WO2007145141A1

WO2007145141A1 - 触媒劣化検出装置

Info

Publication number: WO2007145141A1
Application number: PCT/JP2007/061622
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Sawada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2007-12-21
Anticipated expiration: 2008-12-16
Also published as: DE112007001343T5; US20100146936A1; JP2007332914A; US8020371B2; DE112007001343B4; JP4497132B2

Abstract

触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することで、触媒劣化の誤検出を防止することが可能な触媒劣化検出装置を提供する。　リーン側目標A/FをafL1にリッチ側目標A/FをafR1にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax1を算出する（ステップ１０６）。次に、リーン側目標A/FをafL2にリッチ側目標A/FをafR2にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax2を算出する（ステップ１０８）。その後、リーン側目標A/FをafL3にリッチ側目標A/FをafR3にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量Cmax3を算出する（ステップ１１０）。これらの算出された最大酸素吸蔵量Cmax1,Cmax2,Cmax3の全てが基準値Cmaxth以下である場合には、触媒劣化が検出される（ステップ１１６）。

Description

明細書

触媒劣化検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置に関する。

背景技術

[0002] 触媒上流の空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに切り換える制御（以下「アクティブ制御」という。）を行うことにより、触媒の酸素吸蔵量を測定する装置が知られている（例えば、特許文献 1参照。）。この装置によれば、測定された酸素吸蔵量に基づき、触媒の劣化が検出される。

[0003] 特許文献 1 :日本特開 2004— 176611号公報

特許文献 2 :日本特許第 2812023号公報

特許文献 3 :日本特許第 3264234号公報

特許文献 4 :日本特許第 2806248号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上記アクティブ制御によれば、触媒下流のセンサ出力が変化 (反転）した際に、触媒上流の空燃比が切り換えられている。

し力しながら、触媒床温、排気ガス量または触媒上流での空燃比バラツキ等により、触媒出口における未燃 HCの組成や濃度、 NOxガスの組成、 COガスの濃度等が変化してしまう場合がある。この触媒出口におけるガスの状態変化により、触媒下流のセンサ出力の変化時期（反転時期）が不安定になってしまう。例えば、触媒下流のセンサ出力が本来の変化時期 (反転時期）よりも早く変化 (反転)してしまうと、酸素吸蔵量を本来の酸素吸蔵量よりも小さく測定してしまい、正常である触媒を劣化していると誤検出してしまう。

[0005] 本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することで、触媒劣化の誤検出を防止することが可能な触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 第 1の発明は、上記の目的を達成するため、触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

触媒下流に設けられ、該触媒下流の排気空燃比に応じて出力値を変化させる排気ガスセンサと、

前記触媒上流の排気空燃比を複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御する空燃比制御手段と、

複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比毎に、前記排気ガスセンサの出力値が変化するまでの時間に前記触媒に流入する酸素過不足量をそれぞれ算出し、該酸素過不足量に基づいて前記触媒の酸素吸蔵量をそれぞれ算出する酸素吸蔵量算出手段と、

前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする。

[0007] また、第 2の発明は、触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備え、

前記空燃比制御手段は、一の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、該一の空燃比とは異なる他の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とを少なくとも実行することを特徴とする

[0008] また、第 3の発明は、第 2の発明において、

前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とのうち、少なくとも 2 つの制御を実行することを特徴とする。

[0009] また、第 4の発明は、触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御するものであって、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリ一ン側空燃比とリッチ側空燃比とに制御することを特徴とする。

[0010] また、第 5の発明は、第 1から第 4の何れかの発明において、

前記劣化検出手段は、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量の全てが基準値以下である場合に、前記触媒の劣化を検出することを特徴とする。

[0011] また、第 6の発明は、第 1から第 4の何れかの発明において、前記空燃比制御手段は、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを所定の運転状態において連続して実行することを特徴とする。

発明の効果

[0012] 第 1の発明では、触媒上流の排気空燃比が複数の異なるリーン側空燃比及びリツチ側空燃比に制御され、触媒の酸素吸蔵量がそれぞれ算出される。算出された複数の酸素吸蔵量のうちの少なくとも 1つの酸素吸蔵量は、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、第 1の発明によれば、触媒出口におけるガスの状態変化の影響による触媒劣化の誤検出を防止することができる。

