JP5206774B2 - 触媒劣化の診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸素吸蔵容量の低下から触媒の劣化を診断する装置に関する。

車載等の内燃機関の排気通路に設置される触媒には、酸素吸蔵能を有したものがある。こうした触媒は、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなると、排気中の過剰酸素を吸着保持し、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチとなると、吸着保持した酸素を放出する特性を有している。こうした触媒では、運転状況に応じて実際の空燃比が理論空燃比から多少ぶれたとしても、触媒の酸素吸蔵／放出作用により、空燃比のずれを吸収して排気浄化効率を維持することが可能である。

こうした触媒の劣化は、その酸素吸蔵容量、すなわち最大限吸蔵可能な酸素の量の低下から診断することができる。触媒の酸素吸蔵容量は、Ｃｍａｘ法により測定することができる。Ｃｍａｘ法は、触媒に流入する排気の空燃比をリッチ側及びリーン側に強制的に切り換えるアクティブ空燃比制御を行い、リッチ側制御時の酸素放出量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬ及びリーン制御時の酸素吸蔵量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥの２つの積算値の平均値として触媒酸素吸蔵容量の指数であるＣｍａｘを求めることで行われる。

そして従来、このような触媒劣化の診断を行う装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献１に記載の装置では、排気再循環（ＥＧＲ）の非実施時に気筒間の空燃比差の是正を行った上で、ＥＧＲの導入を再開し、その状態で気筒間の空燃比差の是正を行うようにしている。そしてＥＧＲ再開後の気筒間の空燃比差の是正を行った状態で触媒の劣化診断を行うことで、ＥＧＲ実施下での適正な触媒劣化の診断を可能としている。

特開２０１０−１０１２１１号公報

このように、上記文献１に記載の装置では、ＥＧＲ実施時に触媒の劣化診断を行うようにしている。しかしながら、内燃機関の運転中には、ＥＧＲが導入されているときもあれば、ＥＧＲが導入されていないときもある。特に、寒冷地においては、運転期間の多くを半暖機状態で過ごすことがある。一方、ＥＧＲは一般に、暖機完了を条件に実施されるようになっている。そのため、寒冷地では、ＥＧＲの導入が無い状態で運転を行う期間が長くなる。また内燃機関とモーターとの２つの駆動源を備えるハイブリッド車では、モーター走行中や停車中は、内燃機関が停止されるため、冬季などには暖機未了の状態で機関運転がなされることが多く、やはりＥＧＲの導入が無い状態で運転を行う期間が長くなる。そのため、診断機会を十分に確保するには、ＥＧＲの実施時及び非実施時の双方において、触媒の劣化診断を行うことが望ましい。

ところで、ハイブリッド車に搭載の内燃機関などでは、１５％以上の高いＥＧＲ率でのＥＧＲ導入を行うようにしている。発明者らの行った調査の結果によれば、こうした大量ＥＧＲを行う内燃機関では、ＥＧＲ実施時と非実施時とでは、触媒の状況が大きく様変わりしてしまうことが明らかとなっている。

図１０は、ＥＧＲ実施時と非実施時とのそれぞれにおける内燃機関の吸入空気量と上記Ｃｍａｘとの関係を示している。なお、ここでの関係は、劣化の程度が同じ触媒を用いて測定されている。同図から明らかなように、ＥＧＲの非実施時には、実施時に比して、Ｃｍａｘが、すなわち触媒の酸素吸蔵容量が明らかに大きくなっている。ちなみに、ＥＧＲ実施時（ＥＧＲ有り）には、非実施時（ＥＧＲ無し）に比して、排気温度が低くなり、それに応じて触媒の温度分布も、図１１に示すように多少低くはなる。しかしながら、上記のような酸素吸蔵容量の差は、そうした触媒の温度分布の違いだけでは、説明し切れないものとなっている。

このように、触媒の酸素吸蔵能（容量）は、ＥＧＲの実施時と非実施時とで大きく異なったものとなる。そのため、ＥＧＲの実施時と非実施時とで一律の態様で劣化診断を行っては、適切な診断はできないことになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することのできる触媒劣化の診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、酸素吸蔵容量の低下から触媒の劣化を診断する装置としての請求項１に記載の発明では、排気再循環の実施時に触媒劣化有りと診断される酸素吸蔵容量よりも、排気再循環の非実施時に触媒劣化有りと診断される酸素吸蔵容量の方が大きくなるようにしている。

