JP4363131B2 - 動力出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼後排気ガスを排出するエンジン等の動力出力装置の技術分野に属する。

自動車等の車両の動力出力源たるエンジンからは、環境に拡散させることの好ましくないＣＯ、ＮＯｘ等が排出される。したがって、従来、前記エンジンを含む、トータルなシステムとしての動力出力装置を構築するにあたっては、前記のＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するための各種の手段が採用されている。例えば、エンジンから排出される排気ガスを車両外部に導くための排気管の途中に、排気ガス浄化触媒装置（以下、単に「触媒コンバータ」という。）を設ける手段が考えられている。また、前記エンジンから直接的に排出されるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度をそもそも低減させるため、空燃比を適当に調整するなどの手法によってエンジンの燃焼態様を制御することも行われている。

前記のうち後者の手法では特に、前記排気管の途中に、管内の酸素濃度を検知することの可能ないわゆる酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ又はＯ_２センサ）を設けておき、その検知結果に基づいてエンジンの燃焼態様を制御するものが知られている。

さらには、前記の二つの対策、即ち触媒コンバータの設置とエンジンの燃焼態様の制御を併せ実施する形態も既に広く知られており、これによれば、最終的に車両外部に排出される排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を著しく低減させることが可能となる。このような場合においてはまた、前記の酸素センサを、触媒コンバータの上流側及び下流側に設ける構成が知られている。このように酸素センサを二段設ける構成によれば、触媒コンバータを通過し未燃成分の少なくなった排気ガスをモニターすることが可能となって、空燃比制御に影響する部品（例えばインジェクター、上流側の酸素センサ等）の特性ばらつきを吸収することが可能となるため、空燃比をより理論空燃比近くに制御することが可能となり、排気浄化率を更に向上することができる。このように、触媒コンバータの上流側及び下流側に酸素センサを備えた排気浄化システムとしては、特許文献１及び２に開示されているようなものが知られている。

特開平５−２５６１７５号公報 特開平７−３４９３６号公報

しかしながら、従来のシステムでは、次のような問題点がある。すなわち、動力出力装置においてＣＯ、ＮＯｘ等を効果的に浄化するためには、前述の触媒コンバータが有効に機能するとともに、前記の酸素センサが有効に作動し排気管内における酸素濃度に応じて適切に反応しなければならない。触媒コンバータ自体が劣化していれば、ＣＯ、ＮＯｘ等の効果的な浄化が当然に阻害され、また、酸素センサを構成する白金電極の溶出や酸素イオン等の取込孔の目詰まり等が発生して該酸素センサの劣化が生じている場合には、前記のような空燃比制御を行うことが困難となり、結果、ＣＯ、ＮＯｘ等の効果的な浄化が困難となるからである。

そこで、従来においても、動力出力装置の運用中に、触媒コンバータ、或いは酸素センサ、が劣化しているか否かを確認するプロセスを適宜実施するシステムが知られていた。例えば、エンジンへ供給する燃料の量等を所定周期と所定振幅で変動（以下では、このような意識的な「変動」を生じさせる制御を、「アクティブ制御」という。）させた結果みられるところの前記下流側の酸素センサの出力如何によって触媒コンバータが劣化しているかどうかを判定し、また、ほぼ同様のアクティブ制御を実施することでみられるところの前記上流側の酸素センサの出力如何によって当該上流側酸素センサが劣化しているかどうかを判定する構成及び手法が知られている。

しかしながら、このような触媒コンバータの劣化判定と上流側の酸素センサの劣化判定とでは、異なる態様のアクティブ制御の実施が要求されている。すなわち、前者（触媒コンバータ劣化判定）では、触媒コンバータが当該時点でどの程度の酸素吸蔵能力を有するかが下流側の酸素センサの出力に基づいて確かめられることにより、当該触媒コンバータの劣化の如何が判定される。したがって、この場合におけるアクティブ制御では、燃料供給量の変動（とりわけその期間）が受動的に（換言すれば、前記酸素吸蔵能力次第で）定められることになる。他方、後者（上流側酸素センサ劣化判定）では、予め定められた所定周期及び所定振幅の変動下において当該上流側酸素センサの出力が予測どおりのものであるかどうかによって、当該上流側酸素センサの劣化の如何が判定される。したがって、この場合におけるアクティブ制御では、燃料供給量の変動が能動的に且つ一定の規則に従ったものとして定められなければならない。このように、触媒コンバータの劣化判定と上流側酸素センサの劣化判定とは、相異なる態様のアクティブ制御が要求されるのである。

このようなことから、従来においては、これら二つの劣化判定は、別々の機会にそれぞれ独自に実施されるようになっていた。しかし、アクティブ制御を用いた劣化判定手法は、前記のように意図的な燃料供給量の増減を伴うものであるから、エミッションやドライバビリティ（drivability）に影響を及ぼす。すなわち、アクティブ制御の実施回数が多ければ多いほど、エミッション中におけるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を高め、運転のしやすさ、ないしは快適性を奪う結果になるのである。したがって、前記のように触媒コンバータの劣化判定と上流側の酸素センサの劣化判定とを、相異なる態様のアクティブ制御でもって別々の機会に実施すると、エミッションの悪化及びドライバビリティの劣化をもたらすことになっていたのである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、触媒及び酸素センサの劣化判定を行うにあたり実施されるアクティブ制御の実施回数を極力減少し、もってエミッションの悪化を防止し、良好なドライバビリティを享受しうる動力出力装置を提供することを課題とする。

