JP4453547B2 - 触媒劣化診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、触媒劣化診断装置に関する。

従来から、内燃機関へ供給する空気と燃料のＡ／Ｆ（空燃比）をリッチ（濃空燃比燃焼状態）とリーン（希薄燃焼状態）との間で変化させる空燃比制御を実行することによって、排気通路上に設けられた触媒（排気浄化触媒）の劣化診断や酸素吸蔵能力（最大酸素吸蔵量）の評価などが行われている。例えば、触媒の上流側の排気通路上にＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）を設け、且つ、下流側の排気通路上に酸素センサ（Ｏ_２センサ）を設け、上記のような空燃比制御の実行によって得られたセンサの出力に基づいて触媒の劣化診断が行われている。

ところで、触媒の劣化を診断するための空燃比制御を実行中に、酸素センサが異常な出力を発生する場合がある。例えば、酸素センサが、周期的に出力が反転せずに、周期的なタイミングから外れたタイミングで、正常な状態よりも時間幅の短い出力し、酸素センサの出力反転が異常に発生すること（以下、このような酸素センサの出力状態を「周期異常」と呼ぶ。）が生じる場合がある。このような酸素センサが発生する周期異常は、触媒の酸素吸蔵及び酸素放出の作用によって生じているのではなく、酸素センサへのガス当たり不良、又は酸素センサの出力特性などが原因で生じていると考えられる。

通常は、上記のような酸素センサの周期異常が発生しないような状況で触媒の劣化診断を行うか、又は、酸素センサの周期異常が発生したか否かを判定して、この判定に応じた劣化診断を行っている。例えば、特許文献１には、空燃比をリッチ又はリーンに切り替える空燃比制御を実行することによって酸素吸蔵能力を求め、求められた酸素吸蔵能力に基づいて触媒の劣化診断を行う装置において、空燃比をリッチに設定することによって得られた酸素吸蔵量（酸素放出量に対応する）とリーンに設定することによって得られた酸素吸蔵量との差が所定値以上の場合に、触媒の劣化診断を中止する技術が記載されている。また、特許文献２には、酸素センサの出力がリッチからリーンに反転するまでの時間（以下、この時間を「反転時間」とも呼ぶ。）と、リーンからリッチに反転するまでの反転時間との平均値が所定時間よりも短くなったときに、触媒の劣化診断を行う技術が記載されている。

特開２００３−１４８１３６号公報 特開平５−１０６４９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、過去に得られた酸素吸蔵量などを考慮せずに、現在得られた酸素吸蔵量と直前に得られた酸素吸蔵量のみを比較して触媒の劣化診断を中止しているため、正確な劣化診断が行われない場合があった。例えば、今回得られた酸素吸蔵量と直前に得られた酸素吸蔵量との差分が小さくても、それらの酸素吸蔵量がいずれも異常に小さい場合がある。このような場合には、特許文献１の手法では劣化診断が実行されるが、実際には得られた酸素吸蔵量は異常に小さいのであるから劣化診断を実行することは好ましくない。逆に、今回得られた酸素吸蔵量と直前に得られた酸素吸蔵量との差分が大きくても、直前に得られた酸素吸蔵量が異常に小さく、今回得られた酸素吸蔵量が正常である場合もある。このような場合には、特許文献１の手法では劣化診断が中止されるが、実際には今回得られた酸素吸蔵量は正常であるから劣化診断を中止することは好ましくない。

更に、特許文献２に記載された技術においても、現在得られた反転時間のみに基づいて触媒の劣化診断を行っており、過去に得られた反転時間を考慮に入れた検討がなされていなかったために、正確な劣化診断が行われない場合があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、過去の結果を考慮に入れて酸素センサの出力の異常を判定し、この判定結果に基づいて触媒の劣化診断を正確に行うことが可能な触媒劣化診断装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を実行することによって、排気通路中に設けられた触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断装置は、前記触媒の上流側の前記排気通路中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記触媒の下流側の前記排気通路中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に対応する値を出力する酸素濃度検出手段と、検出された前記空燃比及び前記酸素濃度に基づいて、前記触媒から前記排気通路中に放出された酸素量、及び前記触媒に吸蔵された酸素量を算出する酸素量算出手段と、前記算出された酸素量と、現在までに算出された最大の酸素量との差分が第１の所定値以上である場合に、前記酸素濃度検出手段の出力周期が異常であると判定し、周期異常フラグをオンに設定し続ける周期異常判定手段と、前記酸素量を用いて前記触媒の酸素吸蔵能力を算出し、前記周期異常フラグがオンであるか否かと、前記酸素吸蔵能力とに基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と、を備える。

上記の触媒劣化診断装置は、内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態に変化させることによって、排気通路中に設けられた触媒の劣化診断を行う装置である。空燃比検出手段（例えば、Ａ／Ｆセンサ）は、触媒の上流側の排気通路中の空燃比を検出し、酸素濃度検出手段（例えば、酸素センサ）は、触媒の下流側の排気通路中の酸素濃度を検出する。また、酸素量算出手段は、触媒から排気通路中に放出された酸素量、及び触媒に吸蔵された酸素量を算出する。周期異常判定手段は、算出された酸素量と、現在までに算出された最大の酸素量との差分が第１の所定値以上の場合に、酸素濃度検出手段の出力が異常であると判定し、周期異常フラグをオンに設定する。即ち、周期異常判定手段は、過去に算出された酸素量を考慮に入れて、酸素濃度検出手段の出力周期が異常であるか否かの判定を行う。また、周期異常判定手段は、周期異常フラグをオンにした場合、継続して周期異常フラグをオンにする。一度、酸素濃度検出手段の周期異常が発生した場合には、今後続けて周期異常が発生する可能性が高いからである。

