する内燃機関の同排気通路毎にそれぞれ配設された複数の触媒と、前記各触媒の劣化の程度を示す各劣化指標値を同触媒毎に検出する劣化指標値検出手段と、前記触媒毎にそれぞれ検出された前記各劣化指標値に基いて前記複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かを判定するために使用される触媒劣化判定用指標値を新たに演算するとともに同触媒劣化判定用指標値に基いて前記触媒装置が劣化したか否かを判定する触媒劣化判定手段と、を備えた触媒劣化判定装置としたことにある。
【0011】
ここにおいて「劣化指標値」は、例えば、触媒の最大酸素吸蔵量、又は、触媒の上流側空燃比センサの出力が描く軌跡長と同触媒の下流側空燃比センサの出力が描く軌跡長との比(軌跡比)であり、これらに限定されない。また、「触媒劣化判定用指標値」は、例えば、触媒毎にそれぞれ検出された各劣化指標値の合計値に基いた値(各劣化指標値の平均値等)であり、これに限定されない。
【0012】
これによれば、複数の排気通路を有する内燃機関の同排気通路毎にそれぞれ配設された触媒毎に劣化指標値検出手段によりそれぞれ検出された各劣化指標値に基いて触媒劣化判定用指標値を新たに演算するとともに同触媒劣化判定用指標値に基いて、複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かが判定され得る。従って、例えば、複数の触媒のうちの一つのみが著しく劣化してその触媒の劣化指標値が触媒が劣化したと判定されるべき程度の値になっている場合でも、前記触媒劣化判定用指標値が触媒装置が劣化したと判定されるべき程度の値になっていないときには、触媒(システム)全体(触媒装置)としては触媒(装置)が劣化したとは判定されない。
【0013】
換言すれば、前記触媒劣化判定用指標値(例えば、各劣化指標値の合計値に基いた値)が触媒装置が劣化したと判定されるべき程度の値になっておりシステム全体としてエミッションの悪化が進んだと判定されるときに初めて触媒装置が劣化したと判定される。この結果、不必要に触媒が劣化したと判定される事態が発生せず、適切なタイミングでユーザーに触媒の劣化を知らしめるための警報を行うことができる。
【0014】
上記した本発明の特徴を採用した触媒劣化判定装置をより具体的に実施するためには、前記各触媒よりも下流の前記排気通路毎にそれぞれ配設された複数の空燃比センサと、前記各触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ空燃比に、又は同各触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比に切換える空燃比切換手段とを備え、前記劣化指標値検出手段は、前記空燃比切換手段による前記空燃比の切換後に前記各空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す状態及び理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す状態のいずれか一方から他方に切換る切換時点、及び前記所定のリーン空燃比又は前記所定のリッチ空燃比を少なくとも利用して、前記各劣化指標値としての各最大酸素吸蔵量を前記触媒毎に検出するように構成されることが好適である。
【0015】
これによれば、各触媒下流にそれぞれ配設された各空燃比センサの出力の切換時点、及び所定のリーン空燃比又は所定のリッチ空燃比を利用して、簡易な構成により各劣化指標値としての各最大酸素吸蔵量を触媒毎に検出することができる。そして、各触媒毎に検出された各最大酸素吸蔵量に基いて演算された触媒劣化判定用指標値(例えば、各最大酸素吸蔵量の合計値に基いた値)に基いて触媒(システム)全体(触媒装置)として触媒(装置)が劣化したか否かが判定され得る。
【0016】
この場合、前記空燃比切換手段は、前記各空燃比センサの出力の前記切換時点毎に同出力が切換った空燃比センサに対応する前記触媒上流の空燃比を前記排気通路毎に独立して前記所定のリーン空燃比又は前記所定のリッチ空燃比に交互に切換え、前記劣化指標値検出手段は、前記各空燃比センサの出力の前記切換時点毎に同出力が切換った空燃比センサに対応する前記触媒の最大酸素吸蔵量の最新値を検出し、前記触媒劣化判定手段は、前記劣化指標値検出手段が前記各触媒の前記最大酸素吸蔵量の最新値を検出する毎に、その時点において前記触媒毎に検出されている前記各最大酸素吸蔵量の最新値に基いて前記触媒劣化判定用指標値の最新値を演算するとともに同触媒劣化判定用指標値の最新値に基いて前記複数の触媒のうちの少なくとも一つ以上、又は同複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かを判定するように構成されることが好適である。
【0017】
上記空燃比切換手段により触媒上流の空燃比を所定のリーン空燃比又は所定のリッチ空燃比に交互に切換えていく際の触媒下流に配設された空燃比センサの出力の切換時点毎の時間間隔(切換周期)は、その時点での同触媒の最大酸素吸蔵量等に依存し、一般には最大酸素吸蔵量が大きいほど長くなり最大酸素吸蔵量が小さいほど短くなる。また、上述したように各排気通路毎にそれぞれ配設された各触媒はそれぞれ同程度に劣化していくとは限らず、各触媒の最大酸素吸蔵量は触媒毎に相違する。
【0018】
よって、各触媒の下流に配設された各空燃比センサの出力の切換時点は空燃比センサ毎に異なる。従って、各空燃比センサの出力の切換時点毎に同出力が切換った空燃比センサに対応する触媒の最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)するように構成された上記劣化指標値検出手段が同最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)する時点も触媒毎に相違する。
【0019】
上記触媒劣化判定手段は、かかる現象を利用して触媒が劣化したか否かを判定する。即ち、上記触媒劣化判定手段は、劣化指標値検出手段が各触媒の最大酸素吸蔵量の最新値を検出する毎に、その時点において前記触媒毎に検出されている前記各最大酸素吸蔵量の最新値に基いて前記触媒劣化判定用指標値の最新値を演算するとともに同触媒劣化判定用指標値の最新値に基いて前記複数の触媒のうちの少なくとも一つ以上、又は同複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かを判定する。従って、これによれば、触媒劣化の判定が実行される頻度が高くなるので、より高精度に触媒が劣化したか否かが判定され得る。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による触媒劣化判定装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施形態に係る触媒劣化判定装置を火花点火式V型6気筒内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関10は、V字型を構成する2つのバンク(バンクA及びバンクB)を有しており、各バンクには部分気筒群としての3つの気筒が(図1において紙面垂直方向に)それぞれ1列に配置されている。従って、内燃機関10全体としては、6つの気筒が3気筒づつ(図1において紙面垂直方向に)2列に配置されている。以下、バンクA側に関連する構成・処理等については符号・変数の末尾等に「A」又は「(A)」の符号を付し、バンクB側に関連する構成・処理等については符号・変数の末尾等に「B」又は「(B)」の符号を付して説明する。
【0021】
より具体的には、この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排気ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
【0022】
シリンダブロック部20は、シリンダ21A,21B、ピストン22A,22B、コンロッド23A,23B、及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22A,22Bはシリンダ21A,21B内をそれぞれ往復動し、ピストン22A,22Bの往復動がそれぞれコンロッド23A,23Bを介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21A,21Bとピストン22A,22Bのヘッドは、シリンダヘッド部30とともにそれぞれ燃焼室25A,25Bを形成している。
【0023】
シリンダヘッド部30は、燃焼室25A,25Bにそれぞれ連通した吸気ポート31A,31B、吸気ポート31A,31Bをそれぞれ開閉する吸気弁32A,32B、燃焼室25A,25Bにそれぞれ連通した排気ポート33A,33B、排気ポート33A,33Bをそれぞれ開閉する排気弁34A,34B、点火プラグ35A,35B、及び燃料を吸気ポート31A,31B内にそれぞれ噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)36A,36Bを備えている。
【0024】
吸気系統40は、吸気ポート31A,31Bに連通し同吸気ポート31A,31Bとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁43、及びスロットル弁駆動手段を構成するDCモータからなるスロットル弁アクチュエータ44を備えている。
【0025】
排気系統50は、排気ポート33A,33Bにそれぞれ連通したエキゾーストマニホールド51A,51B、エキゾーストマニホールド51A,51Bにそれぞれ接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52A,52B、エキゾーストパイプ52A,52Bにそれぞれ配設(介装)された触媒(三元触媒、又はスタート・コンバータとも云う。)53A,53B、エキゾーストパイプ52A,52Bの各端部に接続されるとともに同各端部を集合させた下流側エキゾーストパイプ54、及び下流側エキゾーストパイプ54に配設(介装)された下流側触媒(三元触媒、又は、車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・コンバータとも云う。)55を備えている。触媒53Aと触媒53Bは、同一の容量を有し、かつ初期状態(未使用の状態)にて同一の排気ガス浄化能力を有している。
【0026】
ここで、排気ポート33A、エキゾーストマニホールド51A、及びエキゾーストパイプ52Aは、部分気筒群としてのバンクA側の3気筒にそれぞれ接続された排気通路を構成し、排気ポート33B、エキゾーストマニホールド51B、及びエキゾーストパイプ52Bは、部分気筒群としてのバンクB側の3気筒にそれぞれ接続された排気通路を構成している。従って、内燃機関10は2つの排気通路を備えている。
【0027】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、クランクポジションセンサ63、触媒53A,53Bの上流の各排気通路にそれぞれ配設された空燃比センサ64A,64B(以下、「上流側空燃比センサ64A,64B」と称呼する。)、触媒53A,53Bの下流の各排気通路に配設された空燃比センサ65A,65B(以下、「下流側空燃比センサ65A,65B」と称呼する。)、及びアクセル開度センサ66を備えている。
【0028】
熱線式エアフローメータ61は、吸気管41内を流れる吸入空気の質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ61の出力Vgと、計測された吸入空気量(流量)AFMとの関係は、図2に示したとおりである。スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁43の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ63は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。
【0029】
上流側空燃比センサ64A,64Bは、図3に示したように、空燃比A/Fに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧vabyfs(A),電圧vabyfs(B)をそれぞれ出力するようになっている。図3から明らかなように、上流側空燃比センサ64A,64Bによれば、広範囲にわたる空燃比A/Fを精度良く検出することができる。下流側空燃比センサ65A,65Bは、図4に示したように、理論空燃比において急変する電圧Voxs(A),Voxs(B)をそれぞれ出力するようになっている。より具体的に述べると、下流側空燃比センサ65A,65Bは、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略0.1(V)、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略0.9(V)、及び空燃比が理論空燃比のときは略0.5(V)の電圧をそれぞれ出力するようになっている。アクセル開度センサ66は、運転者によって操作されるアクセルペダル67の操作量を検出し、同アクセルペダル67の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【0030】