本発明の第１動力出力装置は、上記課題を解決するため、排気管が接続されたエンジンと、前記排気管に設けられ前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、前記エンジンと前記触媒との間に位置する前記排気管に配置され、当該排気管中の混合気の空燃比を検知する第１センサと、前記触媒を中心とし前記第１センサから見て反対側に位置する前記排気管に配置され、当該排気管の酸素濃度を検知する第２センサと、所定の前提条件を満たす場合に前記空燃比を、連続的に所定期間ずつリッチ及びリーンに交互に変動させる空燃比変動手段と、該空燃比変動手段による前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第１センサ及び前記第２センサの出力をモニターするモニター手段とを備えてなり、前記モニター手段は、少なくとも前記所定期間が経過する際において、前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第２センサの出力が前記所定期間内に前記酸素濃度につき定められた所定の閾値を跨ぐかどうかに応じて定まる反転の有無を確認し、前記反転があったと確認する場合であって前記所定期間が経過していない場合には、当該所定期間が経過するまで、前記第２センサの出力をモニターせず、前記第１センサの劣化判定を行うために前記第１センサの出力をモニターし、前記反転がなかったと確認する場合であって前記所定期間が経過した場合には、当該所定期間経過後の前記第１センサの出力をモニターせず、前記触媒の劣化判定を行うために前記第２センサの出力を前記反転があるまで前記所定期間を延長してモニターを継続する。

本発明の第１動力出力装置によれば、まず、前述したような「アクティブ制御」を実施することができる。すなわち、所定の前提条件が満たされる場合（例えば、エンジンに対する吸入空気量が所定範囲内にあると判断される場合その他の幾つかの条件が満たされる場合）において、空燃比変動手段は、例えばエンジンに対する燃料供給量を変動させることで該エンジンから排出される混合気の空燃比を意識的に変動させることが可能となっており、また、モニター手段は、それに伴って検知される第１センサの出力ないしは検知結果をモニターすることが可能となっている。これにより、与えた変動に応じて、予測される出力（例えば、当該出力の「振幅」の大小如何、「周期」の長短如何等で判断される。）が得られないときには、当該第１センサは劣化しており、そうでないとき（つまり、予測どおりの出力のとき）には劣化していないなどといった判断を行うことができる。ここで、このような劣化判定では特に、空燃比の変動の態様が予め定まっている必要がある。この点、本発明ではリッチ又はリーンにされる時間が「所定期間」として定められており、この「所定期間」の決定が前記の要請の全部又は一部をみたす。すなわち、当該所定期間の経過があるなら、劣化していない第１センサの出力はかくあるべきだと予測を立てることができるのである。

また、本発明では、前記第１センサからみて下流側に触媒が備えられているとともに、該触媒の更に下流側に第２センサが備えられている。この第２センサの出力は、前記のアクティブ制御の影響を受けて、前記第１センサと同様に変動することになる。ただし、第２センサの出力は、当該第２センサが触媒の下流側に配置されていることにより、触媒の現時点における酸素吸蔵能力の影響を受けることになり、前記第１センサの出力とは異なった挙動を示す。ここで本発明では特に、第２センサの出力が所定の閾値を超えるかどうかに着目し、当該出力がその閾値を跨いで変化することを「反転」と捉える。そして、かかる反転の如何（例えば、当該反転が生じた時期、回数等）をみれば、前記触媒の酸素吸蔵能力の如何を確かめることができ、また、当該触媒が劣化しているかどうかを知ることができる。

そして、本発明では特に、モニター手段が、少なくとも前記所定期間が経過する際に、前記反転の有無を確認するようになっているのである。ここで所定期間が経過する際とは、前記の説明から明らかなように、第１センサの劣化判定に必要なデータが得られそうな、或いは既に得られた段階を意味しているから、該第１センサが劣化しているかどうかを確認したいという観点からすると、これ以上、空燃比をリッチ又はリーンに継続すべき理由はない。しかしながら、この際、第２センサの出力につき未だ反転が経験されていない、即ち触媒の劣化判定に供するデータが十分には集められていない場合が考えられる。ここで本発明では、かかる際に第２センサの出力につき反転が生じたかどうかが確認されるようになっているのであるから、もしこの時点において、当該反転が生じてないなら、前記所定期間は経過するものの当該反転が生じるまで従前のリッチ又はリーンな空燃比制御を続行するという判断を行うことができる。また、逆に当該反転が既に生じているのなら、前記所定期間が経過するまで予定通りデータ収集を行えばよい。

これによると、リッチ又はリーンな空燃比変動が行われた１回の機会に、触媒の劣化判定と第１センサの劣化判定との双方を行うことができることになる。したがって、本発明によれば、相対的にアクティブ制御の実施回数を少なくすることが可能となるから、エミッション中におけるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を低め、運転のしやすさ、ないしは快適性を向上（ドライバビリティを向上）させることができるのである。

なお、本発明において、モニター手段が第２センサの出力につき反転が生じたかどうかの確認を実行するのは、「少なくとも所定期間が経過する際」であるから、当該確認は、それ以外の任意の時点で行うようにしてよい。例えば、所定期間経過前から経過の際にかけて定期的に当該確認を実行してもよいし、所定期間の経過前後に関わらず常時当該確認を実行してもよい。