上述したように、劣化の進行度が同じでも、触媒の酸素吸蔵容量は、ＥＧＲの実施時よりも非実施時の方が大きくなる。そこで、ＥＧＲの非実施時には、その実施時に比して、より大きい酸素吸蔵容量で触媒の劣化有りと診断するようにすれば、ＥＧＲの実施、非実施による触媒の酸素吸蔵容量の変化によらず適切に劣化の有無の診断を行うことが可能となる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

また、請求項２に記載の発明は、劣化の有無の判定に使用する酸素吸蔵容量の値を排気再循環の実施の有無により補正するようにしている。

上述のように劣化の進行度が同じでも、触媒の酸素吸蔵容量は、ＥＧＲの実施時よりも非実施時の方が大きくなる。そこで、劣化の有無の判定に使用する触媒の酸素吸蔵容量の値を、ＥＧＲの実施時にはその値がより大きくなるように補正したり、あるいはＥＧＲの非実施時にはその値がより小さくなるように補正したりすれば、ＥＧＲの実施、非実施による触媒の酸素吸蔵容量の変化によらず適切に劣化の有無の診断を行うことが可能となる。したがって、請求項２に記載の発明によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

なお、高温に曝された期間が長ければ、酸素吸蔵容量が大きいままでも、触媒の排気浄化性能が、特にＮＯｘの浄化性能が低下していることがある。そこで、劣化の有無の判定に使用する触媒の酸素吸蔵容量の値を、触媒が高温に曝された期間が長いほど、その値が小さくなるように補正すれば、触媒の温度履歴に応じた劣化診断を、酸素吸蔵容量の低下に基づく劣化診断と同時に行うことができるようになる。したがって、請求項３によるように、劣化の有無の判定に使用する酸素吸蔵容量の値を触媒の温度履歴に応じて補正するようにすれば、より好適に触媒の劣化診断を行うことができる。ちなみに、ＥＧＲの非実施時には、その実施時に比して、触媒の酸素吸蔵容量は大きくなるものの、触媒に流入する排気の温度はより高くなるため、長期的に見れば、ＥＧＲ非導入の期間が長いほど、触媒の劣化が進行する傾向にある。

また、ＥＧＲの実施時と非実施時とでは、排気温度が異なり、触媒温度も異なるようになる。具体的には、ＥＧＲの非実施時には、その実施時に比して排気温度が高くなり、触媒温度も高くなる。そのため、ＥＧＲ非実施の時間が長くなれば、高温に曝される時間が長くなって、触媒が劣化し易くなる。したがって、請求項４によるように、劣化の有無の判定に使用する酸素吸蔵容量の値を、内燃機関の運転時間に占める排気再循環の非実施時間の比率に応じて補正するようにすれば、ＥＧＲの有無による劣化進行度合いの違いを反映して触媒の劣化診断を行うことが可能となる。

なお、触媒の酸素吸蔵容量は、請求項５によるように、Ｃｍａｘ法に基づいて、触媒に流入する排気の空燃比をリッチ側及びリーン側に強制的に切り換えたときの、リッチ側制御時における酸素放出量の積算値とリーン制御時における酸素吸蔵量の積算値との２つの積算値の平均値として求めることが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る触媒劣化の診断装置が適用される内燃機関の構成を模式的に示す略図。 同実施の形態に採用される空燃比センサーの出力特性を示すグラフ。 同実施の形態に採用される酸素センサーの出力特性を示すグラフ。 同実施の形態に適用されるアクティブ空燃比制御時の目標空燃比、空燃比センサー出力及び酸素センサー出力の推移を示すタイムチャート。 同実施の形態に適用される触媒劣化診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に適用される触媒劣化診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 本発明の第３の実施の形態に適用される触媒劣化診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 本発明の第４の実施の形態に適用される触媒劣化診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 本発明の第５の実施の形態に適用される触媒劣化診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 ＥＧＲの実施時、非実施時のそれぞれにおける吸入空気量と触媒の酸素吸蔵容量（Ｃｍａｘ）との関係を示すグラフ。 ＥＧＲの実施時、非実施時のそれぞれにおける触媒の温度分布を示すグラフ。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の触媒劣化の診断装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図５を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、内燃機関の吸気通路１には、その上流から順に、吸入した空気を浄化するエアクリーナー４、吸気の温度を検出する吸気温度センサー５、吸気の流量を検出するエアフローメーター６が配設されている。また吸気通路１のエアフローメーター６の下流には、スロットルモーター７により駆動されて吸気の流量を調節するスロットルバルブ８、及び吸気中に燃料を噴射するインジェクター９が配設されている。そして吸気通路１は、吸気バルブ１０を介して燃焼室２に接続されている。ここで吸気バルブ１０は、開弁に応じて吸気通路１と燃焼室２とを連通し、閉弁に応じてその連通を遮断する。