[0013] 第 2の発明では、一の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、該一の空燃比とは異なる他の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とが少なくとも実行される。よって、第 2の発明によれば、制御中心空燃比が異なる 2つの制御を少なくとも実行することで、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することができる。

[0014] 第 3の発明では、理論空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側及びリッチ側空燃比に切り換える制御のうち、少なくとも 2つの制御が実行される。よって、第 3の発明によれば、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することができる。

[0015] 第 4の発明では、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御する際、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリーン側空燃比とリツチ側空燃比とに制御される。よって、第 4の発明によれば、触媒出口におけるガスの状態変化が酸素吸蔵量に対して与える影響を排除することができる。

[0016] 第 5の発明によれば、算出された複数の酸素吸蔵量のうち全てが基準値以下である場合には、触媒出口におけるガスの状態変化の影響とは無関係に触媒劣化を検出すること力 Sできる。

[0017] 第 6の発明では、空燃比制御手段による複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えは、所定の運転状態において連続して実行される。ここで、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを異なる運転状態で実行する場合には、運転状態の相違によって触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。この第 6の発明のように、所定の運転状態において連続して実行することで、運転状態の相違によって触媒出口でのガスの状態変化の影響が排除されることを防止すること力 Sできる。従って、複数の異なるリーン側空燃比及びリツチ側空燃比に制御することによってのみ触媒出口でのガスの状態変化の影響が排除されることとなる。よって、触媒の劣化を更に精度良く検出することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。

[図 2]触媒の最大酸素吸蔵量 Cmaxの算出方法の一例を説明するための図である。

[図 3]触媒出口におけるガスの状態変化により第 2酸素センサ出力の変化時期が不安定になってしまう場合を説明するための図である。

[図 4]本発明の実施の形態において、目標 A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。

[図 5]本発明の実施の形態において、 ECU60が実行するルーチンを示すフローチヤートである。

[図 6]本発明の実施の形態の変形例において、目標 A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。

[図 7]本発明の実施の形態の他の変形例において、目標 A/Fのリーン側目標値とリツチ側目標値を示す図である。

符号の説明

[0019] 1 内燃機関

10 燃焼室

44 排気通路

46 触媒

48 触媒床温センサ

50 第 1酸素センサ

52 第 2酸素センサ発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

[0021] [システムの構成]

図 1は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関 1を備えている。内燃機関 1は複数の気筒 2を有している力図 1には、そのうちの 1気筒のみを示している。

[0022] 内燃機関 1は、内部にピストン 4を有するシリンダブロック 6を備えている。シリンダブロック 6の上部にはシリンダヘッド 8が組み付けられている。ピストン 4上面からシリンダヘッド 8までの空間は燃焼室 10を形成している。シリンダヘッド 8には、燃焼室 10内の混合気に点火する点火プラグ 12が設けられている。

[0023] シリンダヘッド 8は、燃焼室 10と連通する吸気ポート 14を備えている。吸気ポート 14 と燃焼室 10との接続部には吸気バルブ 16が設けられている。吸気ポート 14には、吸気通路 18が接続されている。吸気通路 18には、吸気ポート 14近傍に燃料を噴射するインジェクタ 20が設けられている。

[0024] 吸気通路 18の途中にはサージタンク 22が設けられている。サージタンク 22の上流にはスロットルバルブ 24が設けられている。スロットルバルブ 24は、スロットルモータ 2 6により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ 24は、アクセル開度センサ 30により検出されるアクセル開度 AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバノレブ 24の近傍には、スロットル開度 TAを検出するスロットル開度センサ 28が設けられている。スロットルバルブ 24の上流には、吸入空気量 Gaを検出するエアフロメータ 32が設けられている。ェアフロメータ 32の上流にはエアクリーナ 34が設けられている。

[0025] また、シリンダヘッド 8は、燃焼室 10と連通する排気ポート 40を備えている。排気ポート 40と燃焼室 10との接続部には排気バルブ 42が設けられている。排気ポート 40 には排気通路 44が接続されている。排気通路 44には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒 (以下「触媒」という。）46が設けられている。触媒 46には、触媒床温を検出する触媒床温センサ 48が設けられている。排気通路 44における触媒 46の上流には第 1の酸素センサ 50が、触媒 46の下流には第 2の酸素センサ 52が、それぞれ設けられている。第 1及び第 2の酸素センサ 59， 52は、排気ガス中の酸素濃度を検出するように構成されている。

