JP4756382B2 - 排気浄化システムの劣化判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの劣化判定装置に関する発明である。
近年の自動車の排気浄化システムでは、排気浄化用の触媒の排出ガス浄化率を高めることを目的として、特許文献１（特開２００１−３０４０１８号公報）に示すように、排気浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、上流側センサの出力に基づいて触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正する“メインフィードバック制御”を行うと共に、下流側センサの出力に基づいて燃料噴射量又はメインフィードバック制御の目標空燃比を補正したり、或は、メインフィードバック制御のフィードバック補正量を修正する“サブフィードバック制御”を行うようにしたものがある。
更に、触媒の劣化によるエミッション増加の問題を回避するために、例えば、特許文献２（特開２００６−２９１７７３号公報）に示すように、触媒に流入する排出ガスの空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に振動させるように燃料噴射量をリッチ側とリーン側とに交互に変化させて、下流側センサの出力の挙動から触媒の劣化判定を行うようにしたものがある。
このシステムでは、サブフィードバック制御を実行しながら触媒の劣化判定を行うと、クローズループ系での劣化判定となり、正確な劣化判定パラメータ（例えば無駄時間や相関係数や酸素吸蔵量など）を算出することが困難であるため、触媒劣化判定期間中にサブフィードバック制御を停止したり、或は、触媒の劣化判定に及ぼす影響を変更するためにサブフィードバック制御の制御定数を変更して触媒の劣化判定を行うようにしたものがある（特許文献３参照）。
特開２００１−３０４０１８号公報 特開２００６−２９１７７３号公報 特開２００１−１３２４３４号公報
しかし、上記従来の触媒劣化判定方法では、触媒劣化判定期間中にサブフィードバック制御を停止したり、或は、影響が出ないようにサブフィードバック制御の制御定数を変更する必要があり、そのため、触媒劣化判定期間中のエミッションが大きく悪化するという欠点があった。また、これにより正確な触媒劣化度合を求めたとしても、その劣化度合は触媒単体のものであるため、触媒とその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定できない。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御を通常通り行うシステムにおいて、劣化判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定できる排気浄化システムの劣化判定装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１，２に係る発明は、内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの劣化判定装置において、上流側センサの出力に基づいて前記触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段と、下流側センサの出力に基づいて燃料噴射量もしくは前記メインフィードバック制御を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して前記下流側センサの出力の挙動に基づいて前記触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するシステム劣化判定手段とを備えた構成とし、更に、請求項１では、前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することを特徴とし、請求項２では、前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定することを特徴とするものである。この構成では、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して下流側センサの出力の挙動に基づいて触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するようにしたので、劣化判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定することができる。
更に、請求項１，５に係る発明では、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力するようにしているため、例えば、ＮＯｘが出やすい触媒（劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＮＯｘ排出量が増加するリーン方向に燃料外乱を入力する。反対に、ＨＣが出やすい触媒（劣化時にＨＣ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＨＣ排出量が増加するリッチ方向に燃料外乱を入力する。但し、触媒の浄化ウインドウが狭い場合は、リッチ方向・リーン方向双方に燃料外乱を入力しても良い。燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力すれば、精度良く劣化を検出できると共に、劣化判定閾値に対する余裕度（許容誤差）をより小さく設定することができる。
また、請求項２，４に係る発明では、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定するようにしているため、例えば、劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒であれば、ＮＯｘ浄化特性を考慮してＮＯｘの発生量がほぼ最大となる空燃比を目標空燃比に設定し、その目標空燃比で最大酸素吸蔵量相当を実現する時間にて燃料外乱を入力する。このようにすれば、最大酸素吸蔵量を考慮するだけではなく、エミッションの発生レベルがより厳しい条件を用いて、劣化判定を行なうことが可能となり、エミッションの最悪条件を考慮した劣化判定が可能となる。