更に、このシステムは電気制御装置70を備えている。電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、CPU71が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、及びADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。
【0031】
インターフェース75は、前記センサ61〜66と接続され、CPU71にセンサ61〜66からの信号を供給するとともに、同CPU71の指示に応じて点火プラグ35A,35B、インジェクタ36A,36B、及びスロットル弁アクチュエータ44に駆動信号を送出するようになっている。また、インターフェース75は、CPU71の指示に応じてユーザーに触媒の劣化を知らしめるための警報ランプ68に同警報ランプ68を点灯させるための点灯指示信号を送出するようになっている。
【0032】
(触媒劣化判定の原理)
ところで、触媒53A,53B等の三元触媒は、空燃比がほぼ理論空燃比のときに未燃成分(HC,CO)を酸化し、同時に窒素酸化物(NOx)を還元する機能を有する。更に、三元触媒は、酸素貯蔵機能を有し、この酸素貯蔵機能により空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、HC,CO、及びNOxを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって三元触媒に流入するガスにNOxが多量に含まれると、三元触媒はNOxから酸素分子を奪ってNOxを還元してNOxを浄化するとともに、その酸素を吸蔵する。また、機関の空燃比がリッチになって三元触媒に流入するガスにHC,COが多量に含まれると、三元触媒はこれらに吸蔵していた酸素をHC,COに与えてHC,NOを酸化させ、これによりHC,COを浄化する。
【0033】
従って、三元触媒が連続的に流入する多量のHC,COを効率的に浄化するためには、同三元触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のNOxを効率的に浄化するためには、三元触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。
【0034】
以上のことから明らかなように、三元触媒の浄化能力は、その三元触媒が貯蔵(吸蔵)し得る最大の酸素量(最大酸素吸蔵量)に依存する。ところが、三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化するから、次第に最大酸素吸蔵量が低下してくる。換言すると、触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量を検出することができれば、同触媒53A,53Bの各々が劣化しているか否かを判定することができる。
【0035】
しかし、上述したように各排気通路にそれぞれ配設されている触媒53A,53Bはそれぞれ同程度に劣化していくとは限らない。従って、例えば、触媒53A,53Bのどちらか一方のみが著しく劣化してその触媒の最大酸素吸蔵量が同触媒が劣化したと判定されるべき程度の値にまで小さくなっている場合でも、他方の触媒の最大酸素吸蔵量がまだ十分大きくその触媒の浄化能力が十分高いときには、システム全体としてのエミッションの悪化が少ないのでシステム全体として触媒が劣化したと判定する必要がない場合もある。
【0036】
従って、本実施形態の触媒劣化判定装置は、触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量を検出し、検出した各最大酸素吸蔵量の合計値に基いた値である平均値(触媒劣化判定用指標値)を算出するとともに、同平均値が触媒が劣化したと判定されるべき程度の値にまで小さくなっているときに初めてシステム全体として触媒が劣化した(触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときにその触媒装置が劣化した)と判定する。
【0037】
より具体的に述べると、まず、本実施形態の触媒劣化判定装置は、図5のタイムチャートに示した方法により、時刻t1以降、触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量Cmax(A),Cmax(B)(の最新値)をそれぞれ4回ずつ検出する。即ち、初めに触媒53A側(バンクA側)のみについて説明すると、図5(a)に示したように、時刻t1にて触媒53Aの上流のガスの空燃比(以下、単に「触媒53A上流空燃比」と云うこともある。)を理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比に制御する。
【0038】
これにより、触媒53Aにリーンな空燃比のガスが流入するから、図5(c)に示したように、触媒53Aの酸素吸蔵量は次第に増大し、時刻t2にて最大酸素吸蔵量Cmax(A)に達する。この結果、時刻t2にて、触媒53Aから酸素を含むガス(リーン空燃比のガス)が流出し始め、図5(b)に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリーンを示す値に変化する。この時刻t1〜t2間の作動を(バンクA側の)第1モード(Mode(A)=1)における作動と呼ぶ。以上のように、第1モード(Mode(A)=1)においては、触媒53Aが内部に酸素を吸蔵し得る限界まで酸素を吸蔵するように触媒53A上流空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される。
【0039】
時刻t2にて、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は触媒53A上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ空燃比に制御する。これにより、触媒53Aにリッチな空燃比のガスが流入するため、触媒53Aの酸素が同触媒53Aに流入する未燃HC,COの酸化のために消費される。これにより、触媒53Aの酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量Cmax(A)から減少して行く。そして、時刻t4になると、触媒53Aの酸素吸蔵量は「0」となるから、触媒53Aからリッチ空燃比のガスが流出し始め、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する(実際には、触媒53Aの酸素が全て消費される前に触媒53Aから未燃ガス(HC,CO)が流出し始めて下流側空燃比センサ65Aの出力が変化する場合もあるので、時刻t4における触媒53Aの酸素吸蔵量は「0」より若干大きい量となる場合もある)。この時刻t2〜t4間の作動を(バンクA側の)第2モード(Mode(A)=2)における作動と呼ぶ。
【0040】
本装置は、かかる時刻t2〜t4間(Mode(A)=2)において、以下のようにして触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))を検出する。即ち、触媒53A上流空燃比を所定のリッチ空燃比に設定した時刻t2から、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリッチを示す値に変化する時刻t4までの間、下記数1、及び下記数2に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻t4での積算値を最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))として算出する。
【0041】
【数1】
ΔO2=0.23・mfr(A)・(stoich − abyfs(A))
【0042】
【数2】
Cmax2(A)=ΣΔO2(区間t=t2〜t4)
【0043】
上記数1において、値「0.23」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。mfr(A)は所定時間(計算周期tsample)内の(バンクA側の)燃料噴射量Fi(A)の合計量であり、stoichは理論空燃比(例えば、14.7)である。abyfs(A)は所定時間tsampleにおいて上流側空燃比センサ64Aにより検出された(バンクA側の)空燃比A/Fである。なお、abyfs(A)は前記所定時間tsample内の上流側空燃比センサ64Aにより検出された空燃比A/Fの平均値としてもよい。
【0044】
この数1に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量mfr(A)に、検出された空燃比A/Fの理論空燃比からの偏移(stoich − abyfs(A))を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の不足量が求められ、この空気の不足量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量(吸蔵酸素の消費量)ΔO2が求められる。そして、数2に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻t2〜t4に渡って積算することで、触媒53Aが酸素を最大限貯蔵していた状態から酸素を総べて消費するまでの酸素消費量、即ち最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))が検出される。
【0045】
このように、本実施形態では、下流側空燃比センサ65Aの出力がリーンを示す値からリッチを示す値に変化する切換時点、及び触媒53A上流空燃比が所定のリッチ空燃比に制御されていることを利用して最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))を検出する。この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値は、図5(d)に示したように、後述する時刻t6にて更新されるまでCmax2(A)の値になるように保持される。
【0046】
なお、本実施形態においては、時刻t2〜t4間(Mode(A)=2)で触媒53A上流空燃比は一定である所定のリッチ空燃比であるから、所定のリッチ空燃比をabyfR、その間における単位時間当りの燃料供給量をmfr2(A)とすれば、上記数1及び上記数2から、最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))は0.23・mfr2(A)・(stoich − abyfR)・(t4-t2)として簡単に求めることもできる。
【0047】
時刻t4にて、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は触媒53A上流空燃比を理論空燃比よりもリーンな前記所定のリーン空燃比に制御する。これにより、触媒53Aにリーンな空燃比のガスが流入する。また、時刻t4の時点においては、触媒53Aの酸素吸蔵量は「0」となっている。従って、時刻t4以降において、触媒53A内の酸素吸蔵量は「0」から増大し続け、時刻t6にて最大酸素吸蔵量Cmax(A)に達する。この結果、時刻t6にて、触媒53Aから酸素を含むガスが流出し始め、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻t4〜t6間の作動を(バンクA側の)第3モード(Mode(A)=3)における作動と呼ぶ。
【0048】
本装置は、かかる時刻t4〜t6間(Mode(A)=3)においても、以下のようにして触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax3(A))を検出する。即ち、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリーンな空燃比を示す値となった時刻t6では、触媒53Aの酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量Cmax(A)に到達したことを意味するから、時刻t4〜t6までの間、下記数3及び下記数4に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を算出するとともにこれを積算し、同時刻t6での積算値を最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax3(A))として算出する。
【0049】
【数3】
ΔO2=0.23・mfr(A)・(abyfs(A) − stoich)
【0050】
【数4】
Cmax3(A)=ΣΔO2(区間t=t4〜t6)
【0051】
この数3に示したように、所定時間tsample内の噴射量の合計量mfr(A)に、空燃比A/Fの理論空燃比からの偏移(abyfs(A) − stoich)を乗じることで、同所定時間tsampleにおける空気の過剰量が求められ、この空気の過剰量に酸素の重量割合を乗じることで同所定時間tsampleにおける酸素吸蔵量変化量(吸蔵酸素量)ΔO2が求められる。そして、数4に示したように、酸素吸蔵量変化量ΔO2を時刻t4〜t6に渡って積算することで、触媒53Aの酸素吸蔵量が「0」である状態から酸素を最大限に吸蔵するまでの酸素量、即ち最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax3(A))が検出される。