[0026] また、本実施の形態のシステムは、制御装置としての ECU (Electronic Control Uni t) 60を備えている。 ECU60の出力側には、点火プラグ 12、インジヱクタ 20、スロットルモータ 26等が接続されている。 ECU60の入力側には、スロットル開度センサ 28、アクセル開度センサ 30、ェアフロメータ 32、触媒床温センサ 48、酸素センサ 50， 52 等が接続されている。

ECU60は、筒内に供給される混合気の目標空燃比を制御することで、触媒上流の排気空燃比を強制的に燃料リーン側 (以下「リーン側」と略する。）と燃料リッチ側 (以下「リッチ側」と略する。）とに交互に切り換えるアクティブ制御を実行することができる

[0027] [実施の形態の特徴]

上記システムによれば、触媒上流の排気空燃比をリッチ側（又はリーン側）からリーン側（又はリッチ側）に強制的に変化させてから触媒下流の酸素センサ出力が変化（反転)するまでの時間に、触媒 46に流入する排気ガスの酸素過不足量を演算することで、触媒 46の最大酸素吸蔵量 Cmaxを算出することができる。すなわち、アクティブ制御を実行することにより、触媒 46の最大酸素吸蔵量 Cmaxを算出することができる。

[0028] 図 2を参照して、触媒の最大酸素吸蔵量 Cmaxの算出方法について説明する。図 2 は、触媒の最大酸素吸蔵量 Cmaxの算出方法の一例を説明するための図である。詳細には、図 2 (A)は、筒内に供給される混合気の目標空燃比（目標 A/F)の設定状態を示す図であり、図 2 (B)は、触媒上流の第 1酸素センサ出力 oxslの変化を示す図であり、図 2 (C)は、触媒下流の第 2酸素センサ出力 oxs2の変化を示す図である。

[0029] 時刻 tOにおいて、触媒 46が有する酸素吸蔵能力を飽和させるベぐ図 2 (A)に示すように、筒内 (燃焼室 10内）に供給される混合気の目標 A/Fがリーン側目標値 afL に設定されている。この状態では、筒内から酸素を含むリーンな排気ガスが排出されるため、第 1酸素センサ出力 oxslが高い。また、触媒 46にはリーンな排気ガスが流入するため、この排気ガス中の過剰な酸素が触媒 46に吸蔵される。触媒 46の酸素吸蔵能力が飽和していない間は、触媒 46からリーンな排気ガスは吹き抜けてこないため、第 2酸素センサ出力 oxs2は低い。

[0030] その後、触媒 46の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒 46からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第 2酸素センサ出力 oxs2が徐々に高くなる。

[0031] そして、時刻 tlにおいて、第 2酸素センサ出力 oxs2がリーン判定値 oxsLに達すると、図 2 (A)に示すように、目標 A/Fがリッチ側目標値 aiRに切り換えられる。これにより、筒内からリッチな排気ガスが排出され、第 1酸素センサ出力 oxslが低くなる。このリツチな排気ガスが触媒 46に流入すると、排気ガス中の還元剤により、触媒 46に吸蔵された酸素が還元'放出される。これにより、第 2酸素出力 oxs2は高くなる。

[0032] その後、触媒 46に吸蔵された酸素が消費されると、触媒 46からリッチな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第 2酸素センサ出力 oxs2が徐々に低くなる。

[0033] そして、時刻 t2において第 2酸素センサ出力 oxs2がリッチ判定値 oxsRに達すると、触媒 46に酸素を吸蔵させるベぐ図 2 (A)に示すように、目標 A/Fがリーン側目標値 a fLに切り換えられる。図 2 (B)において右上に伸びる斜線のハッチングで示された部分 P1が、第 2酸素センサ出力 oxs2が変化（反転)する時刻 tlから時刻 t2までの間に触媒 46から放出された酸素量に相当する。すなわち、リッチに設定された排気ガス中の不足酸素量を、時刻 tlから時刻 t2まで積算することで、触媒 46の放出酸素量を求めること力 Sできる。

[0034] 目標 A/Fがリーン側目標値 afLに設定されると、筒内からリーンな排気ガスが排出されるため、第 1酸素センサ出力 oxslが高くなる。このリーンな排気ガスが触媒 46に流入すると、排気ガス中の過剰な酸素が触媒 46に吸蔵される。触媒 46に酸素が吸蔵されている間は、触媒 46からリーンな排気ガスは吹き抜けてこなレ、。このため、第 2酸素センサ出力 _0XS2は低くなる。