この場合、請求項３のように、劣化判定期間中に触媒に流入する排出ガス（以下「入りガス」という）のリッチ／リーン成分の濃度が所定濃度となるように燃料外乱の量を設定するようにすると良い。ここで、入りガスのリーン成分は、Ｏ2 、ＮＯｘ等であり、リッチ成分は、ＨＣ、ＣＯ等である。入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が変化すると、下流側センサの出力の挙動も変化して、劣化判定が困難になるため、劣化判定期間中は、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度を一定に維持する必要がある。また、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が劣化判定に必要最小限の所定濃度となるように燃料外乱の量を設定すれば、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。
また、請求項４のように、燃料外乱の量を劣化触媒の最大酸素吸蔵量に応じて設定するようにすると良い。このようにすれば、燃料外乱の量が必要以上に大きくなることを防止でき、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。
また、請求項７のように、下流側センサの出力波形の特徴値を抽出して当該特徴値に基づいて排気浄化システムの劣化判定を行うようにすれば良い。ここで、下流側センサの出力波形の特徴値としては、例えば、応答時間、収束時間、ピーク値、積算値、面積、軌跡長等が挙げられる。特徴値は、１つでも複数でも良い。下流側センサの出力波形の特徴値を使用することで、下流側センサの出力に重畳するノイズや他の外乱の影響を受けることなく、精度の良い劣化判定が可能となる。
この場合、請求項８のように、下流側センサの出力波形の特徴値を予め設定された劣化判定閾値と比較して排気浄化システムの劣化判定を行うようにすれば良い。ここで、劣化判定閾値は、内燃機関の運転条件毎に設定しても良い。また、劣化判定閾値に対する余裕分（許容誤差）はノイズの影響やセンサ出力のばらつき等を考慮して設定すれば良い。予め、適合工程で、劣化判定閾値相当の触媒で劣化判定閾値を検出して、それを劣化判定閾値としてＲＯＭ等に記憶させておくことで、簡単で精度の良い劣化判定閾値を持たせることができる。
また、請求項９のように、システム劣化判定手段により排気浄化システムの劣化が検出されたときにそれを警告する警告手段を設けると良い。これにより、排気浄化システムの劣化が検出された時点で、直ちに点検整備の必要性を運転者に知らせることができ、運転者が排気浄化システムの劣化を知らずに運転を続ける事態を避けることができる。
また、請求項１０のように、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の実行中に所定の燃料外乱入力条件が成立したときにセット（ＯＮ）される燃料外乱入力フラグを持ち、この燃料外乱入力フラグのセットにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力するように構成しても良い。このようにすれば、燃料外乱入力フラグのセットにより、常に狙ったタイミングで同量の燃料外乱を極めて簡単に入力することができる。
また、請求項１１のように、劣化判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償するようにすると良い。ここで、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータとしては、例えば、スロットル開度、点火時期、噴射回数、可変バルブタイミング等が挙げられる。このように、劣化判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動（トルクダウンやトルクアップ）を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償するようにすれば、劣化判定期間中に運転者にドライバビリティの悪化を感じさせずに排気浄化システムの劣化判定を行うことができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側と下流側には、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ２３，２４が設置されている。本実施例では、上流側センサ２３は、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、下流側センサ２４は、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２６が取り付けられている。
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された空燃比フィードバック制御プログラム（図示せず）を実行することで、上流側空燃比センサ２３の出力に基づいて触媒２２上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段として機能すると共に、触媒２２下流側の空燃比を制御目標値（例えば理論空燃比付近）に一致させるように、下流側酸素センサ２４の出力に基づいて燃料噴射量を補正したり、触媒２２上流側の目標空燃比を補正したり、或は、メインフィードバック制御のフィードバック補正量を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段として機能する。