【0052】
このように、本実施形態では、下流側空燃比センサ65Aの出力がリッチを示す値からリーンを示す値に変化する切換時点、及び触媒53A上流空燃比が所定のリーン空燃比に制御されていることを利用して最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax3(A))を検出する。この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値は、後述する時刻t8にて更新されるまでCmax3(A)の値になるように保持される。
【0053】
なお、この場合においても、時刻t4〜t6間で触媒53A上流空燃比は一定である所定のリーン空燃比であるから、所定のリーン空燃比をabyfL、その間における単位時間当りの燃料供給量をmfr3(A)とすれば、上記数3及び上記数4から、最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値Cmax3(A)は0.23・mfr3(A)・(abyfL − stoich)・(t6-t4)として簡単に求めることもできる。
【0054】
時刻t6にて、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリッチを示す値からリーンを示す値に変化すると、本装置は再び触媒53A上流空燃比を理論空燃比よりもリッチな前記所定のリッチ空燃比に制御する。これにより、前述した第2モードにおける作動と同様、触媒53Aの酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量Cmax(A)から減少して行く。そして、時刻t8になると、触媒53Aの酸素吸蔵量は(略)「0」となるから、触媒53Aからリッチ空燃比のガスが流出し始め、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリーンを示す値からリッチを示す値に変化する。この時刻t6〜t8間の作動を(バンクA側の)第4モード(Mode(A)=4)における作動と呼ぶ。
【0055】
本装置は、かかる時刻t6〜t8間(Mode(A)=4)においても、前述した第2モードにおいて前述した数1及び数2に基き最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値Cmax2(A)を算出する手法と同様の手法により、時刻t6〜t8間において触媒53Aが酸素を最大限貯蔵していた状態から酸素を総べて消費するまでの酸素消費量、即ち触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax4(A))を検出する。この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値は、後述する時刻t11にて更新されるまでCmax4(A)の値になるように保持される。
【0056】
なお、この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax4(A))も、前述した最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax2(A))と同様、所定のリッチ空燃比をabyfR、時刻t6〜t8間(Mode(A)=4)における単位時間当りの燃料供給量をmfr4(A)とすれば、0.23・mfr4(A)・(stoich − abyfR)・(t8-t6)として簡単に求めることもできる。
【0057】
時刻t8にて、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)がリーンを示す値からリッチを示す値に変化すると、本装置は再び触媒53A上流空燃比を理論空燃比よりもリーンな前記所定のリーン空燃比に制御する。これにより、前述した第3モードにおける作動と同様、時刻t8以降において、触媒53A内の酸素吸蔵量は「0」から増大し続け、時刻t11にて最大酸素吸蔵量Cmax(A)に達する。この結果、時刻t11にて、触媒53Aから酸素を含むガスが流出し始め、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。この時刻t8〜t11間の作動を(バンクA側の)第5モード(Mode(A)=5)における作動と呼ぶ。
【0058】
本装置は、かかる時刻t8〜t11間(Mode(A)=5)においても、前述した第3モードにおいて前述した数3及び数4に基き最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値Cmax3(A)を算出する手法と同様の手法により、時刻t8〜t11間において触媒53Aが酸素吸蔵量が「0」である状態から酸素を最大限に吸蔵するまでの酸素量、即ち触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax5(A))を検出する。この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値は、次に更新されるまでCmax5(A)の値になるように保持される。
【0059】
なお、この最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax5(A))も、前述した最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値(Cmax3(A))と同様、所定のリーン空燃比をabyfL、時刻t8〜t11間(Mode(A)=5)における単位時間当りの燃料供給量をmfr5(A)とすれば、0.23・mfr5(A)・(abyfL − stoich)・(t11-t8)として簡単に求めることもできる。
【0060】
そして、本装置は、時刻t11にて触媒53A上流空燃比を理論空燃比に戻す。このようにして本装置は、時刻t1以降、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)の切換時点である時刻t2,t4,t6,t8,t11毎に、触媒53Bの上流のガスの空燃比とは別個独立に、触媒53A上流空燃比を所定のリーン空燃比又は所定のリッチ空燃比に交互に切換え、図5(d)に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)の切換時点である時刻t4,t6,t8,t11毎に触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値Cmax2(A),Cmax3(A),Cmax4(A),Cmax5(A)を(延べ4回)検出(更新)する。
【0061】
他方、本装置は、触媒53B側(バンクB側)についても触媒53A側と同様、図5(e)に示したように、時刻t1にて触媒53Bの上流のガスの空燃比(以下、単に「触媒53B上流空燃比」と云うこともある。)を理論空燃比よりもリーンな前記所定のリーン空燃比に制御する。
【0062】
そして、本装置は、時刻t1以降も触媒53A側と同様、図5(g)に示したように触媒53Bの酸素吸蔵量が「0」と最大酸素吸蔵量Cmax(B)との間で変動することに起因して図5(f)に示したように下流側空燃比センサ65Bの出力Voxs(B)が切換る時点である時刻t3,t5,t7,t9,t10毎に、図5(e)に示すように、触媒53A上流空燃比とは別個独立に、触媒53B上流空燃比を所定のリーン空燃比又は所定のリッチ空燃比に交互に切換える。そして、本装置は、図5(h)に示したように下流側空燃比センサ65Bの出力Voxs(B)の切換時点である時刻t5,t7,t9,t10毎に触媒53Bの最大酸素吸蔵量Cmax(B)の最新値Cmax2(B),Cmax3(B),Cmax4(B),Cmax5(B)を(延べ4回)検出(更新)するとともに、時刻t10にて触媒53B上流空燃比を理論空燃比に戻す。
【0063】
このようにして、本装置は、時刻t1以降、触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量Cmax(A),Cmax(B)の最新値をそれぞれ4回ずつ検出する。そして、本装置は、触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量Cmax(A),Cmax(B)の最新値を共に少なくとも1回検出した時点である時刻t5以降、触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値であるか触媒53Bの最大酸素吸蔵量Cmax(B)の最新値であるかにかかわりなく触媒53A及び触媒53Bの各々の最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)する毎に、触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときにその触媒装置が劣化しているか否かを以下のように判定する。
【0064】
即ち、本装置は、図5(i)に示したように、時刻t5〜t11の各々の時点において、触媒53Aの最大酸素吸蔵量Cmax(A)の最新値とその時点における触媒53Bの最大酸素吸蔵量Cmax(B)の最新値の平均値である平均Cmax最新値を算出(更新)する。
【0065】
そして、本装置は、時刻t5〜t11の各々の時点において、平均Cmax最新値が後述する触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)以下であるか否かを判定し、平均Cmax最新値が同触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)以下であれば、上記触媒装置が劣化したものと判定するとともに警報ランプ68を点灯させる。以上が、本発明による触媒劣化判定装置が触媒劣化判定を行う原理である。
【0066】
<実際の作動>
次に、上記のように構成された触媒劣化判定装置の実際の作動について、電気制御装置70のCPU71が実行するルーチン(プログラム)をフローチャートにより示した図6〜図16を参照しながら説明する。
【0067】
(通常の空燃比制御)
CPU71は、図6にフローチャートにより示した、バンクA側の3気筒に対する最終燃料噴射量Fi(A)の計算及び燃料噴射の指示を行うルーチン、及びバンクB側の3気筒に対する最終燃料噴射量Fi(B)の計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、それぞれ、対応するバンク側の各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。以下、説明の便宜上、バンクA側に関する処理のみについて説明するが、バンクB側に関する処理についても同バンクA側に関する処理と同様である。
【0068】
バンクA側の任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、CPU71はステップ600から処理を開始してステップ605に進み、エアフローメータ61により計測された吸入空気量AFMと、エンジン回転速度NEとに基いて、機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Fbaseをマップから求める。
【0069】
次いで、CPU71はステップ610に進み、基本燃料噴射量Fbaseに係数K(A)を乗じた値に後述するバンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)を加えた値をバンクA側の最終燃料噴射量Fi(A)として設定する。この係数K(A)の値は、通常は「1.00」であり、後述するように、触媒劣化判定を行うためにバンクA側に対し強制的に空燃比を変更しているとき、「1.00」以外の所定値に設定される。このステップ610は、空燃比切換手段に対応している。
【0070】
次いで、CPU71はステップ615に進み、同ステップ615にてバンクA側の最終燃料噴射量Fi(A)の燃料を噴射するための指示をインジェクタ36Aに対して行う。その後、CPU71はステップ620に進み、その時点のバンクA側の燃料噴射量合計量mfr(A)に最終燃料噴射量Fi(A)を加えた値を、新たなバンクA側の燃料噴射量合計量mfr(A)に設定する。この燃料噴射量合計量mfr(A)は、後述する酸素吸蔵量の算出の際に用いられる。その後、CPU71はステップ695に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック補正された最終燃料噴射量Fi(A)の燃料がバンクA側における吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【0071】
次に、上記空燃比フィードバック補正量DFi(A)の算出について説明する。CPU71は図7にフローチャートにより示した、バンクA側の3気筒に対する空燃比フィードバック補正量DFi(A)の計算を行うルーチン、及びバンクB側の3気筒に対する空燃比フィードバック補正量DFi(B)の計算を行うルーチンを、それぞれ、所定時間の経過毎に繰り返し実行している。以下、説明の便宜上、バンクA側に関する処理のみについて説明するが、バンクB側に関する処理についても同バンクA側に関する処理と同様である。