[0035] その後、触媒 46の酸素吸蔵能力が飽和すると、触媒 46からリーンな排気ガスが吹き抜けてくる。このため、第 2酸素センサ出力 oxs2が徐々に高くなる。

[0036] そして、時刻 t3において、第 2酸素センサ出力 oxs2がリーン判定値 oxsLに達すると、図 2 (A)に示すように、目標 A/Fがリッチ側目標値 aiRに切り換えられる。図 2 (B)において右下に伸びる斜線のハッチングで示された部分 P2が、第 2酸素センサ出力 ox s2が変化 (反転)する時刻 t2から時刻 t3までの間に触媒 46に吸蔵された酸素量に相当する。すなわち、リーンに設定された排気ガス中の過剰酸素量を、時刻 t2から時刻 t3まで積算することで、触媒 46の吸蔵酸素量を求めることができる。

[0037] このように求められた放出酸素量と吸蔵酸素量を平均することで、触媒 46の最大吸蔵酸素量 Cmaxが求められる。この最大吸蔵酸素量 Cmaxが基準値よりも小さい場合に、触媒 46が劣化していると判別することができる。

[0038] ところで、触媒床温、定常運転中での触媒上流の空燃比変動、触媒に流入する排気ガス量等により、触媒の出口における HCガスの成分 '濃度、 NOxガスの成分-濃度や COガスの濃度等が変化してしまう場合がある。このように触媒出口におけるガスの状態変化が起こった場合、触媒下流の第 2酸素センサ出力が影響を受け、その出力変化時期（出力反転時期）が不安定になってしまう可能性がある。ここで、上述のように、触媒下流の酸素センサ出力変化（つまり、酸素濃度変化）に基づいて目標 A/F をリッチ側とリーン側とに切り換えることで、最大酸素吸蔵量 Cmaxが求められている。従って、最大酸素吸蔵量 Cmaxを精度良く求めることができず、触媒劣化を誤検出してしまう可能 '性があった。

[0039] 図 3は、触媒出口におけるガスの状態変化により第 2酸素センサ出力の変化時期（反転時期）が不安定になってしまう場合を説明するための図である。図 3において、時刻 t2は、第 2酸素センサによる本来のリッチ判定時期である。しかし、触媒出口におけるガス成分等の変化により、時刻 tlOのようにリッチ判定時期が本来の時刻 t2よりも早くなつてしまう場合や、時刻 ti lのようにリッチ判定時期が本来の時刻 t2よりも遅くなつてしまう場合がある。時刻 ti lのようにリッチ判定時期が本来の時刻 t2よりも遅くなる場合には、最大酸素吸蔵量 Cmaxが本来よりも多く算出され、触媒 46は正常であると判定されるので、正常な触媒の判定結果としては、特に問題はない。しかし、時刻 tlOのようにリッチ判定時期が本来の時刻 t2よりも早くなる場合には、最大酸素吸蔵量 Cmaxが本来よりも少なく算出され、触媒 46が劣化していると誤検出されてしまう。

同様に、リーン判定時期が本来の時亥 I」（図 3において時刻 t3)よりも早くなる場合には、触媒 46が劣化していると誤検出されてしまう。

[0040] この触媒劣化の誤検出を防止するため、アクティブ制御におけるリッチ/リーンの切り換え回数を多くして、放出酸素量と吸蔵酸素量とを多数回求め、それら多数の放出酸素量及び吸蔵酸素量を平均化することが考えられる。しかし、このように切り換え回数を多くしても、リッチ判定時期又はリーン判定時期はさほど変化しないため、触媒劣化の誤検出を防止することは難しい。

[0041] そこで、本実施の形態では、かかる触媒出口におけるガスの状態変化に起因する誤検出を防止すベぐ目標 A/Fを以下に説明するように切り換える。図 4は、本実施の形態にぉレ、て、目標 A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。