燃焼室２には、その内部に導入された燃料と空気との混合気を火花点火する点火プラグ１１が設置されている。そして燃焼室２は、排気バルブ１２を介して排気通路３に接続されている。ここで排気バルブ１２は、開弁に応じて燃焼室２と排気通路３とを連通し、閉弁に応じてその連通を遮断する。

排気通路３には、排気を浄化するための触媒が担持された触媒コンバーター１４が設置されている。また排気通路３の触媒コンバーター１４の上流には、空燃比センサー１３が、その下流には、酸素センサー１５がそれぞれ配設されている。

こうした内燃機関には、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）システムが設置されている。ＥＧＲシステムは、排気通路３の触媒コンバーター１４の上流側と吸気通路１のスロットルバルブ８の下流側とを連通するＥＧＲ通路１６を備えている。なお、ＥＧＲ通路１６には、同通路を通じて再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラー１７と、排気再循環量を調節するＥＧＲバルブ１８とが配設されている。

こうした内燃機関は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２により制御されている。ＥＣＵ２２は、機関制御に係る各種の演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）を備えている。またＥＣＵ２２は、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）と、外部との信号の授受を媒介するインターフェイスとして機能する入出力ポート（Ｉ／Ｏ）とを備えている。

こうしたＥＣＵ２２の入力ポートには、上記の吸気温度センサー５、エアフローメーター６、空燃比センサー１３、及び酸素センサー１５の検出信号が入力されている。さらにＥＣＵ２２の入力ポートには、機関出力軸であるクランクシャフト２３の回転位相を検出するクランクポジションセンサー２４、スロットルバルブ８の開度を検出するスロットルセンサー２６などの検出信号も入力されている。

一方、ＥＣＵ２２の出力ポートには、スロットルモーター７、インジェクター９、点火プラグ１１などの、内燃機関各部に設けられた各種アクチュエーターの駆動回路が接続されている。そしてＥＣＵ２２は、それらアクチュエーターの駆動回路に指令信号を出力することで、機関制御を行っている。

図２は、本実施の形態に採用される空燃比センサー１３の出力特性を示している。同図に示すように、空燃比センサー１３は、空燃比が大きいほど、すなわち空燃比がリーンとなるほど、その出力が大となる。なお、同図に示される出力Ｖｓｔは、理論空燃比時の空燃比センサー１３の出力を示している。

図３は、本実施の形態に採用される酸素センサー１５の出力特性を示している。同図に示すように、酸素センサー１５の出力は、理論空燃比を境に大きく変化する。なお、ここでは、リーン空燃比からリッチ空燃比への切り替わりを、酸素センサー１５の出力がリッチ判定値ＶＲを跨いで大きくなったことをもって確認し、リッチ空燃比からリーン空燃比への切り替わりを、酸素センサー１５の出力がリーン判定値ＶＬを跨いで小さくなったことをもって確認するようにしている。

さて、ＥＣＵ２２は、機関運転中、必要に応じて触媒の劣化診断を行っている。この診断において触媒の劣化は、触媒の酸素吸蔵容量、すなわち最大限吸蔵可能な酸素の量の低下に基づいて診断されている。そしてＥＣＵ２２は、触媒の酸素吸蔵容量をＣｍａｘ法により求めている。

Ｃｍａｘ法では、図４に示すように、目標空燃比を強制的にリーン側、リッチ側に振る、いわゆるアクティブ空燃比制御が行われる。アクティブ空燃比制御では、酸素センサー１５がリーン出力を発している間は、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に振り、酸素センサー１５がリッチ出力を発すると、目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に振る。このようにアクティブ空燃比制御では、酸素センサー１５の出力が反転する毎に、目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比との間で反転させている。