前記モニター手段は、前記反転があったと確認する場合であって前記所定期間が経過していない場合には、当該所定期間が経過するまで、前記第２センサの出力をモニターせず、前記第１センサの劣化判定を行うために前記第１センサの出力をモニターし、前記反転がなかったと確認する場合であって前記所定期間が経過した場合には、当該所定期間経過後の前記第１センサの出力をモニターせず、前記触媒の劣化判定を行うために前記第２センサの出力を前記反転があるまで前記所定期間を延長してモニターを継続する。このため、反転があった、即ち触媒の劣化判定は行えるが、所定期間が経過していない、即ち第１センサの劣化判定は行えない場合には、当該所定期間が経過するまで、第１センサの出力をモニターする。よって、当該所定期間経過後には、触媒及び第１センサの双方の劣化判定を行うことができる。他方、反転がなかった、即ち触媒の劣化判定は行えないが、所定期間が経過している、即ち第１センサの劣化判定は行える場合には、第１センサの出力はもはやモニターしない。ここで「モニターしない」というのは、劣化判定に供するデータとしては使用しないと言い換えてもよい（したがって、「モニターする」は、劣化判定に供するデータとして使用すると言い換えられる。）。これは、この時点において既に第１センサの劣化判定を行うのに十分なデータが収集されているからである。ただ、第２センサの出力は、反転が生じるまでモニターしつづける。これにより、当該反転が生じた以後は、触媒及び第１センサの双方の劣化判定を行うことができる。このように、本態様によれば、前記の作用効果をより確実に享受することができる。

本発明の第２動力出力装置の他の態様では、排気管が接続されたエンジンと、前記排気管に設けられ前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、前記エンジンと前記触媒との間に位置する前記排気管に配置され、当該排気管中の混合気の空燃比を検知する第１センサと、前記触媒を中心とし前記第１センサから見て反対側に位置する前記排気管に配置され、当該排気管の酸素濃度を検知する第２センサと、所定の前提条件を満たす場合に前記空燃比を、連続的にリッチ及びリーンに交互に変動させる空燃比変動手段と、該空燃比変動手段による前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第１センサの出力を、当該第１センサの劣化判定に必要な第１期間、モニターする第１モニター手段と、前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第２センサの出力を、前記触媒の劣化判定に必要な第２期間、モニターする第２モニター手段と、前記空燃比変動手段による前記空燃比のリッチからリーンへの切り替え、又は、リーンからリッチへの切り替えを、前記第１期間及び前記第２期間の長い方に合わせて行う切替手段とを備えている。

本発明の第２動力出力装置によれば、まず、前述の第１の動力出力装置と同様に「アクティブ制御」を実施することができる。また、このアクティブ制御の実施により、触媒及び第１センサの劣化判定を行うこともできる。即ち、触媒の劣化判定は、第２センサの出力が所定の閾値を跨ぐかどうかに応じて定まる反転の時期、回数等を確認することで行うことができるし、第１センサの劣化判定は、当該第１センサを所定のリッチ又はリーン雰囲気に曝すことで得られるその出力と予め予測される出力とを対比することによって行うことができる。

ここで本発明では特に、触媒の劣化判定に必要な期間、典型的には空燃比の変動開始時から前記反転が生じるまでの期間が「第２期間」とされ、第１センサの劣化判定に必要な期間、即ち第１センサの出力予測値を定めるに応じて（或いは、当該第１センサの特性に応じて等）定まる期間が「第１期間」とされている。そして、本発明では更に、これら第１期間及び第２期間の長い方に合わせて、前記空燃比変動手段によるリッチからリーンへの切り替え又はその逆の切り替えを実施する切替手段が備えられているのである。

このような構成によれば、第２期間が第１期間に比べて長ければ、第１センサの劣化判定に必要なデータは収集されているものの、触媒の劣化判定に必要なデータを収集すべくリッチ又はリーンな空燃比変動が第２期間（から第１期間を引いた時間）だけ維持された後、前記切り替えが行われることになる。逆に、第１期間が第２期間に比べて長ければ、触媒の劣化判定に必要なデータは収集されているものの、第１センサの劣化判定に必要なデータを収集すべくリッチ又はリーンな空燃比変動が第１期間（から第２期間を引いた時間）だけ維持された後、前記切り替えが行われることになる。

このようなことから、本発明によれば、前述の第１の動力出力装置と略同様な作用効果が得られるのは明白である。すなわち、本発明によっても一時に触媒の劣化判定と第１センサの劣化判定との双方を行うことができることになるから、相対的にアクティブ制御の実施回数を少なくすることが可能となり、エミッション中におけるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を低め、運転のしやすさ、ないしは快適性を向上（ドライバビリティを向上）させることができるのである。

以上述べたように、本発明によれば、触媒の劣化判定と第１センサの劣化判定との双方を一時に行うことができるから、相対的にアクティブ制御の実施回数を少なくすることが可能となり、エミッション中におけるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を低め、運転のしやすさ、ないしは快適性を向上（ドライバビリティを向上）させることができる。

本発明のこのような作用及び効果その他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。

以下では、本発明の実施の形態について図１から図４を参照しつつ説明する。ここに図１は、本実施形態に係る動力出力装置の構成概略図である。また、図２は図１に示すＳＣ触媒装置３１及び第１Ｏ_２センサ５１の状態を判定するための処理の流れを示すフローチャートであり、図３は、後述するアクティブ制御を実施した際に得られる燃料噴射量の変動等を示すチャート図であり、（ａ）のような燃料噴射量の変動に応じて変化する第１Ｏ_２センサの検知結果の様子、（ｃ）は（ａ）のような燃料噴射量の変動に応じて変化する第２Ｏ_２センサの検知結果の様子、をそれぞれ示している。さらに、図４は、本実施形態の作用効果を説明するための説明図であり、（ａ）は第１Ｏ_２センサの劣化判定に必要なデータ収集期間よりもＳＣ触媒装置の劣化判定期間に必要なデータ収集期間が長い場合、（ｂ）はその逆の場合を示している。