[0042] 図 4に示すように、本実施の形態では、目標 A/Fを、理論 A/F(=14.6)を中心 A/F1としてリーン側目標値 aiLl(=15.1)とリッチ側目標値 afRl(=14.1)とで切り換える制御 (14.6 ± 0.5)と、理論 A/Fよりもリーン側の空燃比 (=14.7)を中心 A/F2としてリーン側目標値 af し2(=15.2)とリッチ側目標値& 2(=14.2)とで切り換ぇる制御(14.7 ± 0.5)と、理論 A/Fよりもリッチ側の空燃比 (=14.5)を中心 A/F3としてリーン側目標値 afL3(=15.0)とリッチ側目標値& 3(=14.0)とで切り換ぇる制御(14.5 ± 0.5)とを行ぅ。すなわち、中心 A/Fが相違する複数のアクティブ制御を実行する。そして、それぞれの制御について求めた放出酸素量と吸蔵酸素量とを平均することで、それぞれの制御について最大酸素吸蔵量 Cmaxl，し max2,し max3を鼻出丁る。

[0043] 本発明者による検討によれば、これらの複数の最大酸素吸蔵量 Cmaxl,Cmax2，Cm ax3の少なくとも 1つは、触媒出口におけるガスの状態変化による影響が排除されている。従って、これらの複数の最大酸素吸蔵量 Cmaxl,Cmax2，Cmax3の全てが基準値 Cmaxth以下である場合には、触媒出口におけるガスの状態変化とは関係なぐ触媒 46が劣化していると判別する。一方、複数の最大酸素吸蔵量 Cma_Xl,Cmax2,Cma x3のうちの何れか 1つが基準値 Cmaxthよりも大きければ、基準値 Cmaxth以下の最大酸素貯蔵量が存在していたとしても、触媒 46は正常であると判別する。

よって、本実施の形態によれば、触媒出口におけるガスの状態変化に起因する触媒劣化の誤検出を防止することができる。

[0044] [実施の形態における具体的処理] 図 5は、本実施の形態において、 ECU60が実行するルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 5に示すルーチンによれば、先ず、触媒及び内燃機関の暖機が完了しているか否力、を判別する（ステップ 100)。次に、内燃機関 1が定常運転中であるか否力、を判別する（ステップ 102)。これらのステップ 100， 102では、アクティブ制御を実施するに当たっての前提条件を具備しているか否かが判別される。

[0045] ステップ 100で暖機が完了していないと判別された場合、またはステップ 102で定常運転中ではないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、ステツプ 102で定常運転中であると判別された場合、つまり、アクティブ制御を実施するに当たっての前提条件を具備している場合には、アクティブ制御を開始する (ステップ 1 04)。

[0046] 先ず、目標 A/Fのリーン側目標値を afLlに、リッチ側目標値を aiRlにそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量 C腿 xlを算出する（ステップ 106)。このステップ 106では、目標 A/Fを理論 A/Fを中心としてリーン側目標値 afLlとリッチ側目標値 afRlとで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量 Cmaxlが算出される。

[0047] 次に、目標 A/Fのリーン側目標値を afL2に、リッチ側目標値を afR2にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量 Cmax2を算出する（ステップ 108)。このステップ 108では、目標 A/Fを理論 A/Fよりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側目標値 afL2とリッチ側目標値 afR2とで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量 Cmax2が算出される。

[0048] さらに、目標 A/Fのリーン側目標値を afL3に、リッチ側目標値を afR3にそれぞれ設定して、最大酸素吸蔵量 Cmax3を算出する（ステップ 110)。このステップ 110では、目標 A/Fを理論 A/Fよりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側目標値 afL3とリッチ側目標値 afR3とで切り換え制御され、最大酸素吸蔵量 Cmax3が算出される。

[0049] ここで、上記ステップ 106, 108, 110は、上記ステップ 102で判定される運転状態が継続されている状態において、順次連続して実施される。すなわち、所定の運転状態にぉレ、て、目標 A/Fが異なる複数のリーン側目標値 aiLl，aiL2，afL3及びリッチ側目標値 afRl，aiR2，afR3に連続して切り換えられる。

[0050] その後、上記ステップ 106, 108， 110で算出された最大酸素吸蔵量 Cmaxl, Cmax 2，Cmax3の何れかが、基準値 Cmaxthよりも大きいか否かを判別する（ステップ 112)。ここで、上記算出された最大酸素吸蔵量 &11& 1 111& 2 111& 3の何れカ 1っは、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、このステップ 112 では、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除された何れかの最大酸素吸蔵量が、基準値 Cmaxthよりも大きいか否かが判別されている。