そして、触媒劣化診断手段は、上記の酸素量を用いて触媒の酸素吸蔵能力を算出し、周期異常フラグがオンであるか否かと、酸素吸蔵能力とに基づいて触媒の劣化診断を行う。即ち、触媒劣化診断手段は、周期異常フラグがオンであるか否かに応じて、触媒の劣化診断方法を分けている。これにより、触媒劣化診断手段は、周期異常フラグをオンに設定した以降に得られる値が周期異常の影響を受けている可能性を考慮に入れて、適切な触媒の劣化診断を行うことが可能となる。これにより、上記の触媒劣化診断装置は、酸素濃度検出手段が周期異常を発生していても、触媒の劣化診断を正確に行うことができる。よって、結果的に、触媒の劣化診断に要する時間を短縮することが可能となる。また、上記の触媒劣化診断装置によれば、酸素濃度検出手段の周期異常が発生しないような状況に内燃機関などを設定する（例えば、内燃機関を高負荷域に設定する）必要がない。

上記の触媒劣化診断装置の一態様では、前記第１の所定値は、少なくとも、劣化している触媒から算出され得る値よりも大きい値である。

この態様では、算出された酸素量と最大の酸素量との差分を評価する際に用いる第１の所定値は、少なくとも、劣化している触媒から算出され得る値よりも大きい値とすることができる。即ち、第１の所定値は、劣化している触媒においては、取り得ない範囲の値に設定される。これにより、劣化している触媒に対する検出精度の低下を防止することが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンであり、且つ、前記酸素吸蔵能力が第２の所定値未満である場合には、当該酸素吸蔵能力を前記触媒の劣化診断には用いない。

この態様では、触媒劣化診断手段は、周期異常フラグがオンであり、且つ、酸素吸蔵能力が第２の所定値未満である場合には、酸素吸蔵能力を破棄することができる。即ち、触媒劣化診断手段は、酸素濃度検出手段の周期異常が発生している場合には、算出される酸素吸蔵能力は正確ではない可能性があるため、第２の所定値以上である酸素吸蔵能力以外は破棄する。言い換えると、触媒劣化診断手段は、酸素濃度検出手段の周期異常が発生していても、酸素吸蔵能力が第２の所定値以上であれば、当該酸素吸蔵能力を用いて劣化診断を行う。これにより、正しい酸素吸蔵能力ではなく、周期異常により縮小した結果、劣化している触媒から得られる値と同程度となってしまった酸素吸蔵能力を採用してしまうことがない。よって、触媒に対する劣化診断の機会を増加させることができる。したがって、触媒の不当な劣化診断がなされることを防止することができると共に、周期異常が発生していても、触媒の劣化診断を適切に行うことができる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンであり、且つ、前記酸素吸蔵能力が前記第２の所定値未満であっても、当該酸素吸蔵能力が、劣化している触媒から算出され得る値以上である場合には、当該酸素吸蔵能力を前記触媒の劣化診断に用いる。

この態様では、触媒劣化診断手段は、酸素吸蔵能力が、第２の所定値未満であっても、劣化している触媒から算出され得る値以上である場合には、当該酸素吸蔵能力を破棄しない。即ち、酸素吸蔵能力が上記のような値である場合には触媒は劣化していないため、当該触媒に対して正常であるとの判定を行うことができるので、当該酸素吸蔵能力を破棄しない。これにより、触媒の劣化診断に要する時間を短縮することが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンとなる以前に算出された前記酸素吸蔵能力が前記第２の所定値未満であった場合、前記周期異常フラグがオンとなった後に、当該酸素吸蔵能力を破棄する。

この態様では、触媒劣化診断手段は、周期異常フラグがオフであるときに算出された、触媒の劣化診断に用いるべきでない酸素吸蔵能力（例えば、明らかに小さな値として算出された酸素吸蔵能力）を、周期異常フラグがオンになったときに破棄する。これにより、触媒の劣化診断において誤りが生じることがないため、結果的に触媒の劣化診断を正確に実行することが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置の他の一態様では、前記周期異常判定手段は、前記周期異常フラグがオンであるときに、前記酸素吸蔵能力を用いなかった回数の積算値が所定回数に達した際に、前記周期異常フラグをオンからオフに切り替え、前記現在までに算出された最大の酸素量をクリアする。

この態様では、周期異常判定手段は、酸素吸蔵能力が破棄された回数の積算値が所定回数に達した際に、周期異常フラグをオンからオフに切り替えると共に、現在までに算出された最大の酸素量をクリア（リセット）する。前回のトリップ（「トリップ」とは、内燃機関の始動時から停止時までの期間をいう。）で触媒が正常であると診断した後、触媒が溶損などの異常劣化した場合、現在のトリップ中に劣化していると判定すべきだが、周期異常フラグがオンとなるため、このままでは現在のトリップ中に触媒に対して異常判定することができない。そこで、周期異常判定手段は、周期異常が発生する状況で、酸素吸蔵能力の破棄が継続していた場合には周期異常判定が正しくないと判定する。具体的には、周期異常フラグをオンからオフに切り替えると共に、現在までに算出された最大の酸素量をクリアする。なお、周期異常判定手段は、正常な触媒であれば真値に近い値が得られる算出回数は待つ。以上により、触媒の異常を即座に検出することが可能となる。

上記の触媒劣化診断装置において好適には、前記周期異常判定手段は、現在算出された前記酸素量が前記最大の酸素量を超えた場合、当該酸素量を前記最大の酸素量として用いることができる。これにより、算出された酸素量が増加している場合にも、常に新しい酸素量を用いて周期異常の判定を行うことができる。