まず、図１を参照して、エンジン及びその周囲の構成について説明する。図１に示すように、エンジン１５０は、吸気ポート内に燃料を直接噴射する、いわゆるポート噴射式ガソリンエンジンである。エンジン１５０は、ＥＣＵ１７０により制御される。エンジン１５０は、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の内部にはシリンダ１６が形成されている。なお、エンジン１５０は、複数のシリンダを備えているが、説明の便宜上、図１には複数のシリンダのうち１つのシリンダ１６を示している。シリンダ１６の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１６の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。

シリンダ１６の内部において、ピストン１８の上方には燃焼室２０が形成されている。燃焼室２０には、点火プラグ２６の先端が露出している。点火プラグ２６は、ＥＣＵ１７０から点火信号を供給されることにより、燃焼室２０内の燃料に点火する。

燃焼室２０には、吸気弁３２を介して吸気マニホールド３４の各枝管が連通している。吸気マニホールドの一部では、燃料噴射弁２２の噴射口が露出している。エンジン１５０の運転中、燃料噴射弁２２には燃料ポンプ２４から燃料が圧送される。燃料噴射弁２２及び燃料ポンプ２４は、ＥＣＵ１７０に接続されている。燃料ポンプ２４は、ＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じて燃料噴射弁２２側へ燃料を圧送する。また、燃料噴射弁２２は、ＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じて吸気ポート内へ燃料を噴射する。吸気マニホールド３４は、その上流側においてサージタンク３６に連通している。サージタンク３６の更に上流側には吸気管３８が連通している。吸気管３８には、スロットル弁４０が配設されている。スロットル弁４０は、スロットルモータ４２に連結されている。そして、スロットルモータ４２は、ＥＣＵ１７０に接続されている。スロットルモータ４２は、ＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じてスロットル弁４０の開度を変化させる。スロットル弁４０の開度は、例えばアクセルペダル７８の踏み込み量に応じて変化させられる。吸気管３８の一旦にはエアクリーナ６０が設けられている。

他方、燃焼室２０には、排気弁２８を介して排気管３０が連通している。本実施形態では、排気管３０には、ＳＣ（Start Catalyst）触媒装置３１及びＵＦ（Under Floor）触媒装置３２の二段の触媒装置が設けられており、これにより排気ガス浄化性能が高められている。これらＳＣ触媒装置３１及びＵＦ触媒装置３２としては、具体的には例えば三元触媒装置をあてることができる。また、当該ＳＣ触媒装置３１及びＵＦ触媒装置３２には、例えばＣｅＯ_２及びＣｅＯ_２-ＺｒＯ_２等の酸素吸蔵能力を有する助触媒を備えておくとよい。これにより、排気管３０内の空燃比の変動を吸収することが可能となり、前記の三元触媒が好適に働くように当該排気管３０内の雰囲気を調整することができる。

また、ＳＣ触媒コンバータ３１を中心として、その上流側に第１Ｏ_２センサ５１が設けられ、下流側に第２Ｏ_２センサ５２が設けられている。このうち上流側の第１Ｏ_２センサは、本発明にいう「第１センサ」の一例に該当し、エンジン１５０から排出された排気ガス中の酸素濃度を直接的にモニターする。当該エンジン１５０における燃焼態様（例えば理論空燃比近くにおける燃焼）は、この第１Ｏ_２センサ５１の検知結果に基づいて制御されるようになっている。また、下流側の第２Ｏ_２センサは、本発明にいう「第２センサ」の一例に該当し、ＳＣ触媒装置３１を通過し未燃成分の少なくなった排気ガス中の酸素濃度をモニターする。この第２Ｏ_２センサの存在により、空燃比制御に影響する部品（例えば燃料噴射弁２２、上流側の第１Ｏ_２センサ等）の特性ばらつきを吸収することが可能となるため、空燃比をより理論空燃比近くに制御することが可能となり、排気浄化率を更に向上することができる。

なお、これら第１及び第２Ｏ_２センサ５１及び５２は、具体的には例えば、空洞部を有するように成形されたジルコニアと、該ジルコニアの周囲に被覆された多孔質の白金電極とからなる構成を備えてなる。この構成において、前記空洞部に大気が導入されるとともに、該大気とジルコニア及び白金電極を介して面するように排気ガスが導入されると、排気ガス中の酸素分圧と大気中の酸素分圧との比に応じて（より詳細には、当該比の対数に比例して）前記ジルコニア中に酸素イオンの流れが生じ起電力が発生する。第１及び第２Ｏ_２センサ５１及び５２は、この起電力を測定することにより、排気ガス中の酸素濃度を検出し得る。

このような構成を備える動力出力装置では、要所要所に各種のセンサが設けられている。例えば、アクセルペダル７８の近傍にはアクセル開度センサ８０が配設されている。また、エアクリーナ６０からエンジン１５０に至るまでの間には、エアクリーナ６０の近傍に吸気温センサ３８Ｔが、スロットル弁４０の近傍にスロットル開度センサ４４が、サージタンク３６の近傍に該サージタンク３６内の圧力を検出する圧力センサ３６Ｔがそれぞれ配設されている。さらに、エンジン１５０周りでは、該エンジン１５０の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１５Ｔ１及びクランク角を検出するクランク角センサ１５Ｔ２がそれぞれ配設されている。加えて、エンジン１５０から最も下流側の要素として図示されたＵＦ触媒装置３２に至るまでの間には、既に述べた第１Ｏ_２センサ５１及び第２Ｏ_２センサ５２がそれぞれ配設されている。