【0072】
従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ700から処理を開始し、ステップ705に進んでバンクA側の空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。バンクA側の空燃比フィードバック制御条件は、例えば、図示しない水温センサにより得られた機関の冷却水温が第1所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であり、上流側空燃比センサ64Aが正常であり、かつ、後述する触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値が「0」のときに成立する。
【0073】
なお、触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A),XHAN(B)は、後述するように、その値が「1」のとき触媒劣化判定のために強制的にバンクA側,バンクB側の空燃比を変更する空燃比制御を実行していることをそれぞれ示し、その値が「0」のとき同触媒劣化判定のためのバンクA側,バンクB側の空燃比制御を実行していないことをそれぞれ示す。
【0074】
いま、バンクA側の空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ705にて「Yes」と判定してステップ710に進み、現時点の上流側空燃比センサ64Aの出力vabyfs(A)と後述するサブフィードバック制御量vafsfb(A)との和(vabyfs(A)+vafsfb(A))を図3に示したマップに基いて変換することにより、現時点における触媒53Aの上流側制御用空燃比abyfs(A)を求める。
【0075】
次に、CPU71はステップ715に進み、現時点からNストローク(N回の吸気行程)前に吸気行程を迎えたバンクA側の気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k−N)を前記求めた上流側制御用空燃比abyfs(A)で除することにより、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。値Nは、内燃機関の排気量、燃焼室25Aから上流側空燃比センサ64Aまでの距離等により異なる値である。
【0076】
このように、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を上流側制御用空燃比abyfs(A)で除するのは、燃焼室25A内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ64Aに到達するまでには、Nストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Mcは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ61の出力AFMと、エンジン回転速度NEとに基いて求められ(例えば、エアフローメータ61の出力AFMに一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度NEで除することにより求められ)、各吸気行程に対応してRAM73内に記憶されている。
【0077】
次いで、CPU71はステップ720に進み、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を現時点からNストローク前の時点における目標空燃比abyfr(k−N)(この例では、理論空燃比)で除することにより、現時点からNストローク前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。
【0078】
そして、CPU71はステップ725に進んで目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じた値を筒内燃料供給量偏差DFcとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点でバンクA側のある気筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、CPU71はステップ730に進み、下記数5に基いて空燃比フィードバック補正量DFi(A)を求める。
【0079】
【数5】
DFi(A)=(Gp・DFc+Gi・SDFc(A))・KFB
【0080】
上記数5において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。なお、数5の係数KFBはエンジン回転速度NE、及び筒内吸入空気量Mc等により可変とすることが好適であるが、ここでは「1」としている。また、値SDFc(A)はバンクA側の筒内燃料供給量偏差DFcの積分値であり、次のステップ735にて更新される。即ち、CPU71は、ステップ735にてその時点におけるバンクA側の筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFc(A)に上記ステップ725にて求めた筒内燃料供給量偏差DFcを加えて、新たなバンクA側の筒内燃料供給量偏差の積分値SDFc(A)を求め、ステップ795にて本ルーチンを一旦終了する。
【0081】
以上により、バンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)が比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量DFi(A)が前述した図6のステップ610、及びステップ615によりバンクA側の燃料噴射量Fi(A)に反映されるので、バンクA側のNストローク前の燃料供給量の過不足が補償され、バンクA側の空燃比の平均値が目標空燃比abyfrと略一致せしめられる。
【0082】
一方、ステップ705の判定時において、バンクA側の空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ705にて「No」と判定してステップ740に進み、バンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)の値を「0」に設定し、ステップ795に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるとき(触媒劣化判定実行中を含む)は、空燃比フィードバック補正量DFi(A)を「0」として空燃比(基本燃料噴射量Fbase)の補正を行わない。
【0083】
次に、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)に基く空燃比フィードバック制御について説明する。なお、かかる制御はサブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、サブフィードバック制御量vafsfb(A)が算出される。CPU71は図8にフローチャートにより示した、バンクA側の3気筒に対するサブフィードバック制御量vafsfb(A)の計算を行うルーチン、及びバンクB側の3気筒に対するサブフィードバック制御量vafsfb(B)の計算を行うルーチンを、それぞれ、所定時間の経過毎に繰り返し実行している。以下、説明の便宜上、バンクA側に関する処理のみについて説明するが、バンクB側に関する処理についても同バンクA側に関する処理と同様である。
【0084】
従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ800から処理を開始し、ステップ805に進んでバンクA側のサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。バンクA側のサブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ705でのバンクA側の空燃比フィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温が前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上のとき、及び下流側空燃比センサ65Aが正常であるときに成立する。
【0085】
いま、バンクA側のサブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ805にて「Yes」と判定してステップ810に進み、所定の目標値Voxrefから現時点の下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)を減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。この目標値Voxsrefは、触媒53Aの浄化効率が良好(最良)となるように定められ、ここでは、理論空燃比に対応した値に設定されている。次に、CPU71はステップ815に進み、下記数6に基いてバンクA側のサブフィードバック制御量vafsfb(A)を求める。
【0086】
【数6】
vafsfb(A)=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs(A)
【0087】
上記数6において、Kpは予め設定された比例ゲイン、Kiは予め設定された積分ゲインである。また、SDVoxs(A)は、バンクA側の出力偏差量DVoxsの積分値であって、次のステップ820にて更新される値である。即ち、CPU71は、ステップ820に進むと、その時点におけるバンクA側の出力偏差量DVoxsの積分値SDVoxs(A)に上記ステップ810にて求めた出力偏差量DVoxsを加えて、新たなバンクA側の出力偏差量の積分値SDVoxs(A)を求め、その後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0088】
このようにして、バンクA側のサブフィードバック制御量vafsfb(A)が求められ、この値は前述した図7のステップ710にて上流側空燃比センサ64Aの実際の出力に加えられ、その和(vabyfs(A) + vafsfb(A))が図3に示したマップに基いて前記上流側制御用空燃比abyfs(A)に変換される。換言すると、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)に基いて求められる上流側制御用空燃比abyfs(A)は、上流側空燃比センサ64Aが実際に検出している空燃比に対して、バンクA側のサブフィードバック制御量vafsfb(A)に相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【0089】
この結果、前述した図7のステップ715にて計算される筒内燃料供給量Fc(k−N)が下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)に応じて変化するので、ステップ725,730によってバンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)が同下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)に応じて変更せしめられる。これにより、触媒53Aの下流側の空燃比が目標値Voxsrefに一致するように、機関のバンクA側の空燃比が制御せしめられる。
【0090】
例えば、機関のバンクA側の平均的な空燃比がリーンであるために下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、ステップ810にて求められる出力偏差量DVoxsが正の値となるので、ステップ815にて求められるサブフィードバック制御量vafsfb(A)は正の値となる。従って、ステップ710にて求められるabyfs(A)は上流側空燃比センサ64Aが実際に検出している空燃比よりもリーンな値(より大きな値)として求められる。このため、ステップ715にて求められる筒内燃料供給量Fc(k−N)は小さい値となり、ステップ725にて求められる筒内燃料供給量偏差DFcは大きい値として求められるので、ステップ730にて求められる空燃比フィードバック補正量DFi(A)が大きい正の値となる。これにより、図6のステップ610にて求められる最終燃料噴射量Fi(A)は、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関のバンクA側の空燃比がリッチとなるように制御される。
【0091】
反対に、機関のバンクA側の平均的な空燃比がリッチであるために下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりもリッチである空燃比に対応した値を示すと、ステップ810にて求められる出力偏差量DVoxsが負の値となるので、ステップ815にて求められるサブフィードバック制御量vafsfb(A)は負の値となる。従って、ステップ710にて求められるabyfs(A)は上流側空燃比センサ64Aが実際に検出している空燃比よりもリッチな値(より小さな値)として求められる。このため、ステップ715にて求められる筒内燃料供給量Fc(k−N)は大きい値となり、筒内燃料供給量偏差DFcは負の値として求められるので、空燃比フィードバック補正量DFi(A)が負の値となる。これにより、図6のステップ610にて求められる最終燃料噴射量Fi(A)は、基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関のバンクA側の空燃比がリーンとなるように制御される。