更に好適には、前記周期異常判定手段は、前記最大の酸素量が決定されるまで、前記判定を実行しない。触媒劣化診断装置は、例えばバッテリクリア後には、比較に用いる酸素量を記憶していないため、最初に算出された酸素量を最大の酸素量として記憶することができる。

更に好適には、前記周期異常判定手段は、前記空燃比制御の実行の開始直後に得られた前記酸素量を、前記判定に用いない。こうするのは、空燃比制御の開始直後は触媒内に酸素がどの程度残留しているかが不明であるため、この場合に求められた酸素量は、触媒２が吸蔵可能な酸素量を正確に示すものではない可能性があるからである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

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

車両１０は、内燃機関１と、触媒２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３と、吸気通路４と、排気通路５と、燃料噴射弁６と、Ａ／Ｆセンサ７と、酸素センサ８と、を備える。なお、本実施形態に係る触媒劣化診断装置は、主としてＥＣＵ３、燃料噴射弁６、酸素センサ８などにより構成される。

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

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

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

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

ＥＣＵ３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７及び酸素センサ８から出力される信号Ｓ１及びＳ２に基づいて燃料噴射弁６に対して制御信号Ｓ３を供給することにより、空燃比制御（即ち、空燃比のフィードバック制御）を実行する。また、ＥＣＵ３は、この空燃比制御の実行中にＡ／Ｆセンサ７から出力される空燃比、及び酸素センサ８から出力される酸素濃度などに基づいて触媒２の劣化診断を行う。このように、ＥＣＵ３は、本発明において、酸素量算出手段、周期異常判定手段、及び触媒劣化診断手段として機能する。なお、ＥＣＵ３が行う具体的な処理については、詳細は後述する。

次に、触媒２の劣化診断を行う際に行われる、基本的な空燃比制御について図２を用いて説明する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ここで、酸素センサ８が周期異常を発生する場合について説明する。通常は、酸素センサ８は、周期的に出力が反転する（図２（ｂ）参照）。しかし、酸素センサ８が、周期的に出力が反転せずに、周期的なタイミングから外れたタイミングで、物理的には酸素放出量ＯＳＡＲと酸素吸蔵量ＯＳＡＬが本来の値に到達する前に、時間幅の小さな出力（以下、「短時間幅出力」と呼ぶ。）を発生する場合がある。言い換えると、酸素センサ８が、周期的なタイミングから外れたタイミングで、出力が反転する場合がある。このような酸素センサ８の周期異常は、触媒２の酸素吸蔵及び酸素放出の作用によって生じているのではなく、酸素センサ８のガス当たり不良、又は酸素センサ８の出力特性などが原因で生じていると考えられる。即ち、酸素センサ８の周期異常は、触媒２が正常である場合にも生じる。

上記した酸素センサ８の周期異常の具体例を図３に示す。図３（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図３（ｂ）は酸素センサ８の出力を示し、図３（ｃ）は計算された酸素吸蔵能力Ｃmaxを示しており、それぞれ横軸は時間を示している。

図３（ｂ）に示すように、酸素センサ８は、符号１５ａに示すような、周期的なタイミングから外れたタイミングで短時間幅出力を発生し、その出力が反転していることがわかる。即ち、酸素センサ８は周期異常を発生しているといえる。この場合、Ａ／Ｆセンサ７の出力は、図３（ａ）に示すように、酸素センサ８の出力に対応して変化している。

また、酸素センサ８の周期異常が発生した場合、計算される酸素吸蔵能力Ｃmaxは、図３（ｃ）中の符号１５ｂで示すように、明らかに小さな量が計算されていることがわかる。このように、酸素センサ８の周期異常が発生した際に求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxは、触媒２が酸素を吸蔵可能な量を正確に示すものではないといえるため、この量を用いて触媒２の劣化診断を行うことは好ましくない。

［周期異常の判定方法］
次に、上記のような酸素センサ８の周期異常を判定する方法について説明する。なお、周期異常判定は、ＥＣＵ３が行う。

まず、周期異常の判定方法の基本概念について簡単に説明する。ＥＣＵ３は、酸素センサ８の出力が反転するたびに、言い換えると、空燃比をリッチからリーン又はリーンからリッチに切り替えるごとに、Ａ／Ｆセンサ７の出力に基づいて酸素吸蔵量ＯＳＡ（酸素放出量ＯＳＡＲと酸素吸蔵量ＯＳＡＬを含む）を求める。ＥＣＵ３は、過去に算出された酸素吸蔵量ＯＳＡの最大値を最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとして記憶している。そして、ＥＣＵ３は、求められた酸素吸蔵量ＯＳＡと、現在までに算出された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとを比較することによって、酸素センサ８が周期異常を発生しているか否かを判定する。

詳しくは、ＥＣＵ３は、現在までに算出された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxと、今回求められた酸素吸蔵量ＯＳＡとの差分を求め、求められた差分（絶対値を用いるものとする）が所定値（以下、この所定値を「周期異常判定値」と呼ぶ。）以上となった場合に、周期異常が発生していると判定する。この場合、ＥＣＵ３は、「周期異常フラグ」をオンに設定する。周期異常フラグがオンになった場合には、求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは正常値よりかなり小さい値であるため、酸素センサ８が周期異常を発生している可能性が高い。以上のように、ＥＣＵ３は、酸素センサ８の周期異常判定手段として機能する。なお、周期異常判定値は、第１の所定値に対応する。

ここで、図４を用いて、酸素センサ８の周期異常判定の具体的な方法を説明する。図４（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図４（ｂ）は周期異常フラグのオン／オフを示しており、それぞれ横軸は時間を示している。なお、図４は、触媒２の劣化診断を行うための空燃比制御の開始後の結果を示している。