前記いずれのセンサ（第１及び第２Ｏ_２センサ５１及び５２も含む。）もＥＣＵ１７０に接続されており、ＥＣＵ１７０は、これら各種のセンサから送られてくる電気信号に基づいて、アクセル開度、スロットル開度、サージタンク内圧力、エンジン冷却水温度、クランク角度及び触媒温度等々を知ることができる。また、ＥＣＵ１７０は、これらの諸状態ないしは諸量に基づいて、図に示す各種の要素が好適な状態となるように、或いは当該動力出力装置のユーザが所望する状態となるようになどを目的として、当該各種の要素を制御（例えば、スロットル４０の開度の増減、燃料噴射弁２２からの燃料噴射量の増減等々）する。

なお、図における前記各種のセンサの設置場所は単なる一例を示しているに過ぎない。当該各種のセンサは、それぞれ目的とする諸状態ないしは諸量を検出できる限り、然るべき場所に設置されていればよい。また、図示されないが、前記の各種のセンサ以外のセンサ（例えば、エンジン１５０の回転数を検出する回転数センサ、或いは気筒判別センサ等々）を設けてよいことは言うまでもない。

以下では、本発明に係る空燃比変動手段、モニター手段（或いは、第１及び第２モニター手段）及び切替手段を構成するＥＣＵ１７０により、前記のＳＣ触媒装置３１及び第１Ｏ_２センサ５１が劣化しているかどうかを判定するための処理について、図２乃至図４を参照しながら説明する。

まず、その前提として、本実施形態に係る第１Ｏ_２センサ５１が存在することによって、エンジン１５０から排出され最終的に外部へと至る排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等の絶対量が如何に減少させられるかについて説明しておく。まず、ＳＣ触媒装置３１は、通常、混合気が理論空燃比の近傍にある場合において最大限の能力を発揮するようになっている。ここで、前記の第１Ｏ_２センサ５１によれば排気ガス中の酸素濃度を知り得るから、現時点において、ＳＣ触媒装置３１がリッチ寄りの雰囲気に曝されているのか、或いはリーン寄りの雰囲気に曝されているのかを知ることができる。したがって、この第１Ｏ_２センサ５１の検知結果を利用すれば、ＥＣＵ１７０は、燃料ポンプ２４及び噴射弁２２から噴射される燃料供給量等を調整し、混合気が常に理論空燃比の近傍にありうるような制御（フィードバック制御）を行うことができる。そうすると、ＳＣ触媒装置３１は常に最大限の能力を発揮することができることになり、最終的に外部へと至る排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等の絶対量を減少せしめることができるのである。

このような事情から明らかなように、第１Ｏ_２センサ５１の検出性能は、排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等を減少することにとって重要であることがわかる。そこで図２のように、このような第１Ｏ_２センサ５１の検出性能が正常に維持されているか、言い換えると当該第１Ｏ_２センサ５１は劣化していないか（具体的に、当該第１Ｏ_２センサ５１が前記ジルコニア及び白金電極からなる構成を備える場合には、該白金電極の溶出、或いは該白金電極の細孔の目詰まり等が生じていないか）を確認するのである。また、排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等の減少にとって、ＳＣ触媒装置３１が劣化していないかどうかも当然に重要であるから、図２ではその点についても確認するようになっている。

さて、図２においてはまず、「アクティブ制御」を実施するための前提条件が成立しているかどうかが判断される（ステップＳ１０）。ここで「アクティブ制御」とは、ＳＣ触媒装置３１及び第１Ｏ_２センサ５１が劣化しているかどうかを確認するために、エンジン１５０への燃料供給量を意図的に変動させることをいう。このようなアクティブ制御は燃料の供給量の変動を意図的に生じさせるものであるから、エンジン１５０に対しても、或いは動力出力装置全体に対しても相応の負担を課すことになる。したがって、これを実施してもシステム全体に大きな影響を及ぼさない適当な時期を見定める意味をこめて、「前提条件」の成立如何が確かめられるのである。ここで「前提条件」の具体例としては、例えば、エンジン１５０が受けている負荷の大小或いは変動量が所定の範囲内にあるかどうか、ＳＣ触媒装置３１の温度が所定値以上であるかどうか、第１Ｏ_２センサ５１が活性化された状態にあるかどうか、更にはエンジン１５０に対する吸入空気量の大小或いは変動量が所定の範囲内にあるかどうか等を挙げることができる。一般的には、当該動力出力装置が安定的な状態（例えば、アクセルペダル７８の踏み込み量が一定等）にあるときに前提条件が満たされ、そうでないときは満たされないと判断される。そして、前提条件が満たされるときにはアクティブ制御を伴う劣化判定処理を行うべく次の処理へ進み（ステップＳ１０；ＹＥＳからステップＳ１２へ）、そうでないときには前提条件が満たされるまで当該処理が続行される（ステップＳ１０；ＮＯからステップＳ１０へ）。なお、前提条件が満たされるかどうかの判断は、例えば割り込み処理により定期的に、或いは不定期に繰り返し実施されるようにしておけばよい。