【0092】
一方、ステップ805の判定時において、バンクA側のサブフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ805にて「No」と判定してステップ825に進み、バンクA側のサブフィードバック制御量vafsfb(A)の値を「0」に設定し、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、バンクA側のサブフィードバック制御条件が不成立であるとき(触媒劣化判定実行中を含む)は、バンクA側のサブフィードバック制御量vafsfb(A)を「0」として下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)に基くバンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)(上流側制御用空燃比abyfs(A))の補正を行わない。以上、説明したようなバンクA側の通常の空燃比制御と同様の制御は、バンクB側について、同バンクA側の通常の空燃比制御と別個独立に実行される。
【0093】
(触媒劣化判定のための空燃比制御)
次に、触媒劣化の判定を行うための空燃比制御について説明する。CPU71は図9〜図14のフローチャートにより示されたバンクA側に関する各ルーチン、及びバンクB側に関する各ルーチンを、それぞれ、所定時間の経過毎に繰り返し実行している。以下、説明の便宜上、バンクA側に関する処理のみについて説明するが、バンクB側に関する処理についても同バンクA側に関する処理と同様である。
【0094】
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図9のステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値が「0」であるか否かを判定する。いま、触媒劣化判定のための空燃比制御を行っておらず、かつ、触媒劣化判定条件が成立していないとして説明を続けると、触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値は「0」となっている。従って、CPU71はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、先に説明した図6のステップ610にて使用される係数K(A)の値を1.00に設定する。
【0095】
次いで、CPU71はステップ915にて触媒劣化判定条件が成立しているか否かを判定する。この触媒劣化判定条件は、冷却水温が所定温度以上であり、図示しない車速センサにより得られた車速が所定の高車速以上であり、スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量が所定量以下である、機関が定常運転されている場合に成立する。更に、触媒劣化判定条件に、前回の触媒劣化判定から所定時間以上が経過したこと、前回の触媒劣化判定から車両が所定距離以上運転されたこと、前回の触媒劣化判定から内燃機関10が所定時間以上運転されたことの任意の一つ、又は一つ以上を加えても良い。現段階では、上述したように、触媒劣化判定条件は成立していないから、CPU71はステップ915にて「No」と判定してステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【0096】
次に、先に説明した図5の時刻t1のように、その時点では触媒劣化判定のための空燃比制御を行っていないが、触媒劣化判定条件が成立したものとして説明を続けると、この場合、CPU71はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、同ステップ910にて係数K(A)の値を1.00に設定する。次いで、CPU71は、触媒劣化条件が成立しているので、ステップ915にて「Yes」と判定してステップ920に進み、同ステップ920にて触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値を「1」に設定する。
【0097】
なお、このとき、CPU71は、バンクA側に関する本ルーチンと併行して所定時間の経過毎に繰り返し実行しているバンクB側に関する本ルーチンにおいても、ステップ915にて「Yes」と判定するとともにステップ920にて触媒劣化判定実行中フラグXHAN(B)の値を「1」に設定する。即ち、先に説明した図5の時刻t1に示すように、触媒劣化の判定を行うためのバンクA側の空燃比制御及びバンクB側の空燃比制御は、それぞれ同時期に開始される。
【0098】
そして、CPU71はステップ925に進み、バンクA側について第1モードに移行するためにMode(A)の値を「1」に設定するとともに、続くステップ930にて係数K(A)の値を0.98に設定した後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0099】
これにより、触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値が「1」に設定され、前述したバンクA側の空燃比フィードバック制御条件が成立しなくなるから、CPU71は図7のステップ705にて「No」と判定してステップ740に進むようになり、バンクA側の空燃比フィードバック補正量DFi(A)の値は「0」に設定される。この結果、図6のステップ610の実行により、基本燃料噴射量Fbaseが0.98倍された値がバンクA側の最終燃料噴射量Fi(A)として算出され、この最終燃料噴射量Fi(A)の燃料がバンクA側の各気筒に噴射されるので、機関のバンクA側の空燃比は理論空燃比よりもリーンな前記所定のリーン空燃比になるように制御される。
【0100】
以降、CPU71は図9のルーチンの処理をステップ900から繰り返し実行するが、触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値が「1」となっていることから、ステップ905にて「No」と判定して直ちにステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【0101】
一方、CPU71は図10に示した第1モード制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングとなると、CPU71はステップ1000から処理を開始してステップ1005に進み、Mode(A)の値が「1」であるか否かを判定する。この場合、先の図9のステップ925の処理によりMode(A)の値は「1」となっているので、CPU71はステップ1005にて「Yes」と判定してステップ1010に進み、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値に変化したか否かを判定する。現時点では、機関のバンクA側の空燃比を所定のリーン空燃比に変更した直後であるから、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)は理論空燃比よりもリッチな空燃比を示している。従って、CPU71はステップ1010にて「No」と判定し、ステップ1095にて本ルーチンを一旦終了する。
【0102】
以降、CPU71は図10のステップ1000〜1010を繰り返し実行する。また、バンクA側の空燃比は所定のリーン空燃比に維持されているから、所定の時間が経過すると図5の時刻t2のように下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)はリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。これにより、CPU71はステップ1010に進んだとき、同ステップ1010にて「Yes」と判定してステップ1015に進み、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値を「0」に設定する。この酸素吸蔵量OSA(A)は、後述する触媒53Aの酸素吸蔵量の算出の際に用いられる。そして、CPU71はステップ1020に進んで、Mode(A)の値を「2」に設定するとともに、続くステップ1025にて係数K(A)の値を1.02に設定した後、ステップ1095にて本ルーチンを一旦終了する。
【0103】
この結果、図6のステップ610の実行により、基本燃料噴射量Fbaseが1.02倍された値がバンクA側の最終燃料噴射量Fi(A)として算出され、この最終燃料噴射量Fi(A)の燃料がバンクA側の各気筒に噴射されるので、機関のバンクA側の空燃比は理論空燃比よりもリッチな前記所定のリッチ空燃比になるように制御される。
【0104】
CPU71は、第2モード(Mode(A)=2)となると、以降、ほぼ同様なモード制御を実行し、モードを第3モードから第4,第5モードへと順次切換えるとともに、各モードに応じた制御を実行して行く。簡単に説明すると、図11にそのルーチンをフローチャートにより示した第2モードにおいては、CPU71は、ステップ1105にてMode(A)の値が「2」であるか否かを判定し、Mode(A)の値が「2」であればステップ1105からステップ1110に進み、同ステップ1110にて下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0105】
そして、図5の時刻t4に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、CPU71はステップ1115に進んで、本ルーチンと併行して実行されている後述する酸素吸蔵量算出ルーチンによりこの時点にて算出されている、第2モード(Mode(A)=2)実行中に渡り触媒53Aが消費した酸素消費量(酸素吸蔵量)OSA(A)の値(即ち最大酸素吸蔵量Cmax2(A)の値)を、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)に格納する。このステップ1115は、劣化指標値検出手段に対応している。
【0106】
次いで、CPU71はステップ1120に進んで、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値を「0」に設定した後、ステップ1125に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「1」に設定する。ここで、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGは、その値が「1」のとき、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)であるか触媒53Bの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(B)であるかにかかわらず触媒53A及び触媒53Bの各々の最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)した直後であることを示し、その値が「0」のとき、触媒53A及び触媒53Bの各々の最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)した直後でないことを示す。
【0107】
そして、CPU71は、ステップ1130に進んで第3モードに移行すべくMode(A)の値を「3」に設定し、続くステップ1135にて係数K(A)の値を0.98に設定する。この結果、機関のバンクA側の空燃比が理論空燃比よりリーンな前記所定のリーン空燃比に制御される。
【0108】
同様に、図12にそのルーチンをフローチャートにより示した第3モードにおいては、CPU71は、ステップ1205にてMode(A)の値が「3」であるか否かを判定し、Mode(A)の値が「3」であればステップ1205からステップ1210に進み、同ステップ1210にて下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0109】
そして、図5の時刻t6に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、CPU71はステップ1215に進んで、後述する酸素吸蔵量算出ルーチンによりこの時点にて算出されている、第3モード(Mode(A)=3)実行中に渡り触媒53Aが吸蔵した酸素吸蔵量OSA(A)の値(即ち最大酸素吸蔵量Cmax3(A)の値)を、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)に格納する。ここで、ステップ1215は、劣化指標値検出手段に対応している。
【0110】