更に、ＥＣＵ２７は、後述する図２乃至図４のシステム劣化判定用の各ルーチンを実行することで、メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御の実行中に所定の劣化判定実行条件が成立している期間に、所定の燃料外乱を入力して下流側酸素センサ２４の出力を計測し、その出力の挙動に基づいて触媒２２及びその上流側と下流側のセンサ２３，２４を含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するシステム劣化判定手段として機能する。以下、図２乃至図４のシステム劣化判定用の各ルーチンの処理内容を説明する。
図２の劣化判定実行条件成立判断ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で起動され、次のようにして劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン運転状態が安定しているか否かを判定する。エンジン運転状態が安定していないと、上流側空燃比センサ２３と下流側酸素センサ２４の出力が安定せず、しかも、劣化判定期間中に入力される燃料外乱以外の外乱の影響を受けやすくなるため、劣化判定の精度を確保できない。従って、エンジン運転状態が安定していることを劣化判定実行条件の１つとする。
上記ステップ１０１で、エンジン運転状態が安定していないと判定されれば、劣化判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０１で、エンジン運転状態が安定していると判定されれば、ステップ１０２に進み、メインフィードバック制御の実行中で上流側空燃比センサ２３の出力（触媒２２に流入する排出ガスの実空燃比）が目標空燃比である理論空燃比近傍であるか否かを判定する。メインフィードバック制御が安定して実行されていれば、触媒２２に流入する排出ガスの空燃比が理論空燃比近傍で安定するため、正常な状態と劣化の状態とを区別しやすくなり、しかも、通常の運転で一番良く使用する空燃比制御領域で劣化判定を行うことができる。
上記ステップ１０２で、上流側空燃比センサ２３の出力が理論空燃比近傍でないと判定されれば、劣化判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０２で、上流側空燃比センサ２３の出力が理論空燃比近傍であると判定されれば、ステップ１０３に進み、サブフィードバック制御の実行中で下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近（理論空燃比付近）であるか否かを判定する。メインフィードバック制御とサブフィードバック制御の実行中に劣化判定を行うことで、排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定できると共に、通常の運転で一番良く使用する空燃比制御領域で劣化判定を行うことができる。
上記ステップ１０３で、下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近でないと判定されれば、劣化判定実行条件が成立していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。これに対して、上記ステップ１０３で、下流側酸素センサ２４の出力が目標値付近であると判定されれば、ステップ１０４に進み、図３のシステム劣化判定処理ルーチンを次のようにして実行する。
図３のシステム劣化判定処理ルーチンでは、まずステップ２０１で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を開始し、次のステップ２０２で、計測開始から所定時間Ｔ1 が経過するまで待機する。ここで、所定時間Ｔ1 は、触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な時間に設定されている。
その後、計測開始から所定時間Ｔ1 が経過した時点で、ステップ２０３に進み、サブフィードバック制御の学習を停止する。この際、サブフィードバック制御とメインフィードバック制御の両方の学習を停止するようにしても良い。劣化判定期間中は、燃料外乱の入力により下流側酸素センサ２４の出力波形が変動するため、サブフィードバック制御の学習が誤学習してしまう可能性がある。同様に、劣化判定期間中は、燃料外乱の入力により触媒２２に流入する排出ガスの実空燃比が乱れるため、メインフィードバック制御の学習が誤学習してしまう可能性がある。尚、燃料外乱入力終了後も劣化判定期間が終了するまで学習を停止するようにしても良いが、燃料外乱の入力期間中のみ学習を停止するようにしても良い。
そして、次のステップ２０４で、燃料外乱を入力する。この燃料外乱の入力方法は、メインフィードバック制御の目標空燃比に燃料外乱分を加算（減算）又は乗算（除算）したり、最終燃料噴射量に燃料外乱分を加算（減算）又は乗算（除算）するようにしても良い。
この際、燃料外乱は、次のような方法で設定する。
劣化判定期間中に触媒２２に流入する排出ガス（以下「入りガス」という）のリッチ／リーン成分の濃度が所定濃度となるように燃料外乱の量を設定する。ここで、入りガスのリーン成分は、Ｏ2 、ＮＯｘ等であり、リッチ成分は、ＨＣ、ＣＯ等である。入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が変化すると、下流側センサの出力の挙動も変化して、劣化判定が困難になるため、劣化判定期間中は、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度を一定に維持する必要がある。また、入りガスのリッチ／リーン成分の濃度が劣化判定に必要最小限の所定濃度となるように燃料外乱の量を設定すれば、必要以上のエミッションの悪化を防止できる。