次に、燃料供給量の増量及び減量の期間Ｘが決定される（ステップＳ１２）。この期間Ｘは、第１Ｏ_２センサ５１の検出能力を見極めるのに必要な応答（アクティブ制御に呼応する検知結果）が得られように定められるものである。この原則を踏まえた上で、期間Ｘの具体値は種々の事情に応じて様々に決定され得る。例えば、吸入空気量が比較的大きいときには短めに、その逆のときには長めに設定されるというようである。

次に、燃料供給量の増量又は減量制御を現実に実施する（ステップＳ１４）。すなわち、ＥＣＵ１７０は、燃料ポンプ２４及び燃料噴射弁２２を適当に作動させることにより、燃焼室２０内への燃料の供給量を増量又は減量するのである。図３（ａ）では、このような制御の結果観測され得る燃料噴射量の変動の様子が示されている。ちなみに、この図によれば、当該増量及び減量制御の実施の前に噴射されていた燃料噴射量（以下、「ベース噴射量」という。図中破線参照）からみて、まず増量が行われ、続いて減量が行われるという変動が周期的に行われていることがわかる。なお、本明細書では、増量制御が実施されている状態及び期間をそれぞれ「リッチ」及び「リッチ期間」といい、或いは減量制御が実施されている状態及び期間をそれぞれ「リーン」及び「リーン期間」ということがある。

このように、燃料供給量の増量及び減量制御が行われると、排気管３０に排出される排気ガスの空燃比も変動することになり、更にこれに応じて、第１Ｏ_２センサ５１の検知結果にも変動が生じることになる。図３（ｂ）では、かかる変動の様子、即ち燃料噴射量の変動に応じて変化する第１Ｏ_２センサ５１の出力ないしは検知結果の様子が示されている。この図によれば、第１Ｏ_２センサ５１の出力もまた、燃料噴射量が前記のように周期的に変化するのに応じて周期的に変化することがわかる。ＥＣＵ１７０は、このような周期的な変化として得られる第１Ｏ_２センサ５１の検知結果を逐次モニターする。

次に、燃料供給量の増量又は減量時間が、前記のステップＳ１２で定めた期間Ｘ以下であるかどうかが判断される（ステップＳ１６）。ここで増量又は減量時間が期間Ｘ以下であるときには、次なる処理に進み（ステップＳ１６；ＹＥＳからステップＳ１８へ）、そうでないときには、次なる処理であるステップＳ１８を飛ばしてステップＳ２０へと進む（ステップＳ１６；ＮＯからステップＳ２０へ）。まず、前者の場合は、現実に進行している増量又は減量時間が、前記で定めた期間Ｘ以下なのであるから、第１Ｏ_２センサ５１の検出能力を見定めるに十分な応答を当該第１Ｏ_２センサ５１からは得ていない段階に該当する。したがって、この場合には、現時点までに得られている第１Ｏ_２センサ５１の軌跡長が積算される（ステップＳ１８）。ここで軌跡長の演算とは、図３（ｂ）に概念的に示すように、得られた検知結果に基づいて描かれる曲線において、ある微少時間Δｔ_ｍ（但し、ｍは１，２，…，ｎなる有限の正の整数）に対応する出力の上昇値Ｓ（Δｔ_ｍ）を求めるとともに、所定期間（例えば、前記の期間Ｘ）内における当該上昇値の全部の和Ｓ＝Ｓ（Δｔ_１）＋Ｓ（Δｔ_２）＋…＋Ｓ（Δｔ_ｍ）＋…＋Ｓ（Δｔ_ｎ）を求めることをいう。他方、後者の場合（即ち、現段階において増量又は減量時間が当初に定めた期間Ｘを越える場合）は、前記のような軌跡長の積算は行われない。なぜなら、この段階においては既に得るべき軌跡長の積算がすべて完了しているからである。

以上のように、第１Ｏ_２センサ５１の検知結果に基づいて軌跡長の積算が行われる（又は該積算が行われずに当該のステップＳ１８が飛ばされる）と、続いて、第２Ｏ_２センサ５２の検知結果が参照される（ステップＳ２０）。ここで、この第２Ｏ_２センサ５２もまた、前記のステップＳ１４で開始された増量又は減量制御の実施の影響を受ける。図３（ｃ）では、かかる影響の様子、即ち燃料噴射量の変動（図３（ａ）参照）に応じて変化する第２Ｏ_２センサ５２の出力ないしは検知結果の様子が示されている。ただし、当該第２Ｏ_２センサ５２は、前記の第１Ｏ_２センサ５１とは異なり、ＳＣ触媒装置３１からみて下流側に設けられている点で大きく事情が異なる。すなわち、第２Ｏ_２センサ５２は、ＳＣ触媒装置３１の現時点における酸素吸蔵能力の影響を受け、比喩的にいえばそこから漏れ出てくる酸素につき感応するようになっているのである。定性的には、ＳＣ触媒装置３１の劣化が進行しており酸素吸蔵能力に衰えが見えるときには、第２Ｏ_２センサは比較的早くに感応し、ＳＣ触媒装置３１が新品同様であり酸素吸蔵能力が旺盛なときには、第２Ｏ_２センサは比較的遅く感応するということがいえる。

前記のステップＳ２０では、これを確かめるため、第２Ｏ_２センサ５２の出力ないしは検知結果が予め定められた閾値を現実に跨ぐかどうか、即ち反転するかどうかが確かめられるのである。そして、このステップＳ２０において、第２Ｏ_２センサ５２の検知結果についての反転が確認されないときには（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、当該時点までにおけるＳＣ触媒装置３１の酸素吸蔵能力が算出された後（ステップＳ２２）、続いて最初の処理へと戻る（ステップＳ１０へ）。