こうした空燃比アクティブ制御下では、触媒が酸素を一杯に吸蔵した状態と、触媒が吸蔵酸素をすべて放出した状態とが繰り返される。そこで、このときのリッチ側制御時の酸素放出量の積算値ＯＳＡＦＡＬＬ及びリーン制御時の酸素吸蔵量の積算値ＯＳＡＲＩＳＥを求めることで、触媒酸素吸蔵容量の指数であるＣｍａｘを求めることができる。

ここでＯＳＡＦＡＬＬ及びＯＳＡＲＩＳＥは、次式（１）にて算出される単位時間当りのＯＳＡ（酸素吸蔵／放出量）を積算することで求められる。なお、下式（１）の「α」は、空気中の酸素質量割合を示す定数（＝０．２３）であり、「ΔＡ／Ｆ」は、空燃比センサー出力からその理論空燃比出力Ｖｓｔを減算したものである。

単位時間当りのＯＳＡ＝α×ΔＡ／Ｆ×燃料噴射量 …（１）

Ｃｍａｘは、ＯＳＡＦＡＬＬとＯＳＡＲＩＳＥとの平均値として求められる。そしてこのＣｍａｘに、触媒温度に応じた補正や大気圧に応じた補正を行ったものを用いて、触媒の劣化診断が行われる。

なお、上述したように、ＥＧＲの実施時と非実施時とでは、触媒の酸素吸蔵容量に大きな違いが生じる。具体的には、先の図１０に示したように、ＥＧＲの実施時（ＥＧＲ有り）には、非実施時（ＥＧＲ無し）に比して、触媒の酸素吸蔵容量は大きくなる。よって、ＥＧＲの実施時に測定したＣｍａｘの値では、十分な酸素吸蔵容量があり、触媒の劣化無しとの判定がなされても、ＥＧＲの非実施時には、触媒の酸素吸蔵容量が不足するといった事態が生じることがある。

そこで本実施の形態では、ＥＧＲの実施時と非実施時とで、触媒劣化の判定値を異ならせるようにしている。具体的には、排気再循環の実施時に触媒劣化有りと診断されるＣｍａｘの値よりも、排気再循環の非実施時に触媒劣化有りと診断されるＣｍａｘの値の方が大きくなるようにしている。

図５は、こうした本実施の形態の採用される触媒劣化診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、触媒劣化診断の実行条件が成立したときにＥＣＵ２２により実行されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、アクティブ空燃比制御が実施される。そして続くステップＳ１０１にて、Ｃｍａｘの測定が行われる。
次に、ステップＳ１０２において、ＥＧＲの実施中であるか否かの判定が行われる。ここでＥＧＲが実施されていれば、ステップＳ１０３において、Ｃｍａｘが劣化判定値α未満であるか否かで触媒が劣化しているか否かの判定が行われる。そしてＣｍａｘが劣化判定値α未満であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４にて劣化有りとの診断が行われ、Ｃｍａｘが劣化判定値α以上であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０５にて劣化無しとの診断が行われる。

一方、ＥＧＲが実施されていなければ、ステップＳ１０６において、Ｃｍａｘが劣化判定値β未満であるか否かで触媒が劣化しているか否かの判定が行われる。ここで使用される劣化判定値βには、ＥＧＲの実施時に使用される劣化判定値αよりも大きい値が設定されている。そしてＣｍａｘが劣化判定値β未満であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７にて劣化有りとの診断が行われ、Ｃｍａｘが劣化判定値β以上であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０５にて劣化無しとの診断が行われる。

以上の本実施の形態の触媒劣化の診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、ＥＧＲの実施時に触媒劣化有りと診断される酸素吸蔵容量（Ｃｍａｘ）よりも、ＥＧＲの非実施時に触媒劣化有りと診断される酸素吸蔵容量（Ｃｍａｘ）の方が大きくなるようにしている。上述したように、劣化の進行度が同じでも、触媒の酸素吸蔵容量は、ＥＧＲの実施時よりも非実施時の方が大きくなる。そこで、ＥＧＲの非実施時には、その実施時に比して、より大きい酸素吸蔵容量で触媒の劣化有りと診断するようにすれば、ＥＧＲの実施、非実施による触媒の酸素吸蔵容量の変化によらず適切に劣化の有無の診断を行うことが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の触媒劣化の診断装置を具体化した第２の実施の形態を、図６を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態及び以降の各実施の形態にあって、上述の実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態では、Ｃｍａｘが劣化判定値α、βを下回ることで触媒の劣化有りとの診断を下すようにしていた。そして劣化判定値を異ならせることで、ＥＧＲの実施時、非実施時のいずれにおいても、良好な劣化診断を可能としていた。