図４（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７は、上記の空燃比制御の開始後、符号２０ａ〜２０ｆで示すような出力を示している。ＥＣＵ３は、このようなＡ／Ｆセンサ７の出力に対して周期異常判定を行う。具体的には、ＥＣＵ３は、空燃比をリッチからリーン又はリーンからリッチに切り替えるごとに、Ａ／Ｆセンサ７の出力に基づいて算出される酸素吸蔵量ＯＳＡと、記憶している最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分を算出し、算出された差分が周期異常判定値以上であれば周期異常フラグをオンにする。なお、ＥＣＵ３は、空燃比制御直後に得られる、Ａ／Ｆセンサ７の符号２０ａで示す出力から求められる酸素吸蔵量ＯＳＡを周期異常判定には用いない。こうするのは、空燃比制御の開始直後は触媒２内に酸素がどの程度残留しているかが不明であるため、この場合に求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは、触媒２が吸蔵可能な酸素量を正確に示すものではない可能性があるからである。

よって、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７の符号２０ａで示す出力に対して周期異常判定を行わずに、Ａ／Ｆセンサ７の符号２０ｂ〜２０ｆで示す出力に対して順次周期異常判定を行う。具体的には、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７の符号２０ｂ〜２０ｆで示す出力に基づいて、詳しくは符号２０ｂ〜２０ｆで示す出力が形成する面積に基づいて酸素吸蔵量ＯＳＡを算出する。

この場合、符号２０ｂ〜２０ｅで示す出力から各々求められた酸素吸蔵量ＯＳＡは、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値未満であるため、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオンにしない。しかし、符号２０ｆで示す出力に基づいて求められる酸素吸蔵量ＯＳＡと、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分は周期異常判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、符号２０ｆで示す出力に基づく酸素吸蔵量ＯＳＡを計算した後に周期異常フラグをオンにする（時刻ｔ２）。なお、ＥＣＵ３は、基本的には、時刻ｔ２以降に算出された酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以下となっても、周期異常フラグをオンからオフに切り替えない。一度周期異常が発生した場合には、続けて周期異常が発生する可能性が高いからである。

以上のように、ＥＣＵ３は、現在までに算出された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを用いて、酸素センサ８が周期異常を発生しているか否かを判定する。これにより、ＥＣＵ３は、過去の結果に基づいて酸素センサ８の周期異常を適切に検出することが可能となる。更に、ＥＣＵ３は、一度周期異常が発生した場合には、その後も続けて周期異常が発生することを想定して、周期異常フラグをオンに切り替えた後は周期異常フラグをオンに設定し続ける。そして、ＥＣＵ３は、この周期異常フラグがオンであるかオフであるかに基づいて、後述する触媒劣化診断方法を実行する。これにより、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオンに切り替えた以降に得られる複数の出力などが酸素センサ８の周期異常の影響を受けていることを考慮に入れて、適切な触媒２の劣化診断を行うことが可能となる。よって、触媒２の劣化診断を正確に行うことが可能となる。

上記した最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxは、基本的には、前回のトリップ（「トリップ」とは、内燃機関１の始動時から停止時までの期間をいう。）において得られた最大の酸素吸蔵量ＯＳＡが用いられる。即ち、ＥＣＵ３は、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを図示しないメモリなどに記憶している。

なお、本発明は、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを、前回のトリップにおいて得られた最大酸素吸蔵量に設定することに限定はされず、この代わりに、過去の複数のトリップにおいて得られた最大酸素吸蔵量の平均値に設定してもよい。

更に、本発明においては、現在のトリップ中に最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを変更せずに継続して用いる、即ち最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを固定値として用いることに限定はされない。最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを固定値として用いないで、記憶している最大酸素吸蔵量ＯＳＡmax以上の酸素吸蔵量ＯＳＡが得られた場合に、この得られた酸素吸蔵量ＯＳＡを新たな最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとして記憶することとしてもよい。即ち、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを、現在のトリップ中に得られた酸素吸蔵量ＯＳＡによって更新してもよい。この場合、空燃比制御の開始時に用いられる最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxは、前回のトリップにおける最大酸素吸蔵量ＯＳＡmax、又は過去の複数のトリップにおいて得られた最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxの平均値が用いられる。具体的には、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵量ＯＳＡを求めるごとに、その値を、既に記憶している最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxと比較し、求められた酸素吸蔵量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量ＯＳＡmax以上となったときに最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを更新し、更新された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを用いて以後の周期異常判定を行う。

最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxは、いわゆるバッテリクリア時（例えば、車両１０内の図示しないバッテリを入れ替えた時）にリセットされる。即ち、ＥＣＵ３内に記憶された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxは、バッテリクリア時には消去されることとなる。

なお、周期異常判定値は、劣化している触媒２においては取り得ない値、具体的には少なくとも劣化している触媒２から算出され得る値よりも大きい値に設定される。一例としては、実験的に複数の劣化している触媒２から酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分を算出して、これらの差分が取り得る範囲を求め、周期異常判定値は、この範囲よりも大きな値に設定される。周期異常判定値をこのような値に設定するのは、劣化している触媒２におけるＡ／Ｆセンサ７の出力などに対して、不当に周期異常フラグをオンにしてしまうことを防止するためである。これにより、劣化している触媒２に対する劣化診断精度の低下を防止することが可能となる。

更に、上記の周期異常判定値は、定数に設定することに限定はされず、内燃機関１内の状態に応じて変更される変数としてもよい。例えば、周期異常判定値は、触媒２の温度又は吸入空気量のいずれか一方、若しくは触媒２の温度及び吸入空気量の両方に基づいて変化する変数に設定することができる。