このとき、当該ステップＳ２０における肯定判断（ステップＳ２０；ＹＥＳなる判断）が、前記のステップＳ１６において増量又は減量時間が期間Ｘ以下であると判断された後に行われたものであるなら、ＥＣＵ１７０は、以後暫く、第１Ｏ_２センサ５１及び第２Ｏ_２センサ５２双方の出力をモニターし続けることになる（第１Ｏ_２センサＯＮ；第２Ｏ_２センサＯＮ。以下、「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」とあるのは、それぞれ「モニターする必要がある」及び「モニターする必要がない」を意味するものとする。）。一方、当該肯定判断が、前記ステップＳ１６において増量又は減量時間が期間Ｘを超えていると判断された後に行われたものであるなら、ＥＣＵ１７０は、第２Ｏ_２センサ５２の出力は以後暫くモニターする必要があるものの、第１Ｏ_２センサ５１の出力をモニターする必要はない（第１Ｏ_２センサＯＦＦ；第２Ｏ_２センサＯＮ。後の図４参照時に「ケースＩ」という。）。つまり、この場合、増量又は減量制御は、もっぱら第２Ｏ_２センサ５２の出力をモニターするために、換言すればＳＣ触媒装置３１の劣化の判定に供するデータを収集するために続行されるのである。

他方、前記のステップＳ２０において、第２Ｏ_２センサ５２の検知結果についての反転が確認されるときには次なる処理へと進む（ステップＳ２０；ＮＯからステップＳ２４へ）。この反転が確認された場合とは、即ちＳＣ触媒装置３１の劣化の判定に供するデータが収集され、したがって第２Ｏ_２センサ５２の出力はもはやモニターする必要がないことを意味する。そして、かかる場合更に、前記の処理に続いて、増量又は減量時間が前記の期間Ｘ以上であるかどうかが確認される（ステップＳ２４）。ここで増量又は減量時間が期間Ｘ以上でないと判断されるときには、最初の処理へと戻り（ステップＳ２４；ＮＯからステップＳ１０へ）、そうでないときには、いままでが増量制御であったなら減量制御への切り替え又は減量制御から増量制御への切り替えが行われ（ステップＳ２６）、最初の処理へと復帰する（ステップＲＥＴＵＲＮからステップＳ１０へ）。

この際におけるステップＳ２４の判断は、前記のステップＳ２０において、もはや第２Ｏ２センサ５２の出力をモニターする必要がないとの判断が行われた後に行われているから、実質的には、第１Ｏ２センサ５１の出力を以後暫くモニターする必要があるかどうか、換言すれば当該第１Ｏ２センサ５１の劣化の判定に供する積算値を収集し終わったかどうかを確認するために行われるものである。そして、ここで増量又は減量時間が期間Ｘ以下であるなら、第１Ｏ２センサ５１の劣化の判定を行うのに十分な積算値が未だ収集されてないということだから、改めて、最初の処理へと戻るのである（第１Ｏ２センサＯＮ；第２Ｏ２センサＯＦＦ。後の図４参照時に「ケースＩＩ」という。）。一方、増量又は減量時間が期間Ｘを超える場合には、当該増量制御又は当該減量制御の期間において、ＳＣ触媒装置３１及び第１Ｏ２センサ５１の劣化の判定に供すべき積算値は全部収集し終えたことを意味するから（第１Ｏ２センサＯＦＦ；第２Ｏ２センサＯＦＦ）、リッチからリーンへ又はその逆へという切り替えが行われるのである。

以上をまとめると、概念的には図４に示されるような各場合を想定することができる。まず、図４（ａ）は、前記のケースＩを表している。すなわち、当該ケースＩでは、第１Ｏ２センサ５１の劣化判定に供すべき積算値は、時刻ｔ１において既に収集されており、それ以後もはや当該積算値の収集を行う必要がないが、当該時点において第２Ｏ２センサ５２は未だ反転を迎えていないから、増量制御は中止しない。当該増量制御は、第２Ｏ２センサ５２の検知結果について反転が確認された後の時刻ｔ２において中止されるのである。この場合、所定期間Ｘを超えて、時刻ｔ２に至るまでの期間Ｔ１だけ余分に増量制御が続行されるかたちになる。ちなみに、かかる場合は、ＳＣ触媒装置３１が劣化していない場合に典型的にみられると考えられる。なお、この図４（ａ）及びすぐ後に説明する図４（ｂ）では、第２Ｏ２センサ５２の出力に関して、リッチ期間及びリーン期間の別に応じて、二つの閾値Ｉ及びＩＩが定められており、前記の「反転」は、これら二つの閾値Ｉ及びＩＩについて生じるようになっている。

一方、図４（ｂ）は、前記のケースＩＩを表している。すなわち、当該ケースＩＩでは、ＳＣ触媒装置３１の劣化判定に供すべき積算値は、時刻ｔ３において既に収集されており（即ち、既に反転が迎えられており）、それ以後もはや当該データの収集を行う必要がないが、当該時点において所定期間Ｘは未だ経過していないから、増量制御は中止しない。当該増量制御は、所定期間Ｘが経過した後の時刻ｔ４において中止されるのである。この場合、第２Ｏ２センサ５２の出力のみに着目する観点からすれば、時刻ｔ３近傍で増量制御を中止することができるものの、当該時刻ｔ３から所定期間Ｘに至るまでの期間Ｔ２だけ余分に増量制御が続行されるかたちになる。ちなみに、かかる場合は、ＳＣ触媒装置３１が劣化している場合に典型的にみられると考えられる。