これに対して本実施の形態では、Ｃｍａｘが基準値γを下回ることが確認された回数をカウントし、その回数が劣化判定値を超えることで触媒の劣化有りとの診断を下すようにしている。そしてＥＧＲの非実施時には、その実施時よりも少ない回数で触媒の劣化有りとの診断を行うことで、ＥＧＲの実施時、非実施時のいずれにおいても良好な劣化診断を可能としている。

図６は、こうした本実施の形態に採用される触媒劣化診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、触媒劣化診断の実行条件が成立したときにＥＣＵ２２により実行されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ２００において、アクティブ空燃比制御が実施される。そして続くステップＳ２０１にて、Ｃｍａｘの測定が行われる。
続いてステップＳ２０２にて、測定したＣｍａｘが基準値γを下回っているか否かの判定が行われる。ここでＣｍａｘが基準値γを下回っていれば（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ステップＳ２０３において、Ｃｍａｘが基準値γを下回った回数を示す計数カウンターの値のカウントアップが行われる。

次に、ステップＳ２０４において、ＥＧＲが実施されているか否かの判定が行われる。ここでＥＧＲが実施されていれば、ステップＳ２０５において、計数カウンターの値が劣化判定値δを超えているか否かの判定が行われる。ここで計数カウンターの値が劣化判定値δを超えていれば（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０６にて劣化有りとの診断が行われ）、劣化判定値δ以下であれば（Ｓ２０５：ＮＯ）、ステップＳ２０７にて劣化無しとの診断が行われる。

一方、ＥＧＲが実施されていなければ、ステップＳ２０８において、計数カウンターの値が劣化判定値εを超えているか否かの判定が行われる。ここで使用される劣化判定値εには、ＥＧＲの実施時に使用される劣化判定値δよりも小さい値が設定されている。そして計数カウンターの値が劣化判定値εを超えていれば（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、ステップＳ２０９にて劣化有りとの診断が行われ、劣化判定値ε以下であれば（Ｓ２０８：ＮＯ）、ステップＳ２０７にて劣化無しとの診断が行われる。

以上の本実施の形態の触媒劣化の診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、Ｃｍａｘが基準値γを下回った回数によって触媒劣化の有無を判定するとともに、ＥＧＲの非実施時には、その実施時よりも少ない回数で触媒の劣化有りとの診断を行うようにしている。そのため、ＥＧＲの実施、非実施による触媒の酸素吸蔵容量の変化によらず適切に劣化の有無の診断を行うことが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の触媒劣化の診断装置を具体化した第３の実施の形態を、図７を併せ参照して詳細に説明する。

第１及び第２の実施の形態では、ＥＧＲの実施時と非実施時とで劣化判定値を変えることで、ＥＧＲ実施、非実施のいずれにおいても、良好な触媒の劣化診断を可能としていた。本実施の形態では、触媒劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘの値をＥＧＲの実施の有無により補正するようにしている。本実施の形態では、ＥＧＲの実施時には、測定したＣｍａｘの値をそのまま用いて劣化診断を行うとともに、ＥＧＲの非実施時には、測定したＣｍａｘの値にＥＧＲ補正を行ったものを用いて劣化診断を行うようにしている。なお、ここでは、ＥＧＲ非実施時の劣化判定用Ｃｍａｘの値がより小さくなるようにＥＧＲ補正を行うようにしている。