上記では、触媒２の酸素吸蔵量ＯＳＡに基づいて酸素センサ８の周期異常判定を行う実施形態について示したが、他の実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡの代わりに、酸素センサ８の出力が反転するまでの間における積算吸入空気量に基づいて、酸素センサ８の周期異常判定を行うことができる。更に他の実施形態では、酸素センサ８の出力が反転するまでの時間（反転時間）に基づいて、酸素センサ８の周期異常判定を行うことができる。

［触媒劣化診断方法］
次に、酸素センサ８の周期異常フラグに基づいて行われる、触媒劣化診断方法について説明する。

（第１実施例）
まず、触媒劣化診断方法の第１実施例について説明する。第１実施例に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ３によって実行される。

ＥＣＵ３は、基本的には、酸素放出量ＯＳＡＲと酸素吸蔵量ＯＳＡＬに基づいて酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出し、酸素吸蔵能力Ｃmaxによって触媒２の劣化診断を行う。詳しくは、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxが所定回数得られたところで、複数の酸素吸蔵能力Ｃmaxの平均値を算出し、この平均値が所定値（以下、この所定値を「劣化判定値」と呼ぶ。）以上であるか否かを判定することによって触媒２の劣化診断を行う。なお、周期異常フラグがオフである場合には、基本的には、算出された全ての酸素吸蔵能力Ｃmaxが劣化診断に用いられる。

第１実施例に係る触媒劣化診断方法においては、ＥＣＵ３は、酸素センサ８に係る周期異常フラグがオンであり、且つ、求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxが所定値（以下、この所定値を「過小判定値」と呼ぶ。）未満である場合には、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを触媒２の劣化診断に用いない、即ち、その酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。言い換えると、酸素センサ８に係る周期異常フラグがオンである場合には、過小判定値以上である酸素吸蔵能力Ｃmaxのみを触媒２の劣化診断に採用する。このように、ＥＣＵ３は、周期異常フラグがオンである場合には、求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄するか又は採用するかを判定し、判定によって採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxのみを用いて触媒２の劣化診断を行う。なお、過小判定値は、第２の所定値に対応する。

ここで、図５を用いて、第１実施例に係る触媒劣化診断方法について具体的に説明する。図５（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図５（ｂ）は周期異常フラグのオン／オフを示し、図５（ｃ）は有効Ｃmaxカウンタ（劣化診断に採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxの数）を示しており、それぞれ横軸は時間を示している。

図５（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７は符号２５ａ〜２５ｈで示すような出力を発生している。前述したように、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７の符号２５ａ〜２５ｈで示す出力に基づいて、詳しくは符号２５ａ〜２５ｈで示す出力が形成する面積に基づいて、各々の酸素吸蔵量ＯＳＡを算出する。この場合、符号２５ａで示す出力に基づいて求められる酸素吸蔵量ＯＳＡと、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオンにする（時刻ｔ３ａ）。

次に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｂにおいて、符号２５ａで示す出力に対応する酸素吸蔵量ＯＳＡと符号２５ｂで示す出力に対応する酸素吸蔵量ＯＳＡとに基づいて、酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出する。この場合、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であるため、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。同様に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｃにおいて、符号２５ｂで示す出力に対応する酸素吸蔵量ＯＳＡと符号２５ｃで示す出力に対応する酸素吸蔵量ＯＳＡとに基づいて、酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出する。ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｃにおいて算出される酸素吸蔵能力Ｃmaxも過小判定値未満であるため、これを破棄する。一方、時刻ｔ３ｄでは、符号２５ｄで示す出力に対応する酸素吸蔵量ＯＳＡが大きいために算出される酸素吸蔵能力Ｃmaxも大きな値となり、酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、この酸素吸蔵能力Ｃmaxは有効であるとして採用する。この場合、図５（ｃ）に示すように、有効Ｃmaxカウンタがカウントアップされる。

ＥＣＵ３は、このような手順によって、酸素吸蔵能力Ｃmaxの破棄又は採用の決定を繰り返し行う。これにより、ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｆ、ｔ３ｇにおいて算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄し、時刻ｔ３ｅ、ｔ３ｈにおいて算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。

そして、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵能力Ｃmaxが採用された回数が所定回数に達した時点で、得られた複数の酸素吸蔵能力Ｃmaxに基づいて触媒２の劣化診断を行うと共に、周期異常フラグをオンからオフに切り替える。例えば所定回数を３回と設定した場合、時刻ｔ３ｈにおいて有効Ｃmaxカウンタが「３」となるため、ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｈにおいて、触媒２の劣化診断を行うと共に、周期異常フラグをオンからオフに切り替える。詳しくは、ＥＣＵ３は、時刻ｔ３ｈにおいて、時刻ｔ３ｄ、ｔ３ｅ、ｔ３ｈにおいて採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxに基づいて触媒２の劣化診断を行う。

以上のように、第１実施例に係る触媒劣化診断方法では、酸素センサ８が周期異常を発生している場合に、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが破棄すべきものなのか採用すべきものなのかを、過小判定値を用いて判定して触媒２の劣化診断を行う。これにより、破棄すべき酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて劣化診断が行われないので、触媒２に対して誤った判定を下すことを防止することができる。更に、酸素センサ８が周期異常を発生していても、採用すべき酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて劣化診断を行うので、結果的に、触媒２の劣化診断に要する時間を短縮することが可能となる。このように、第１実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、酸素センサ８が周期異常を発生していても、正確且つ迅速に触媒２の劣化診断を行うことができる。これにより、触媒２を劣化診断するために、酸素センサ８の周期異常が発生しないような状態に変化させる（例えば、内燃機関１を高負荷域に設定する）必要がない。言い換えると、第１実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、触媒２の劣化診断実行範囲は、周期異常が発生し難い高負荷域などに限定されることはない。