次いで、CPU71はステップ1220に進んで、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値を「0」に設定した後、ステップ1225に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「1」に設定するとともに、続くステップ1230に進んで第4モードに移行すべくMode(A)の値を「4」に設定し、続くステップ1235にて係数K(A)の値を1.02に設定する。この結果、機関のバンクA側の空燃比が理論空燃比よりリッチな前記所定のリッチ空燃比に制御される。
【0111】
同様に、図13にそのルーチンをフローチャートにより示した第4モードにおいては、CPU71は、ステップ1305にてMode(A)の値が「4」であるか否かを判定し、Mode(A)の値が「4」であればステップ1305からステップ1310に進み、同ステップ1310にて下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0112】
そして、図5の時刻t8に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化すると、CPU71はステップ1315に進んで、後述する酸素吸蔵量算出ルーチンによりこの時点にて算出されている、第4モード(Mode(A)=4)実行中に渡り触媒53Aが消費した酸素消費量(酸素吸蔵量)OSA(A)の値(即ち最大酸素吸蔵量Cmax4(A)の値)を、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)に格納する。このステップ1315は、劣化指標値検出手段に対応している。
【0113】
次いで、CPU71はステップ1320に進んで、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値を「0」に設定した後、ステップ1325に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「1」に設定するとともに、続くステップ1330に進んで第5モードに移行すべくMode(A)の値を「5」に設定し、続くステップ1335にて係数K(A)の値を0.98に設定する。この結果、機関のバンクA側の空燃比が理論空燃比よりリーンな前記所定のリーン空燃比に制御される。
【0114】
また、図14にそのルーチンをフローチャートにより示した第5モードにおいては、CPU71は、ステップ1405にてMode(A)の値が「5」であるか否かを判定し、Mode(A)の値が「5」であればステップ1405からステップ1410に進み、同ステップ1410にて下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化したか否かをモニタする。
【0115】
そして、図5の時刻t11に示したように、下流側空燃比センサ65Aの出力Voxs(A)が理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値に変化すると、CPU71はステップ1415に進んで、後述する酸素吸蔵量算出ルーチンによりこの時点にて算出されている、第5モード(Mode(A)=5)実行中に渡り触媒53Aが吸蔵した酸素吸蔵量OSA(A)の値(即ち最大酸素吸蔵量Cmax5(A)の値)を、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)に格納する。このステップ1415は、劣化指標値検出手段に対応している。
【0116】
次いで、CPU71はステップ1420に進んで、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値を「0」に設定した後、ステップ1425に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「1」に設定するとともに、続くステップ1430に進み、Mode(A)の値を「0」に再設定し、続くステップ1435にて触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値を「0」に設定した後、ステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0117】
これにより、CPU71は図9のルーチンを実行する際、ステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進むので、係数K(A)の値が1.00に戻される。また、他のバンクA側の空燃比フィードバック制御条件、及び他のバンクA側のサブフィードバック制御条件が成立していれば、CPU71はステップ705、及びステップ805にて「Yes」と判定するから、バンクA側の空燃比フィードバック制御、及びバンクA側のサブフィードバック制御が再開される。
【0118】
このようなバンクA側についての触媒劣化判定のための空燃比制御と同様の制御は、バンクB側についても、同時期に開始されるとともに同バンクA側の空燃比制御とは別個独立に実行される。
【0119】
以上、説明したように、触媒劣化判定条件が成立すると、機関のバンクA側の空燃比及び機関のバンクB側の空燃比が、所定のリーン空燃比、所定のリッチ空燃比、所定のリーン空燃比、所定のリッチ空燃比、及び所定のリーン空燃比の順にそれぞれ別個独立に強制的に制御される。
【0120】
(酸素吸蔵量の算出)
次に、触媒劣化の判定を行うための酸素吸蔵量の算出における作動について説明する。CPU71は図15のフローチャートにより示されたバンクA側に関する触媒53Aの酸素吸蔵量算出ルーチン、及びバンクB側に関する触媒53Bの酸素吸蔵量算出ルーチンを、それぞれ、所定時間の経過毎に繰り返し実行している。以下、説明の便宜上、バンクA側に関する処理のみについて説明するが、バンクB側に関する処理についても同バンクA側に関する処理と同様である。
【0121】
従って、所定のタイミングになると、CPU71は図15のステップ1500から処理を開始し、ステップ1505に進んで下記数7により触媒53Aの酸素吸蔵量変化量ΔO2を求める。
【0122】
【数7】
ΔO2=0.23・mfr(A)・(abyfs(A) − stoich)
【0123】
次いで、CPU71はステップ1510に進んで、その時点での触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)に上記酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えた値を触媒53Aの新たな酸素吸蔵量OSA(A)として設定する。なお、酸素吸蔵量変化量ΔO2の絶対値を加えることとしたのは、上記数1と上記数7との比較から明らかなように、数7によれば第2モード(Mode(A)=2)及び第4モード(Mode(A)=4)における酸素吸蔵量変化量ΔO2が負の値として算出されるからである。そして、CPU71はステップ1515に進んでバンクA側の燃料噴射量Fi(A)の合計量mfr(A)を「0」に設定し、ステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0124】
このようにして、触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値は逐次更新されていく。ここで、先に説明したように、酸素吸蔵量OSA(A)の値は、各モード(Mode(A)=1〜5)が終了する毎に「0」にクリアされる(ステップ1015,ステップ1120,ステップ1220,ステップ1320,ステップ1420参照)。従って、第2モード〜第5モード(Mode(A)=2〜5)の各モードが終了する時点において「0」にクリアされる直前の触媒53Aの酸素吸蔵量OSA(A)の値は、それぞれ、第2モード〜第5モード(Mode(A)=2〜5)の各モード実行中に渡り触媒53Aが吸蔵(消費)した酸素吸蔵(消費)量、即ち触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)に対応している(ステップ1115,ステップ1215,ステップ1315,ステップ1415参照)。
【0125】
よって、先に説明した図5(d)に示したように、触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)は、第2モード(Mode(A)=2)が終了した時点(時刻t4)で初めて検出され、その後、第3モード〜第5モード(Mode(A)=3〜5)の各モードが終了する度(時刻t6,時刻t8,時刻t11)に更新されていく。以上、説明したようなバンクA側の酸素吸蔵量の算出処理と同様の処理は、バンクB側についても、同バンクA側の酸素吸蔵量の算出処理と別個独立に実行される。
【0126】
(触媒劣化判定)
次に、触媒劣化の判定における作動について図5に示したタイムチャートを参照しながら説明する。CPU71は図16のフローチャートにより示した触媒劣化判定のためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1600から処理を開始し、ステップ1605に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化したか否かをモニタする。ここで、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が変化していなければ、CPU71はステップ1605にて「No」と判定し、触媒劣化判定を実行せずにステップ1610に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「0」に設定した後、ステップ1695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0127】
一方、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化する時点は、先に説明したように、バンクA側の第2モード〜第5モード(Mode(A)=2〜5)のいずれかのモードが終了する時点(図5の時刻t4,時刻t6,時刻t8,時刻t11)及びバンクB側の第2モード〜第5モード(Mode(B)=2〜5)のいずれかのモードが終了する時点(図5の時刻t5,時刻t7,時刻t9,時刻t10)のみである(ステップ1125,ステップ1225,ステップ1325,ステップ1425参照)。
【0128】
従って、いま、図5の時刻t4に示したように、バンクA側の第2モード(Mode(A)=2)が終了した直後であるとすると、図11のステップ1125にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が初めて「0」から「1」に変更された直後であるから、CPU71はステップ1605にて「Yes」と判定してステップ1615に進み、その時点におけるバンクA側のモードであるMode(A),バンクB側のモードであるMode(B)のどちらか一方の値が「1」又は「2」であるか否かを判定する。
【0129】
ここで、ステップ1615を設けているのは以下の理由による。即ち、触媒劣化判定を行うためには、バンクA側の触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)及びバンクB側の触媒53Bの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(B)が共に既に検出されている必要がある。従って、バンクA側及びバンクB側のいずれか一方のバンク側について未だ第2モードが終了しておらず第1モード又は第2モードが実行されている場合には、同バンク側の触媒の最大酸素吸蔵量の最新値が未だ検出されていないので、触媒劣化判定を行うことができない。よって、かかる場合には触媒劣化判定が実行されないようにするため、ステップ1615が設けられている。
【0130】
現時点では、図11のステップ1130にてバンクA側のモードMode(A)の値は「3」になっているが、バンクB側については、第2モード(Mode(B)=2)が実行されているためMode(B)の値は「2」になっている。従って、CPU71はステップ1615にて「Yes」と判定し、触媒劣化判定を実行せずにステップ1610に進んで最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「0」に設定した後、ステップ1695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0131】
以降、CPU71は本ルーチンを繰り返し実行しながらステップ1605にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化したか否かを常時モニタする。このとき、図5の時刻t5に示したように、バンクB側の第2モード(Mode(A)=2)が終了した直後であるとすると、図11のステップ1125にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変更された直後であるから、CPU71はステップ1605からステップ1615に進み、その時点におけるバンクA側のモードであるMode(A),バンクB側のモードであるMode(B)のどちらか一方の値が「1」又は「2」であるか否かを判定する。
【0132】
現時点では、図11のステップ1130にてバンクA側のモードMode(A)もバンクB側のモードMode(B)も共に「3」になっているので、CPU71はステップ1615にて「No」と判定するとともに、ステップ1620以降に進み触媒劣化判定を実行するための処理を行う。