図７は、こうした本実施の形態に採用される触媒劣化診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、触媒劣化診断の実行条件が成立したときにＥＣＵ２２により実行されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ３００において、アクティブ空燃比制御が実施される。そして続くステップＳ３０１にて、Ｃｍａｘの測定が行われる。
続いてステップＳ３０２において、ＥＧＲが実施されているか否かの判定が行われる。ここでＥＧＲが実施されていれば、ステップＳ３０３において、劣化判定用のＣｍａｘに同Ｃｍａｘの測定値がそのまま代入される。一方、ＥＧＲが実施されていなければ、ステップＳ３０４において、劣化判定用のＣｍａｘに、同Ｃｍａｘの測定値にＥＧＲ補正計数φを乗算した値が代入される。ＥＧＲ補正係数φは、ＥＧＲの実施時、非実施時のＣｍａｘの偏差分を補正するための係数であって、「１．０」よりも小さい値に設定されている。なお、ＥＧＲ補正係数φの値は、内燃機関の吸入空気量等に応じて可変設定されている。

こうして劣化判定用Ｃｍａｘが設定されると、次のステップＳ３０５において、劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回るか否かが判定される。そして劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回っているのであれば（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、ステップＳ３０６にて劣化有りとの診断が行われ、そうでなければ（Ｓ３０５：ＮＯ）、ステップＳ３０７にて劣化無しとの診断が行われる。

以上の本実施の形態の触媒劣化の診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘの値をＥＧＲの実施の有無により補正するようにしている。上述のように劣化の進行度が同じでも、触媒の酸素吸蔵容量は、すなわちＣｍａｘの値は、ＥＧＲの実施時よりも非実施時の方が大きくなる。そこで、劣化判定用のＣｍａｘの値を、ＥＧＲの非実施時にはその値がより小さくなるように補正すれば、ＥＧＲの実施、非実施による触媒の酸素吸蔵容量の変化によらず適切に劣化の有無の診断を行うことが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の触媒劣化の診断装置を具体化した第４の実施の形態を、図８を併せ参照して詳細に説明する。

ところで、高温に曝された期間が長ければ、酸素吸蔵容量が大きいままでも、触媒の排気浄化性能が、特にＮＯｘの浄化性能が低下していることがある。そこで本実施の形態では、劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘの値を、触媒が高温に曝された期間が長いほど、その値が小さくなるように補正するようにしている。そしてそれにより、触媒の温度履歴に応じた劣化診断を、酸素吸蔵容量の低下に基づく劣化診断と同時に行うようにしている。

図８は、こうした本実施の形態に採用される触媒劣化診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、触媒劣化診断の実行条件が成立したときにＥＣＵ２２により実行されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ４００において、アクティブ空燃比制御が実施される。そして続くステップＳ４０１にて、Ｃｍａｘの測定が行われる。
続いてステップＳ４０２において、触媒の温度履歴に基づく温度補正係数μの算出が行われる。ここでの温度補正係数μには、「１．０］以下の正の値が設定され、触媒が高温に曝された期間が長いほど、小さい値が設定される。

次に、ステップＳ４０３において、ＥＧＲが実施されているか否かの判定が行われる。そしてＥＧＲが実施されていれば、ステップＳ４０４において、Ｃｍａｘの測定値に温度補正係数μを乗算したものが劣化判定用Ｃｍａｘの値に代入される。一方、ＥＧＲが実施されていなければ、ステップＳ４０５において、Ｃｍａｘの測定値に温度補正係数μ及び上述のＥＧＲ補正係数φを乗算したものが劣化判定用Ｃｍａｘの値に代入される。

こうして劣化判定用Ｃｍａｘが設定されると、続くステップＳ４０６において、その劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回っているか否かの判定が行われる。ここで劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回っていれば（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、ステップＳ４０７にて劣化有りとの診断が行われ、そうでなければ（Ｓ４０６：ＮＯ）、ステップＳ４０８にて劣化無しとの診断が行われる。

以上の本実施の形態の触媒劣化の診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘの値をＥＧＲの実施の有無により補正するようにしている。そのため、本実施の形態によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

（２）本実施の形態では、劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘ量の値を触媒の温度履歴に応じて補正するようにしている。そのため、酸素吸蔵能力の低下による劣化の診断と同時に、触媒の温度履歴に応じたＮＯｘ等の浄化性能の低下による劣化の診断を併せ行うことができる。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の触媒劣化の診断装置を具体化した第５の実施の形態を、図９を併せ参照して詳細に説明する。