なお、酸素吸蔵能力Ｃmaxの破棄／採用の決定に用いる過小判定値は、触媒２の劣化診断に用いる劣化判定値よりも大きな値を用いる。言い換えると、過小判定値は、少なくとも、劣化している触媒２から算出され得る酸素吸蔵能力Ｃmaxよりも大きな値を用いる。これにより、周期異常により劣化している触媒２から得られる値と同等未満まで縮小した酸素吸蔵能力Ｃmaxを用いて、触媒２の劣化診断が行われてしまうことを防止することができる。

なお、上記のように過小判定値を劣化判定値よりも大きな値に設定すると、酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する可能性が高くなるため、触媒２の劣化判定に用いる酸素吸蔵能力Ｃmaxを所定回数採用するまでに時間がかかってしまう場合がある。この場合、触媒２の劣化診断のために行う空燃比制御を長時間実行すると、エミッションの低下やドライバビリティーの悪化などを招く可能性がある。したがって、触媒２の劣化判定を迅速に行いたい場合などには、酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であっても、酸素吸蔵能力Ｃmaxが劣化判定値よりも大きな値である場合には、当該酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄せずに用いることもできる。例えば、酸素センサ８の周期異常が発生しているが、触媒２が正常である場合には、算出される酸素吸蔵能力Ｃmaxは、必ず実際に触媒２が吸蔵可能な酸素量よりも小さな値が算出されるはずであり、これよりも大きな値が算出されることはありえない。そのため、酸素センサ８の周期異常が発生していても、酸素吸蔵能力Ｃmaxが劣化判定値よりも大きな値である場合には、当該酸素吸蔵能力Ｃmaxに基づいて触媒２が劣化していない（正常である）との判定を下すこともできる。以上のように酸素吸蔵能力Ｃmaxの採用／破棄を決定することにより、周期異常により劣化している触媒２から得られる値と同程度の酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用してしまうことなく、触媒２に対する劣化診断の機会を増加させることができる。即ち、酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用した回数が所定回数に達するまでの時間を短縮することができる。

また、上記のように過小判定値を劣化判定値よりも大きな値に設定する代わりに、過小判定値を劣化判定値と概ね同一の値に設定してもよい。これによっても、劣化している触媒２から算出される酸素吸蔵能力Ｃmaxが採用されてしまうことなく、酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用した回数が所定回数に達するまでの時間を短縮することができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例に係る触媒劣化診断方法について説明する。第２実施例に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ３によって実行される。また、第２実施例に係る触媒劣化診断方法は、基本的には、前述した第１実施例に係る触媒劣化診断方法に基づいて実行される。

前述の第１実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、基本的には、周期異常フラグがオフである場合に算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが破棄されることはない。しかしながら、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxが比較的小さい値に設定されていた場合（例えばバッテリクリア後に触媒２の劣化診断を行う場合）には、得られた酸素吸蔵量ＯＳＡが小さくても周期異常フラグがオンとならないため、求められた酸素吸蔵能力Ｃmaxは破棄されずに採用されてしまう。このような場合に得られた酸素吸蔵能力Ｃmaxは、正確に触媒２の能力を示すものではない可能性があるため、これに基づいて触媒２の劣化診断を行うのは好ましくない。

したがって、第２実施例に係る触媒劣化診断方法では、周期異常フラグがオフであるときに算出された、触媒２の劣化診断に用いるべきでない酸素吸蔵能力Ｃmaxを、周期異常フラグがオンに切り替わった際に破棄する。具体的には、ＥＣＵ３は、周期異常フラグがオフであるときに算出された、上記の過小判定値未満である酸素吸蔵能力Ｃmaxを、周期異常フラグがオフからオンに切り替わった際に破棄する。なお、周期異常フラグがオフからオンに切り替わった際に酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する理由は、周期異常フラグがオフであるときに、過小判定値未満である酸素吸蔵能力Ｃmaxが算出されるような小さな酸素吸蔵量ＯＳＡが得られていても、この後に正確な酸素吸蔵量ＯＳＡが得られたときには、当該酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以上となるので、周期異常フラグがオフからオンに切り替わるためである。

ここで、第２実施例に係る触媒劣化診断方法について、図６を用いて具体的に説明する。図６（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図６（ｂ）は周期異常フラグのオン／オフを示し、図６（ｃ）は有効Ｃmaxカウンタを示しており、それぞれ横軸は時間を示している。

図６（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７は符号２８ａ〜２８ｈで示すような出力を発生している。この場合、符号２８ａ、２８ｂ、２８ｃで示すＡ／Ｆセンサ７の出力から求められる酸素吸蔵量ＯＳＡは比較的小さい値であるにも拘らず、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxが小さいために、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオフからオンに切り替えない（時刻ｔ４ａ、ｔ４ｂ）。したがって、ＥＣＵ３は、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であっても、酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。

しかし、時刻ｔ４ｃでは、符号２８ｄで示すＡ／Ｆセンサ７の出力から求められる酸素吸蔵量ＯＳＡが最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを超え、酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオフからオンに切り替える。この際に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ４ｃ以前（即ち、周期異常フラグがオフであるとき）において採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxを、このまま触媒２の劣化診断に用いても良いか否かを判定する。この場合には、時刻ｔ４ａ、ｔ４ｂで得られた酸素吸蔵能力Ｃmaxは過小判定値未満であるため、ＥＣＵ３は、これらの２回分の酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄し、有効Ｃmaxカウンタを「０」にする。同時に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ４ｃで算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値以上であるため、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。よって、図６（ｃ）に示すように、有効Ｃmaxカウンタは、「０」から「１」にカウントアップされる（時刻ｔ４ｃ）。