【0133】
CPU71はステップ1620にて、その時点での変数nの値を「1」だけ増大させた値を新たな変数nとして格納する。ここで、変数nは、図9のステップ915において今回の触媒劣化判定条件が成立した後、何回目の触媒劣化判定を実行しているかを示すカウンタであって、後述する触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)及び触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)は、変数nの関数となっている。変数nは、前回の触媒劣化判定処理終了時点において後述するステップ1665にて「0」に設定されているので、現時点では変数nは「1」になっている。
【0134】
次いで、CPU71はステップ1625に進み、現時点での触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)(Cmax2(A))と現時点での触媒53Bの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(B)(Cmax2(B))の平均値を、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxとして格納する。従って、図5(i)に示したように、時刻t5にて初めて平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが算出される。
【0135】
次に、CPU71はステップ1630に進んで、変数nと、同変数nと触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)及び触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)との関係を規定するステップ1630内に記載したテーブルとに基づいて、後に触媒劣化判定にて使用する触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)及び触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)を演算する。
【0136】
ここで、触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)は、上記平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxの値が同触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)を超えていれば触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化していないと判定するための基準値であり、触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)は、上記平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxの値が同触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)以下であれば前記触媒装置が劣化したと判定するための基準値である。
【0137】
従って、上記平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxの値が触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)より大きく、かつ触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)以下の範囲(以下、「非判定領域」と称呼する。)内であれば触媒劣化判定が実行されない。この非判定領域は、変数nが「1」から「6」までの範囲内で設定されており、非判定領域の幅は、変数nが「1」から「6」まで大きくなるにつれて小さくなっている。変数nが「6」以上の値になると、触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)及び触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)は一定値である触媒劣化判定標準基準値Crefに維持される。
【0138】
このように非判定領域が設定されているのは、以下の理由による。即ち、触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態が長時間続くと、その後に触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比から偏移したときHC,CO及びNOxを浄化する機能、即ち触媒の酸素吸蔵(消費)機能が触媒が劣化していなくても一時的に低下し、その結果、触媒の酸素吸蔵量が変動し得る幅が小さくなり、同変動し得る幅に基いて検出される触媒の最大酸素吸蔵量の値も一時的に小さくなる。
【0139】
従って、この場合、触媒劣化判定を行う際の基準値が常に一定値である触媒劣化判定標準基準値Crefであるものとして同触媒劣化判定が実行されると、触媒が劣化していないにもかかわらず同触媒が劣化したと誤判定される場合がある。
【0140】
また、かかる酸素吸蔵(消費)機能の一時的な低下の程度は、触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比よりある程度以上リーンな空燃比又は理論空燃比よりある程度以上リッチな空燃比に交互に数回変化させることにより徐々に小さくなり、その結果、触媒が有する酸素吸蔵機能は同触媒が本来有している程度にまで回復する。
【0141】
一方、図9のステップ915において触媒劣化判定条件が成立するまでの間は、上述した通常の空燃比制御が継続して実行されており、図16のルーチンにより今回の触媒劣化判定が開始されるまでには、触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態が長時間継続している可能性が高い。よって、今回の触媒劣化判定が開始される時点においては、触媒の酸素吸蔵機能が一時的に低下する現象が発生している可能性が高い。
【0142】
このため、ステップ1630内に記載したテーブルに示したように、今回の触媒劣化判定が開始された後、触媒53A,53Bの上流空燃比が所定のリーン空燃比又は所定のリッチ空燃比に変化する回数が少ない段階である変数nが「1」から「6」までの範囲内において、上記誤判定を防止するために非判定領域が設けられているとともに、この非判定領域の幅は、変数nが「1」から「6」まで大きくなるにつれて小さくなるように設定されている。
【0143】
その後、CPU71はステップ1635に進み、現時点で変数nは「1」になっているので平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定下限基準値CrefL(1)以下であるか否かを判定し、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定下限基準値CrefL(1)以下であるとき、ステップ1640にて触媒劣化判定結果フラグXRの値を「1」に設定し、これにより触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したことを示すとともに、警報ランプ68に点灯指示信号を送出して同警報ランプ68を点灯させる。
【0144】
一方、ステップ1635の判定において、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定下限基準値CrefL(1)より大きいとき、CPU71はステップ1645に進んで、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定上限基準値CrefU(1)以下であるか否かを判定し、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定上限基準値CrefU(1)以下であるとき、ステップ1650にて触媒劣化判定結果フラグXRの値を「2」に設定し、これにより上記触媒装置の劣化判定が行なわれていないことを示す。
【0145】
他方、ステップ1645の判定において、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定上限基準値CrefU(1)より大きいとき、CPU71はステップ1655に進んで、触媒劣化判定結果フラグXRの値を「0」に設定し、これにより上記触媒装置が劣化していないことを示す。ここで、ステップ1635及びステップ1645は触媒劣化判定手段に対応している。
【0146】
次いで、CPU71はステップ1660に進み、バンクA側の触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値及びバンクB側の触媒劣化判定実行中フラグXHAN(B)の値が共に「0」になっているか否かを判定する。現時点では、バンクA側及びバンクB側共に触媒劣化判定実行中であって触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値及びXHAN(B)の値が共に「1」になっているので、CPU71はステップ1660にて「No」と判定し、ステップ1610にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「0」に設定した後、ステップ1695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0147】
以降、再びCPU71は本ルーチンを繰り返し実行しながらステップ1605にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化したか否かを常時モニタする。このとき、図5の時刻t6に示したように、バンクA側の第3モード(Mode(A)=3)が終了した直後であるとすると、図12のステップ1225にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変更された直後であるから、CPU71はステップ1605からステップ1615に進み、その時点におけるバンクA側のモードであるMode(A),バンクB側のモードであるMode(B)のどちらか一方の値が「1」又は「2」であるか否かを判定する。
【0148】
現時点では、図12のステップ1230にてバンクA側のモードMode(A)が「4」に更新され、バンクB側のモードMode(B)は「3」になっているので、CPU71はステップ1615にて「No」と判定するとともに、ステップ1620以降に進み上述した触媒劣化判定のための処理を再び実行する。
【0149】
これにより、変数nの値が「2」に更新されるとともに、現時点での触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)(Cmax3(A))と現時点での触媒53Bの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(B)(Cmax2(B))の平均値が新たな平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxとして格納される。従って、図5(i)に示したように、時刻t6にて2回目の平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが算出される。
【0150】
また、この新たな平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxと触媒劣化判定上限基準値CrefU(2)及び触媒劣化判定下限基準値CrefL(2)が比較されることにより、上記触媒装置が劣化したか、上記触媒装置が劣化していないか、又は劣化判定が行われていないかが示されるとともに、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」に設定される。
【0151】
以降、再びCPU71は、本ルーチンを繰り返し実行しながらステップ1605にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化したか否かを常時モニタし、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化する時点である図5の時刻t7,時刻t8,時刻t9,時刻t10,及び時刻t11が到来する毎に、上述した触媒劣化判定のための処理を繰り返し実行する。
【0152】
これにより、変数nの値が「7」まで更新されるとともに、上述した触媒劣化判定のための処理が実行される毎に、各々の時点での触媒53Aの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(A)と各々の時点での触媒53Bの最大酸素吸蔵量の最新値Cmax(B)の平均値が新たな平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxとして格納されていく。従って、図5(i)に示したように、時刻t11では7回目の平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが算出される。