先の図１１に示したように、ＥＧＲの有無により、触媒温度は変化する。具体的には、ＥＧＲの実施時に比して非実施時の方が、触媒温度は高くなる傾向にある。そのため、ＥＧＲ非実施の期間が長いほど、触媒が高温に曝される期間が長くなり、ＮＯｘ等の浄化性能が低下し易くなる。そこで本実施の形態では、劣化判定用のＣｍａｘの値を、ＥＧＲの実施時間と非実施時間との比率に応じて補正するようにしている。そしてこれにより、酸素吸蔵能力の低下による劣化の診断と同時に、触媒の温度履歴に応じたＮＯｘ等の浄化性能の低下による劣化の診断を併せ行うようにしている。

図９は、こうした本実施の形態に採用される触媒劣化診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、触媒劣化診断の実行条件が成立したときにＥＣＵ２２により実行されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ５００において、アクティブ空燃比制御が実施される。そして続くステップＳ５０１にて、Ｃｍａｘの測定が行われる。
次に、ステップＳ５０２において、内燃機関の運転時間に占めるＥＧＲ非実施時間の比率に基づく温度補正係数νの算出が行われる。温度補正係数νは、下式（２）に基づいて算出される。

温度補正係数ν＝β×（ＥＧＲ非実施時間／内燃機関の運転時間） …（２）

ここで定数βは、図１１に示したＥＧＲ実施時、非実施時の触媒の温度分布に基づいて設定されている。同図に示すように、ＥＧＲ実施時の触媒の温度分布において、頻度が最大となるのは８００℃であり、その頻度は１３％となる。一方、ＥＧＲ非実施時の触媒の温度分布において、頻度が最大となるのは８７５℃であり、その頻度は１９％となる。そして定数βは、これらにより、下式（３）により算出される。

β＝（８７５℃×１９％）／（８００℃×１３％）≒１．６ …（３）

こうして温度補正係数νが算出されると、続くステップＳ５０３において、ＥＧＲが実施されているか否かの判定が行われる。ここでＥＧＲが実施されていれば、ステップＳ５０４において、Ｃｍａｘの測定値に温度補正係数νを乗算した値が劣化判定用Ｃｍａｘに代入される。一方、ＥＧＲが実施されていなければ、ステップＳ５０５において、Ｃｍａｘの測定値に温度補正係数ν及び上述のＥＧＲ補正係数φを乗算したものが劣化判定用Ｃｍａｘの値に代入される。

こうして劣化判定用Ｃｍａｘが設定されると、続くステップＳ５０６において、その劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回っているか否かの判定が行われる。ここで劣化判定用Ｃｍａｘの値が劣化判定値λを下回っていれば（Ｓ５０６：ＹＥＳ）、ステップＳ５０７にて劣化有りとの診断が行われ、そうでなければ（Ｓ５０６：ＮＯ）、ステップＳ５０８にて劣化無しとの診断が行われる。

以上の本実施の形態の触媒劣化の診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では劣化の有無の判定に使用するＣｍａｘの値をＥＧＲの実施の有無により補正するようにしている。そのため、本実施の形態によれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

（２）本実施の形態では、劣化の有無の判定に使用する酸素吸蔵容量の値を、内燃機関の運転時間に占めるＥＧＲの非実施時間の比率に応じて補正するようにしている。ＥＧＲの非実施の時間が長くなれば、触媒が高温に曝される時間が長くなり、触媒が劣化し易くなるが、こうした本実施の形態では、ＥＧＲの有無による劣化進行度合いの違いを反映して触媒の劣化診断を行うことが可能となる。

なお、上記各実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第５の実施の形態では、内燃機関の運転時間に占めるＥＧＲ非実施時間の比率から温度補正係数νを算出していたが、内燃機関の運転時間に占めるＥＧＲ実施時間の比率から温度補正係数νの算出を行うことも可能である。この場合の温度補正係数νは、ＥＧＲ実施時の劣化判定用Ｃｍａｘの算出に際して、Ｃｍａｘの測定値に乗算されることになる。

・第３乃至第５の実施の形態では、ＥＧＲ補正係数φを内燃機関の吸入空気量に応じて算出するようにしていたが、ＥＧＲ補正係数φの算出にＥＧＲの導入量を反映することも考えられる。この場合のＥＧＲ補正係数φには、ＥＧＲの導入量が多いほど、小さい値を設定することになる。