例えば、図５に示す定常ＮＯｘ排出特性の触媒２２を使用している場合は、燃料外乱の入力により、入りガスのＮＯｘ濃度が所定濃度（例えば２５００ｐｐｍ）となるようにするために、目標空燃比をＮＯｘ濃度が２５００ｐｐｍとなる空燃比（例えば１５．２）に設定する。
この際、図６及び図７に示すように、燃料外乱の量と入力時間を劣化触媒の最大酸素吸蔵量に応じて設定する。劣化触媒の最大酸素吸蔵量は、触媒の劣化の有無を判定する劣化判定閾値となり、予め、劣化触媒の最大酸素吸蔵量を計測しておき、その最大酸素吸蔵量に応じて燃料外乱の量と入力時間を設定する。ここで、最大酸素吸蔵量に応じて設定する燃料外乱の量は、例えば、最大酸素吸蔵量、又は、最大酸素吸蔵量×α（αは係数）、又は、最大酸素吸蔵量＋αのいずれかを用いれば良い。燃料外乱は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御で補正される分を考慮して設定される。
更に、触媒２２の特性を考慮して、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力する。ここで、触媒２２の特性は、図８の浄化特性と図９の空燃比発生頻度やモードエミッションに対する感度等に基づいて判断し、この触媒２２の特性により燃料外乱の入力方向を決定する。例えば、ＮＯｘが出やすい触媒（劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＮＯｘ排出量が増加するリーン方向に燃料外乱を入力する。反対に、ＨＣが出やすい触媒（劣化時にＨＣ浄化率の悪化が顕著な触媒）であれば、ＨＣ排出量が増加するリッチ方向に燃料外乱を入力する。但し、触媒２２の浄化ウインドウが狭い場合は、リッチ方向・リーン方向双方に燃料外乱を入力しても良い。燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力すれば、精度良く劣化を検出できると共に、劣化判定閾値に対する余裕度（許容誤差）をより小さく設定することができる。
また、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する。例えば、劣化時にＮＯｘ浄化率の悪化が顕著な触媒であれば、図５の定常ＮＯｘ排出特性を考慮してＮＯｘの発生量がほぼ最大となる空燃比を目標空燃比に設定し、その目標空燃比で最大酸素吸蔵量相当を実現する時間にて燃料外乱を入力する。
例えば、図１０に示すように、目標空燃比を１６．０６に設定する場合と、１５．２に設定する場合のいずれでも、入力時間を変えれば発生酸素量を同一に設定できるが、図５に示す定常ＮＯｘ排出特性から明らかなように、目標空燃比を１６．０６に設定すると、ＮＯｘの排出量が減少してしまう。これに対して、目標空燃比を１５．２に設定すると、ＮＯｘの排出量がほぼ最大となる。この点を考慮して、特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する。このようにすれば、最大酸素吸蔵量を考慮するだけではなく、エミッションの発生レベルがより厳しい条件を用いて、劣化判定を行なうことが可能となり、エミッションの最悪条件を考慮した劣化判定が可能となる。
燃料外乱の入力後、ステップ２０５に進み、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過するまで待機する。そして、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過した時点で、ステップ２０６に進み、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了した後、ステップ２０７に進み、前記ステップ２０３で停止した学習を再開する。
この後、ステップ２０８に進み、計測した下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出する。ここで、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値としては、例えば、図１１に示すように、応答時間Ａ、収束時間Ｂ、アンダーシュート量Ｃ、オーバーシュート量Ｄ、面積（センサ出力と目標電圧との偏差の積算値）、軌跡長、指定区間内の存在割合（目標電圧±所定値以内となるデータ数／母数）、ばらつき（標準偏差）、減衰係数Ｅ等が挙げられる。特徴値は、１つでも複数でも良い。下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を使用することで、下流側酸素センサ２４の出力に重畳するノイズや他の外乱の影響を受けることなく、精度の良い劣化判定が可能となる。
下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出した後、ステップ２０９に進み、図４のシステム劣化判定実行ルーチンを次のようにして実行する。
図４のシステム劣化判定実行ルーチンでは、まずステップ３０１で、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値が算出されたか否かを判定し、特徴値が算出されていなければ、以降の処理を行うことなく本ルーチンを終了する。
上記ステップ３０１で、特徴値が算出されたと判定されれば、ステップ３０２に進み、現在のエンジン運転条件に応じた劣化判定閾値をマップ等により算出する。エンジン運転条件に応じて排出ガスの流量が変化するため、劣化判定閾値もエンジン運転条件に応じて変化させる。尚、演算処理の簡略化のために、エンジン運転条件とは関係なく劣化判定閾値を一定値としても良い。
この後、ステップ３０３に進み、劣化判定閾値に対する許容誤差を現在のエンジン運転条件に応じてマップ等により算出する。許容誤差の要因となるデータのばらつきやノイズ等はエンジン運転条件に応じて変化するため、許容誤差もエンジン運転条件に応じて変化させる。尚、演算処理の簡略化のために、エンジン運転条件とは関係なく許容誤差を一定値としても良い。