後は、前記のようにモニターされた積算値に基づき、ＳＣ触媒装置３１及び第１Ｏ２センサ５１の劣化判定を行えばよい。例えば、ＳＣ触媒装置３１の劣化判定は、前記のように反転が生じるまでの期間の長短に基づいて行うことができるし、第１Ｏ２センサ５１の劣化判定は、前記の積算値、振幅、あるいは応答時期等が、予め定められた閾値を越えるかどうかなどに基づいて行うことができる（第１Ｏ２センサ５１が劣化していると、当該第１Ｏ２センサ５１の応答の振幅は小さくなり、また該応答は遅れる傾向にある。）。これらの判定の方法については公知の手法を用いればよいので、ここではその説明は省略する。

以上述べたように、本実施形態によれば、いったんアクティブ制御が実行された後には、その機会を利用して、ＳＣ触媒装置３１の劣化判定及び第１Ｏ_２センサ５１の劣化判定をともに行ってしまうようになっている。したがって、本発明によれば、相対的にアクティブ制御の実施回数を少なくすることが可能となるから、エミッション中におけるＣＯ、ＮＯｘ等の濃度を低め、運転のしやすさ、ないしは快適性を向上（ドライバビリティを向上）させることができるのである。

なお、上記実施形態においては、第１Ｏ_２センサ５１の検知結果に基づいて、その軌跡長が求められるようになっているが、本発明では、これに代えて当該検知結果の軌跡とこれに交わる一定の水平線（例えば、図３（ｂ）でいえば、理想空燃比１４．７を表す水平線）とによって画される図形の面積値を利用するにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う動力出力装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係る動力出力装置の構成概略図である。 図１に示す第１Ｏ_２センサの状態を判定するための処理の流れを示すフローチャートである。 アクティブ制御を実施した際に得られる燃料噴射量の変動等を示すチャート図であり、（ａ）は燃料噴射量の変動の様子、（ｂ）は（ａ）のような燃料噴射量の変動に応じて変化する第１Ｏ_２センサの検知結果の様子、（ｃ）は（ａ）のような燃料噴射量の変動に応じて変化する第２Ｏ_２センサの検知結果の様子、をそれぞれ示している。 本実施形態の作用効果を説明するための説明図であり、（ａ）は第１Ｏ_２センサの劣化判定に必要なデータ収集期間よりもＳＣ触媒装置の劣化判定期間に必要なデータ収集期間が長い場合、（ｂ）はその逆の場合を示している。

符号の説明

１５０…エンジン
２２…燃料噴射弁
２４…燃料ポンプ
１７０…ＥＣＵ
３１…ＳＣ触媒装置
５１…第１Ｏ_２センサ
５２…第２Ｏ_２センサ

Claims (2)

1. 排気管が接続されたエンジンと、
   前記排気管に設けられ前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、
   前記エンジンと前記触媒との間に位置する前記排気管に配置され、当該排気管中の混合気の空燃比を検知する第１センサと、
   前記触媒を中心とし前記第１センサから見て反対側に位置する前記排気管に配置され、当該排気管の酸素濃度を検知する第２センサと、
   所定の前提条件を満たす場合に前記空燃比を、連続的に所定期間ずつリッチ及びリーンに交互に変動させる空燃比変動手段と、
   該空燃比変動手段による前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第１センサ及び前記第２センサの出力をモニターするモニター手段と
   を備えてなり、
   前記モニター手段は、少なくとも前記所定期間が経過する際において、
   前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第２センサの出力が前記所定期間内に前記酸素濃度につき定められた所定の閾値を跨ぐかどうかに応じて定まる反転の有無を確認し、
   前記反転があったと確認する場合であって前記所定期間が経過していない場合には、当該所定期間が経過するまで、前記第２センサの出力をモニターせず、前記第１センサの劣化判定を行うために前記第１センサの出力をモニターし、
   前記反転がなかったと確認する場合であって前記所定期間が経過した場合には、当該所定期間経過後の前記第１センサの出力をモニターせず、前記触媒の劣化判定を行うために前記第２センサの出力を前記反転があるまで前記所定期間を延長してモニターを継続する
   ことを特徴とする動力出力装置。
2. 排気管が接続されたエンジンと、
   前記排気管に設けられ前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、
   前記エンジンと前記触媒との間に位置する前記排気管に配置され、当該排気管中の混合気の空燃比を検知する第１センサと、
   前記触媒を中心とし前記第１センサから見て反対側に位置する前記排気管に配置され、当該排気管の酸素濃度を検知する第２センサと、
   所定の前提条件を満たす場合に前記空燃比を、連続的にリッチ及びリーンに交互に変動させる空燃比変動手段と、
   該空燃比変動手段による前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第１センサの出力を、当該第１センサの劣化判定に必要な第１期間、モニターする第１モニター手段と、
   前記空燃比の変動の結果みられるところの前記第２センサの出力を、前記触媒の劣化判定に必要な第２期間、モニターする第２モニター手段と、
   前記空燃比変動手段による前記空燃比のリッチからリーンへの切り替え、又は、リーンからリッチへの切り替えを、前記第１期間及び前記第２期間の長い方に合わせて行う切替手段と、
   を備えたことを特徴とする動力出力装置。

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