そして、ＥＣＵ３は、時刻ｔ４ｄ、ｔ４ｇにおいて算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値以上となるため、これらの酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。更に、時刻ｔ４ｇにおいて、有効Ｃmaxカウンタが所定回数（３回）に達するため、ＥＣＵ３は、触媒２の劣化診断を行う。具体的には、ＥＣＵ３は、時刻ｔ４ｃ、ｔ４ｅ、ｔ４ｇにおいて採用された酸素吸蔵能力Ｃmaxに基づいて触媒２の劣化診断を行う。

以上のように、第２実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、周期異常フラグがオフであるときに得られた過小判定値未満の酸素吸蔵能力Ｃmaxを、周期異常フラグがオンに切り替わったときに破棄するため、触媒２の劣化診断を正確に行うことができる。

（第３実施例）
次に、第３実施例に係る触媒劣化診断方法について説明する。第３実施例に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ３によって実行される。また、第３実施例に係る触媒劣化診断方法も、基本的には、前述した第１実施例及び第２実施例に係る触媒劣化診断方法に基づいて行われる。

上記の第１実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、周期異常フラグがオンである場合には、得られた酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であれば、この酸素吸蔵能力Ｃmaxは破棄される。しかしながら、得られた酸素吸蔵能力Ｃmaxが連続して過小判定値未満である場合には、酸素吸蔵能力Ｃmaxが破棄され続けるため、所定回数分の酸素吸蔵能力Ｃmaxを得るまでに時間がかかってしまう。特に、例えば前回のトリップで正常であると診断された後、触媒２が異常劣化（例えば、溶損）した場合には、酸素吸蔵能力Ｃmaxが連続して破棄される可能性が高い。そのため、酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄し続けてしまうと、劣化している触媒２に対して、劣化しているとの判定を下すのに時間がかかってしまう場合がある。

そこで、第３実施例では、酸素吸蔵能力Ｃmaxが破棄され続けた場合には、触媒２の劣化診断が促進されるような触媒劣化診断方法を行う。詳しくは、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵能力Ｃmaxを連続して破棄した回数が所定回数に達した際に、周期異常フラグをオフにすると共に、その他の変数をリセット（クリア）する。これにより、触媒２に対して劣化診断を行う機会が増加するため、劣化している触媒２を検出する頻度が高くなる。

ここで、第３実施例に係る触媒劣化診断方法について、図７を用いて具体的に説明する。図７（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図７（ｂ）は周期異常フラグのオン／オフを示し、図７（ｃ）は有効Ｃmaxカウンタを示しており、それぞれ横軸は時間を示している。

図７（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７は符号３０ａ〜３０ｇで示すような出力を発生している。この場合、ＥＣＵ３は、時刻ｔ５ａにおいて、符号３０ａで示すＡ／Ｆセンサ７の出力から算出された酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以上となるため、周期異常フラグをオフからオンに切り替える。更に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ５ａにおいて算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であるため、当該酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。

そして、ＥＣＵ３は、時刻ｔ５ｂ〜ｔ５ｇにおいても同様に、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄する。これにより、時刻ｔ５ｇにおいて、連続して酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄した回数が所定回数（この場合、「７回」）に達するため、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオンからオフに切り替える。更に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ５ｇにおいて、記憶している最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxをリセットして、現在のトリップにおいて得られた最大の酸素吸蔵量ＯＳＡによって更新する。その他にも、ＥＣＵ３は、有効Ｃmaxカウンタなどもリセットする（「０回」とする）。

このように、第３実施例に係る触媒劣化診断方法では、酸素吸蔵能力Ｃmaxを連続して破棄し続けた場合には、周期異常フラグをオンからオフに切り替える。これにより、算出された酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であっても、当該酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用することが可能となる。以上により、第３実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、前述のように急激に劣化した触媒２も即座に検出することが可能となる。

なお、上記では、酸素吸蔵能力Ｃmaxを連続して破棄した回数に基づいて行う触媒劣化診断方法について示したが、連続して破棄した回数の代わりに、周期異常フラグがオンであるときに酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄した回数の積算値に基づいて触媒劣化診断を行ってもよい。この場合も、酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄した回数の積算値が所定回数に達したら、周期異常フラグなどをリセットする。

（第４実施例）
次に、第４実施例に係る触媒劣化診断方法について説明する。第４実施例に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ３によって実行される。また、第４実施例に係る触媒劣化診断方法も、基本的には、前述した第１実施例乃至第３実施例に係る触媒劣化診断方法に基づいて行われる。

第４実施例に係る触媒劣化診断方法は、主に、バッテリクリア後に行われる。バッテリクリア直後には、ＥＣＵ３は最大酸素吸蔵量ＯＳＡｍaxを記憶していないため、ＥＣＵ３は、以下のような処理を行う。

第４実施例に係る触媒劣化診断方法について、図８を用いて具体的に説明する。図８（ａ）はＡ／Ｆセンサ７の出力を示し、図８（ｂ）は周期異常フラグのオン／オフを示し、図８（ｃ）は有効Ｃmaxカウンタを示しており、それぞれ横軸は時間を示している。

図８（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ７は符号３２ａ〜３２ｇで示すような出力を発生している。この場 合、時刻ｔ６ａにおいて、触媒２の劣化診断のための空燃比制御が開始されている。したがって、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｂでは、符号３２ａで示す出力から酸素吸蔵量ＯＳＡを算出しない。更に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｂでは、酸素吸蔵能力Ｃmaxも算出しない。