【0153】
また、この新たな平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxと触媒劣化判定上限基準値CrefU(n)及び触媒劣化判定下限基準値CrefL(n)が比較されることにより、上記触媒装置が劣化したか、上記触媒装置が劣化していないか、又は劣化判定が行われていないかが、上述した触媒劣化判定のための処理が実行される毎に示される。
【0154】
また、図5の時刻t11の段階では、図14のステップ1435にて触媒劣化判定実行中フラグXHAN(A)の値及びXHAN(B)の値が共に「0」になっているので、CPU71はステップ1660にて「Yes」と判定し、ステップ1665に進んで変数nに「0」を設定するとともに、ステップ1610にて最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値を「0」に設定した後、ステップ1695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【0155】
図5の時刻t11の段階以降も、CPU71は図16のルーチンの処理をステップ1600から繰り返し実行するが、図9のステップ915において次に触媒劣化判定条件が成立するまでの間は、最大酸素吸蔵量最新値検出フラグCHGの値が「0」から「1」に変化することがないので、触媒劣化判定を実行せずにステップ1605からステップ1610,ステップ1695に直接進んで本ルーチンを一旦終了するようになる。このようにして、触媒劣化判定のための処理が実行される。
【0156】
以上、説明したように、本発明による触媒劣化判定装置によれば、2つの排気通路を有する内燃機関10の同排気通路毎にそれぞれ配設された触媒53A,53B毎に検出された最大酸素吸蔵量Cmax(A)及び最大酸素吸蔵量Cmax(B)の平均値に基いて、触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かが判定される。その結果、不必要に触媒が劣化したと判定される事態が発生せず、適切なタイミングでユーザーに触媒の劣化を知らしめるための警報を行うことができた。
【0157】
また、触媒53A,53Bの各々の触媒の最大酸素吸蔵量の最新値を検出(更新)する毎に、その時点において検出されている触媒53A,触媒53Bのそれぞれの最大酸素吸蔵量の最新値の平均値に基いて上記触媒装置が劣化したか否かが判定される。その結果、触媒(装置)が劣化したか否かが判定される頻度が高くなるので、より高精度に触媒が劣化したか否かを判定することができた。
【0158】
加えて、触媒劣化判定のための空燃比制御(空燃比切換手段が各触媒(53A,53B)上流の空燃比を切換える制御)を行っていない通常の空燃比制御状態において、各触媒(53A,53B)よりも下流にそれぞれ配設された各空燃比センサ(65A,65B)の出力が対応する触媒の浄化効率がそれぞれ良好となる所定の目標値Voxref(理論空燃比近傍の空燃比であることを示す状態)になるように同各空燃比センサ(65A,65B)の出力に基いて機関の空燃比(各触媒上流の空燃比)をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段を有している。
【0159】
この結果、各触媒53A,53Bを通過する排気ガスが浄化される程度は各触媒53A,53Bの各々の最大酸素吸蔵量(排気ガス浄化能力)に応じてそれぞれ決定されるということが保証され得る。従って、一方の触媒のみが劣化して同触媒の浄化能力が低下していても他方の触媒の浄化能力がまだ十分高いとき(平均最大酸素吸蔵量最新値Cmaxが触媒劣化判定下限基準値CrefLより大きいとき)にはシステム全体としてはエミッションが良好に維持されるということがより一層確実に保証された。
【0160】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、触媒53A,53B毎に検出された最大酸素吸蔵量Cmax(A)及び最大酸素吸蔵量Cmax(B)の平均値に基いて、触媒(装置)が劣化したか否かを判定しているが、最大酸素吸蔵量Cmax(A)及び最大酸素吸蔵量Cmax(B)の合計値に基いて、触媒(装置)が劣化したか否かを判定するように構成してもよい。
【0161】
また、上記実施形態においては、平均最大酸素吸蔵量最新値Cmax(触媒劣化判定用指標値)が触媒劣化判定下限基準値CrefL(1)以下であるとき触媒53A及び触媒53Bを一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したと判定しているが、各触媒53A,53Bのうちの少なくとも一つ以上(例えば、最大酸素吸蔵量が小さい方の触媒のみ、又は両方の触媒共)が劣化したと判定するように構成してもよい。
【0162】
また、上記実施形態においては、触媒の最大酸素吸蔵量を触媒の劣化指標値として触媒劣化判定に用いていたが、例えば、上流側空燃比センサ64A(64B)の出力が描く軌跡長と下流側空燃比センサ65A(65B)の出力が描く軌跡長との比(軌跡比)、上流側空燃比センサ64A(64B)の出力が理論空燃比相当値を横切る頻度と下流側空燃比センサ65A(65B)の出力が理論空燃比相当値を横切る頻度との比(反転比)、及び、上流側空燃比センサ64A(64B)の出力が描く軌跡と理論空燃比相当値との間で形成される面積と下流側空燃比センサ65A(65B)の出力が描く軌跡と理論空燃比相当値との間で形成される面積との比(面積比)等の触媒の劣化の程度に応じて変化する他の指標値(劣化指標値)を用いて、触媒(装置)が劣化したか否かを判定するように構成してもよい。
【0163】
また、上記実施形態においては、触媒劣化判定用指標値として各触媒53A,53Bの各最大酸素吸蔵量の合計値に基いた値(平均値)を採用していたが、触媒53Aと触媒53Bの間で、設置される場所の相違、形状の相違等により、最大酸素吸蔵量が同一でも排気ガスの浄化能力が相違する場合には、触媒53A,53B(各触媒)の各々の最大酸素吸蔵量(劣化指標値)に所定の重み付けをした値をそれぞれ合計した値を触媒劣化判定用指標値としてもよい。これによれば、より実情に沿った触媒劣化判定用指標値が得られ、さらに一層高精度に触媒(装置)が劣化したか否かを判定することができる。
【0164】
また、本発明においては、触媒53Aについて検出された複数の最大酸素吸蔵量の最新値(Cmax2(A),Cmax3(A),Cmax4(A),Cmax5(A))のうちの任意の2つ以上の値の平均値と、触媒53Bについて検出された複数の最大酸素吸蔵量の最新値(Cmax2(B),Cmax3(B),Cmax4(B),Cmax5(B))のうちの任意の2つ以上の値の平均値、の平均値に基いて、触媒(装置)が劣化したか否かを判定するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による触媒劣化判定装置を搭載した内燃機関の概略図である。
【図2】 図1に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気量との関係を示したマップである。
【図3】 図1に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図4】 図1に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したマップである。
【図5】 図1に示した触媒劣化判定装置が触媒劣化判定を実行する際のバンクA側及びバンクB側の各々についての触媒上流空燃比、下流側空燃比センサの出力、各触媒の酸素吸蔵量の変化、各触媒の最大酸素吸蔵量の最新値の変化、2つの触媒の平均最大酸素吸蔵量最新値の変化を示したタイムチャートである。
【図6】 図1に示したCPUが実行する燃料噴射量計算のためのルーチンを示したフローチャートである。
【図7】 図1に示したCPUが実行する空燃比フィードバック補正量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図8】 図1に示したCPUが実行するサブフィードバック制御量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図9】 図1に示したCPUが実行する触媒劣化判定を開始するか否かを決定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図10】 図1に示したCPUが実行する第1モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図11】 図1に示したCPUが実行する第2モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図12】 図1に示したCPUが実行する第3モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図13】 図1に示したCPUが実行する第4モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図14】 図1に示したCPUが実行する第5モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図15】 図1に示したCPUが実行する酸素吸蔵量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図16】 図1に示したCPUが実行する触媒劣化判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
10…内燃機関、25A,25B…燃焼室、36A,36B…インジェクタ、52A,52B…エキゾーストパイプ(排気管)、53A,53B…触媒(三元触媒)、64A,64B…上流側空燃比センサ、65A,65B…下流側空燃比センサ、70…電気制御装置、71…CPU。
Claims (5)
- 複数の部分気筒群と同部分気筒群毎にそれぞれ接続された複数の排気通路を有する内燃機関の同排気通路毎にそれぞれ配設された複数の触媒と、
前記各触媒の劣化の程度を示す各劣化指標値を同触媒毎に検出する劣化指標値検出手段と、
前記触媒毎にそれぞれ検出された前記各劣化指標値に基いて前記複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かを判定するために使用される触媒劣化判定用指標値を新たに演算するとともに同触媒劣化判定用指標値に基いて前記触媒装置が劣化したか否かを判定する触媒劣化判定手段と、
を備えた触媒劣化判定装置。 - 請求項1に記載の触媒劣化判定装置において、
前記触媒劣化判定用指標値は、前記触媒毎にそれぞれ検出された前記各劣化指標値の合計値に基いた値であることを特徴とする触媒劣化判定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の触媒劣化判定装置であって、
前記各触媒よりも下流の前記排気通路毎にそれぞれ配設された複数の空燃比センサと、
前記各触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ空燃比に、又は同各触媒上流の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比に切換える空燃比切換手段とを備え、
前記劣化指標値検出手段は、前記空燃比切換手段による前記空燃比の切換後に前記各空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比であることを示す状態及び理論空燃比よりもリッチな空燃比であることを示す状態のいずれか一方から他方に切換る切換時点、及び前記所定のリーン空燃比又は前記所定のリッチ空燃比を少なくとも利用して、前記各劣化指標値としての各最大酸素吸蔵量を前記触媒毎に検出するように構成された触媒劣化判定装置。 - 請求項3に記載の触媒劣化判定装置において、
前記空燃比切換手段は、前記各空燃比センサの出力の前記切換時点毎に同出力が切換った空燃比センサに対応する前記触媒上流の空燃比を前記排気通路毎に独立して前記所定のリーン空燃比又は前記所定のリッチ空燃比に交互に切換え、
前記劣化指標値検出手段は、前記各空燃比センサの出力の前記切換時点毎に同出力が切換った空燃比センサに対応する前記触媒の最大酸素吸蔵量の最新値を検出し、
前記触媒劣化判定手段は、前記劣化指標値検出手段が前記各触媒の前記最大酸素吸蔵量の最新値を検出する毎に、その時点において前記触媒毎に検出されている前記各最大酸素吸蔵量の最新値に基いて前記触媒劣化判定用指標値の最新値を演算するとともに同触媒劣化判定用指標値の最新値に基いて前記複数の触媒のうちの少なくとも一つ以上、又は同複数の触媒を一つの触媒装置とみなしたときの同触媒装置が劣化したか否かを判定するように構成されたことを特徴とする触媒劣化判定装置。 - 請求項4に記載の触媒劣化判定装置において、
前記触媒劣化判定用指標値の最新値は、前記触媒毎に検出されている前記各最大酸素吸蔵量の最新値の平均値であることを特徴とする触媒劣化判定装置。
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