・第３乃至第５の実施の形態では、ＥＧＲ実施時には、測定したＣｍａｘの値をそのまま用いて劣化診断を行うとともに、ＥＧＲ非実施時には、測定したＣｍａｘの値にＥＧＲ補正を行ったものを用いて劣化診断を行うようにしている。すなわち、第３の実施の形態では、ＥＧＲ非実施時のＣｍａｘ測定値にＥＧＲ補正を行ったものを用いて触媒の劣化診断を行うようにしている。なお、ＥＧＲ実施時のＣｍａｘ測定値にＥＧＲ補正を行ったものを用いて触媒の劣化診断を行うことも可能である。この場合、ＥＧＲの実施時には、劣化判定用のＣｍａｘの値がより大きくなるようにＥＧＲ補正を行うことになる。

・第２の実施の形態では、Ｃｍａｘが基準値γを下回ることが確認された回数に基づいて触媒の劣化診断を行うようにしていたが、Ｃｍａｘが基準値γを下回っている時間に基づいても触媒の劣化診断を行うことが可能である。この場合にも、ＥＧＲの非実施時には、その実施時よりも少ない時間で触媒の劣化有りとの診断を行うようにすれば、ＥＧＲ導入の如何によらず、触媒の劣化を好適に診断することができる。

・第２の実施の形態及びその変形例において、劣化有りと診断する回数又は時間を、ＥＧＲの導入量に応じて可変とするようにしても良い。この場合の劣化有りと診断する回数又は時間は、ＥＧＲの導入量が多いほど、少ない値に設定されることになる。

・第１の実施の形態では、ＥＧＲ導入時と非導入時とで劣化判定値を切り換えるようにしていたが、ＥＧＲの導入量に応じて劣化判定値を変更するようにすることもできる。この場合の劣化判定値には、ＥＧＲの導入量が多いほど、大きい値が設定されることになる。

・第１及び第２の実施の形態において、触媒の劣化判定に使用するＣｍａｘの値を、触媒の温度履歴や、内燃機関の運転時間に占める排気再循環の非実施時間の比率に応じて補正するようにしても良い。こうした場合には、触媒の温度履歴やＥＧＲの有無による劣化進行度合いの違いを反映した触媒の劣化診断を行うことが可能となる。

・上記実施の形態では、触媒の酸素吸蔵容量をＣｍａｘ法に基づき測定するようにしていたが、他の方法で触媒の酸素吸蔵容量を測定することも可能である。

１…吸気通路、２…燃焼室、３…排気通路、４…エアクリーナー、５…吸気温度センサー、６…エアフローメーター、７…スロットルモーター、８…スロットルバルブ、９…インジェクター、１０…吸気バルブ、１１…点火プラグ、１２…排気バルブ、１３…空燃比センサー、１４…触媒コンバーター、１５…酸素センサー、１６…ＥＧＲ通路、１７…ＥＧＲクーラー、１８…ＥＧＲバルブ、２２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２２…ＥＣＵ、２３…クランクシャフト、２４…クランクポジションセンサー、２６…スロットルセンサー。

Claims (5)

1. 酸素吸蔵容量の低下から触媒の劣化を診断する装置であって、
   排気再循環の実施時に触媒劣化有りと診断される前記酸素吸蔵容量よりも、排気再循環の非実施時に触媒劣化有りと診断される前記酸素吸蔵容量の方が大きい
   ことを特徴とする触媒劣化の診断装置。
2. 前記診断に係る劣化の有無の判定に使用する前記酸素吸蔵容量の値を排気再循環の実施の有無により補正する
   請求項１に記載の触媒劣化の診断装置。
3. 前記診断に係る劣化の有無の判定に使用する前記酸素吸蔵容量の値を前記触媒の温度履歴に応じて補正する
   請求項１または請求項２に記載の触媒劣化の診断装置。
4. 前記診断に係る劣化の有無の判定に使用する前記酸素吸蔵容量の値を、内燃機関の運転時間に占める排気再循環の非実施時間の比率に応じて補正する
   請求項１または請求項２に記載の触媒劣化の診断装置。
5. 前記酸素吸蔵容量は、触媒に流入する排気の空燃比をリッチ側及びリーン側に強制的に切り換えたときの、リッチ側制御時における酸素放出量の積算値とリーン制御時における酸素吸蔵量の積算値の２つの積算値との平均値として求められる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒劣化の診断装置。

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