時刻ｔ６ｃでは、ＥＣＵ３は、符号３２ｂで示す出力から酸素吸蔵量ＯＳＡを算出する。本例では、空燃比制御はバッテリクリア後に行われているため、ＥＣＵ３は、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを未だ記憶していないので、時刻ｔ６ｃにおいて算出された酸素吸蔵量ＯＳＡを最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとして記憶する。よって、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｃでは、最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxと、得られた酸素吸蔵量ＯＳＡとを比較する処理、即ち酸素センサ８の周期異常の判定処理を行わない。更に、時刻ｔ６ｃでは、時刻ｔ６ｂにおいて酸素吸蔵量ＯＳＡが求められていないため、ＥＣＵ３は、酸素吸蔵能力Ｃmaxを算出しない。

時刻ｔ６ｄ、ｔ６ｅにおいて算出される酸素吸蔵量ＯＳＡは小さいが、時刻ｔ６ｃにおいて算出された最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxが小さいために、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオフからオンに切り替えない。よって、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｄ、ｔ６ｅでは、算出した酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。

時刻ｔ６ｆでは、その時点で記憶している最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxを超える酸素吸蔵量ＯＳＡが算出され、酸素吸蔵量ＯＳＡと最大酸素吸蔵量ＯＳＡmaxとの差分が周期異常判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、周期異常フラグをオフからオンに切り替える。これと同時に、時刻ｔ６ｄ、ｔ６ｅで得られた酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値未満であるため、ＥＣＵ３は、これらの２回分の酸素吸蔵能力Ｃmaxを破棄し、有効Ｃmaxカウンタを「０」にする。同時に、時刻ｔ６ｆにおいて、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｆで算出した酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値以上となるため、この酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。よって、有効Ｃmaxカウンタは、「０」から「１」にカウントアップされる。

そして、時刻ｔ６ｇ、ｔ６ｈにおいて算出した酸素吸蔵能力Ｃmaxが過小判定値以上となるため、ＥＣＵ３は、これらの酸素吸蔵能力Ｃmaxを採用する。更に、ＥＣＵ３は、時刻ｔ６ｈにおいて有効Ｃmaxカウンタが所定回数（３回）に達するため、触媒２の劣化診断を実行する。

以上のように、第４実施例に係る触媒劣化診断方法によれば、バッテリクリア後においても、触媒２の劣化診断に用いるべき酸素吸蔵能力Ｃmaxを適切に採用することによって、触媒２の劣化診断を正確に行うことができる。

本発明に係る触媒劣化診断装置が搭載された車両の概略構成を示すブロック図である。 触媒の劣化診断のために行われる空燃比制御を説明するための図である。 酸素センサが周期異常を発生する場合について説明するための図である。 酸素センサの周期異常を判定する方法について説明するための図である。 本発明の触媒劣化診断方法の第１実施例について説明するための図である。 本発明の触媒劣化診断方法の第２実施例について説明するための図である。 本発明の触媒劣化診断方法の第３実施例について説明するための図である。 本発明の触媒劣化診断方法の第４実施例について説明するための図である。

符号の説明

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

Claims (9)

1. 内燃機関に供給する燃料と空気の空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御を実行することによって、排気通路中に設けられた触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断装置であって、
   前記触媒の上流側における前記排気通路中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記触媒の下流側における前記排気通路中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に対応する値を出力する酸素濃度検出手段と、
   検出された前記空燃比及び前記酸素濃度に基づいて、前記触媒から前記排気通路中に放出された酸素量、及び前記触媒に吸蔵された酸素量を算出する酸素量算出手段と、
   前記算出された酸素量と、現在までに算出された最大の酸素量との差分が第１の所定値以上である場合に、前記酸素濃度検出手段の出力周期が異常であると判定し、周期異常フラグをオンに設定する周期異常判定手段と、
   前記酸素量を用いて前記触媒の酸素吸蔵能力を算出し、前記周期異常フラグがオンであるか否かと、前記酸素吸蔵能力とに基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と、を備えることを特徴とする触媒劣化診断装置。
2. 前記第１の所定値は、少なくとも、劣化している触媒から算出され得る値よりも大きい値であることを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。
3. 前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンであり、且つ、前記酸素吸蔵能力が第２の所定値未満である場合には、当該酸素吸蔵能力を前記触媒の劣化診断には用いないことを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化診断装置。
4. 前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンであり、且つ、前記酸素吸蔵能力が前記第２の所定値未満であっても、当該酸素吸蔵能力が、劣化している触媒から算出され得る値以上である場合には、当該酸素吸蔵能力を前記触媒の劣化診断に用いることを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化診断装置。
5. 前記触媒劣化診断手段は、前記周期異常フラグがオンとなる以前に算出された前記酸素吸蔵能力が前記第２の所定値未満であった場合、前記周期異常フラグがオンとなった後に、当該酸素吸蔵能力を破棄することを特徴とする請求項３又は４に記載の触媒劣化診断装置。
6. 前記周期異常判定手段は、前記周期異常フラグがオンであるときに、前記酸素吸蔵能力を用いなかった回数の積算値が所定回数に達した際に、前記周期異常フラグをオンからオフに切り替え、前記現在までに算出された最大の酸素量をクリアすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。
7. 前記周期異常判定手段は、現在算出された前記酸素量が前記最大の酸素量を超えた場合、当該酸素量を前記最大の酸素量として用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。
8. 前記周期異常判定手段は、前記最大の酸素量が決定されるまで、前記判定を実行しないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。
9. 前記周期異常判定手段は、前記空燃比制御の実行の開始直後に得られた前記酸素量を、前記判定に用いないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の触媒劣化診断装置。

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