この後、ステップ３０４に進み、劣化判定閾値と特徴値との偏差の絶対値が許容誤差よりも小さいか否かを判定し、劣化判定閾値と特徴値との偏差の絶対値が許容誤差よりも小さければ、ステップ３０５に進み、排気浄化システムが正常と判定する。
これに対して、上記ステップ３０４で、劣化判定閾値と特徴値との偏差の絶対値が許容誤差以上と判定されれば、ステップ３０６に進み、排気浄化システムが劣化していると判定して、ステップ３０７に進み、劣化情報をバックアップＲＡＭ等に記憶すると共に、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプを点灯したり、インストルメントパネルに設けられた警告表示部に劣化情報を表示して運転者に警告する。このステップ３０７の処理が特許請求の範囲でいう警告手段として機能する。
以上説明した本実施例１のシステム劣化判定処理の一例を図１２のタイムチャートを用いて説明する。エンジン運転状態が安定して劣化判定実行条件が成立した時点ｔ1 で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を開始する。そして、計測開始から触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な所定時間Ｔ1 が経過した時点ｔ2 で、サブフィードバック制御の学習を停止し（又はサブフィードバック制御とメインフィードバック制御の両方の学習を停止し）、燃料外乱を入力する。
その後、燃料外乱の入力から所定時間Ｔ2 が経過した時点ｔ3 で、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了する。このシステム劣化判定期間（ｔ1 〜ｔ3 ）も、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御を継続する。そして、下流側酸素センサ２４の出力の計測を終了した時点ｔ3 で、下流側酸素センサ２４の出力波形の特徴値を抽出し、劣化判定閾値と特徴値との偏差の絶対値を許容誤差と比較して排気浄化システムの劣化の有無を判定すると共に、システム劣化判定期間（ｔ1 〜ｔ3 ）中に停止した学習を再開する。
以上説明した本実施例１では、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して下流側酸素センサ２４の出力を計測し、その出力波形の特徴値に基づいて触媒２２及びその上流側と下流側のセンサ２３，２４を含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するようにしたので、劣化判定期間中にエミッションを大きく悪化させずに排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定することができる。
図１３に示す本発明の実施例２では、ＥＣＵ２７は、劣化判定期間中に燃料外乱を所定の入力パターンで入力する処理を実行するための燃料外乱入力フラグを持ち、エンジン運転状態が安定して劣化判定実行条件が成立した時点ｔ1 から触媒２２内部の状態を安定させるのに必要な所定時間Ｔ1 が経過した時点ｔ2 で、燃料外乱入力条件が成立して燃料外乱入力フラグをＯＮ（セット）し、この燃料外乱入力フラグのＯＮにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力する。その他の事項は、前記実施例１と同じである。
以上説明した本実施例２では、燃料外乱入力フラグのＯＮにより、常に狙ったタイミングで同量の燃料外乱を極めて簡単に入力することができる利点がある。
図１４に示す本発明の実施例３では、劣化判定期間中に燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動（トルクダウンやトルクアップ）を、エミッションに影響を与えないエンジン制御パラメータの変更により補償するようにしている。ここで、エミッションに影響を与えないエンジン制御パラメータとしては、例えば、スロットル開度、点火時期、噴射回数、可変バルブタイミング等が挙げられる。図１４の例では、燃料外乱の入力パターンに合わせて点火時期を補正することで、燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動を抑制するようにしている。その他の事項は前記実施例１又は実施例２と同じである。
以上説明した本実施例３のように、劣化判定期間中に燃料外乱の入力によって発生するエンジントルクの変動を、エミッションに影響を与えない点火時期等のエンジン制御パラメータの変更により補償するようにすれば、劣化判定期間中に運転者にドライバビリティの悪化を感じさせずに排気浄化システムの劣化判定を行うことができる。
尚、図１のシステム構成例では、上流側センサ２３に空燃比センサを用い、下流側センサ２４に酸素センサを用いたが、下流側センサ２４にも空燃比センサを用いても良く、勿論、上流側センサ２３と下流側センサ２４の両方に酸素センサを用いても良い。
本発明の実施例１を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の劣化判定実行条件成立判断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のシステム劣化判定処理ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のシステム劣化判定実行ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 触媒の定常ＮＯｘ排出特性の一例を示す図である。 最大酸素吸蔵量と燃料外乱の量との関係の一例を示す図である。 最大酸素吸蔵量と燃料外乱の入力時間との関係の一例を示す図である。 触媒の浄化特性の一例を示す図である。 空燃比発生頻度の一例を示す図である。 特定ガス成分（例えばＮＯｘ）の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定する方法を説明する図である。 下流側酸素センサの出力波形の特徴値を抽出する方法を説明する図である。 実施例１の劣化判定処理を説明するタイムチャートである。 実施例２の劣化判定処理を説明するタイムチャートである。 実施例３の劣化判定処理を説明するタイムチャートである。
符号の説明
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…触媒、２３…上流側センサ、２４…下流側センサ、２７…ＥＣＵ（メインフィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，システム劣化判定手段）

Claims (11)

  1. 内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの劣化判定装置において、
    上流側センサの出力に基づいて前記触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段と、
    下流側センサの出力に基づいて燃料噴射量もしくは前記メインフィードバック制御を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
    前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して前記下流側センサの出力の挙動に基づいて前記触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するシステム劣化判定手段と
    を備え、
    前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することを特徴とする排気浄化システムの劣化判定装置。
  2. 内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した排気浄化システムの劣化判定装置において、
    上流側センサの出力に基づいて前記触媒の上流側の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うメインフィードバック制御手段と、
    下流側センサの出力に基づいて燃料噴射量もしくは前記メインフィードバック制御を修正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
    前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行した状態で燃料外乱を入力して前記下流側センサの出力の挙動に基づいて前記触媒及びその上流側と下流側のセンサを含む排気浄化システム全体としての浄化能力の劣化の有無を判定するシステム劣化判定手段と
    を備え、
    前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定することを特徴とする排気浄化システムの劣化判定装置。
  3. 前記システム劣化判定手段は、劣化判定期間中に前記触媒に流入する排出ガスのリッチ／リーン成分の濃度が所定濃度となるように燃料外乱の量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  4. 前記システム劣化判定手段は、燃料外乱の量を、劣化を判定すべき触媒の最大酸素吸蔵量に応じて設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  5. 前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を排出ガス規制に対して余裕の小さい方向に入力することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  6. 前記システム劣化判定手段は、燃料外乱を入力する際に特定ガス成分の排出量がほぼ最大となるように目標空燃比と燃料外乱の入力時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  7. 前記システム劣化判定手段は、前記下流側センサの出力波形の特徴値を抽出して当該特徴値に基づいて前記排気浄化システムの劣化判定を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  8. 前記システム劣化判定手段は、前記下流側センサの出力波形の特徴値を予め設定された劣化判定閾値と比較して前記排気浄化システムの劣化判定を行うことを特徴とする請求項７に記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  9. 前記システム劣化判定手段により前記排気浄化システムの劣化が検出されたときにそれを警告する警告手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  10. 前記システム劣化判定手段は、前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御の実行中に所定の燃料外乱入力条件が成立したときにセットされる燃料外乱入力フラグを持ち、この燃料外乱入力フラグのセットにより燃料外乱を所定の入力パターンで入力することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
  11. 前記システム劣化判定手段は、劣化判定期間中に燃料外乱の入力によって発生する内燃機関の出力変動を、エミッションに影響を与えない内燃機関制御パラメータの変更により補償することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の排気浄化システムの劣化判定装置。
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