[0051] 上記ステップ 112で最大酸素吸蔵量じ01& 1 1!1& 2 111& 3の何れカ、1っが基準値 Cmaxthよりも大きいと判別された場合には、触媒は正常であると判定される (ステップ 114)。一方、上記ステップ 112で最大酸素吸蔵量 011& 1，011& 2，011& 3の何れか1 つが基準値 Cmaxth以下であると判別された場合、つまり、全ての最大酸素吸蔵量 C maxl，Cmax2,Cmax3が基準値 Cmaxth以下であると判別された場合には、触媒出口におけるガスの状態変化の影響とは関係なく触媒は劣化していると判定される（ステップ 116)。

その後、アクティブ制御を終了する（ステップ 118)。

[0052] 以上説明したように、図 5に示すルーチンによれば、異なる目標 A/Fに対して最大酸素吸蔵量 Cmaxl，Cmax2,Cmax3をそれぞれ算出した後、これらの全てが基準値 Cm axth以下になった場合に、触媒劣化が検出される。これらの最大酸素吸蔵量 Cmaxl, C腿 x2，Cmax3の少なくとも何れか 1つは、触媒出口におけるガスの状態変化の影響が排除されている。よって、触媒出口のガスの状態変化の影響による触媒劣化の誤検出を防止することができる。

また、図 5に示すルーチンによれば、所定の運転状態で、目標 A/Fを複数の異なるリーン側目標値 afLl，afL2，afL3及びリッチ側目標値 afRl，afR2,afR3に連続して切り換えられる。ここで、定常運転であっても、運転状態が異なる場合には、触媒出口のガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。よって、目標 A/Fの複数の異なるリーン側目標値 afLl,afL2,aiL3及びリッチ側目標値 aiRl,afR2,aiR3への切り換えを、異なる運転状態で実行する場合には、運転状態の相違によって触媒出口のガスの状態変化の影響が排除される可能性がある。これに対して、複数の異なる空燃比への切り換えを所定の運転状態で連続して実行することで、運転状態の相違によって触媒出口のガスの状態変化の影響が排除されることを防止することができる。従って、複数の異なる空燃比への切り換えによってのみ触媒出口のガスの状態変化の影響が排除されることとなる。よって、触媒の劣化を精度良く検出することができる。

[0053] ところで、上述した本実施の形態では、理論 A/F(14.6)とリーン側 A/F(14.7)とリッチ側 A/F(14.5)の何れかを中心 A/Fとし、中心 A/Fから同じ乖離度 (± 0.5)でリッチ Zリーンに変化させている。しかし、本発明は、このようにリッチ Zリーンを変化させる場合に限らず、図 6に示すように変化させる場合にも適用することができる。図 6は、本実施の形態の変形例において、目標 A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。

本変形例では、図 6に示すように、目標 A/Fを、理論 A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値& 1(=15.1)とリッチ側目標値& 1(=14.1)とで切り換ぇる制御(=14.6±0.5)と、理論 A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値 aiL2(=15.2)とリッチ側目標値 afR2(=14. 0)とで切り換える制御 (=14.6± 0.6)と、理論 A/F(=14.6)を中心としてリーン側目標値 af し3(=15.0)とリッチ側目標値& 3(=14.2)とで切り換ぇる制御(=14.6± 0.4)とを行ぅ。すなわち、理論 A/Fからリーン側又はリッチ側目標値の乖離度が異なるようにする。

そして、上記実施の形態と同様に、それぞれの制御について最大酸素吸蔵量を算出し、全ての最大酸素吸蔵量が基準値よりも小さい場合に、触媒 46の劣化を検出する。ここで、理論 A/Fからの乖離度が大きいほど、触媒における反応速度が速くなるため、最大酸素吸蔵量が大きく算出される。よって、図 5のステップ 112において、複数の最大酸素吸蔵量の判別に異なる基準値を用いてもよい。詳細には、理論 A/Fからの乖離度が小さいほど、小さな基準値を用いてもょレ、。

本発明者による検討によれば、これらの複数の最大酸素吸蔵量の少なくとも 1つは、触媒出口におけるガスの状態変化による影響が排除されている。よって、本変形例によれば、触媒出口におけるガスの状態変化に起因する触媒劣化の誤検出を防止すること力 Sできる。

[0054] また、図 5に示すフローの各ステップ 106， 108， 110において、目標 A/Fを複数回

(例えば、 2〜3回）同じリーン側 Zリッチ側目標値に切り換えて、それぞれ算出された複数回の最大酸素吸蔵量を平均化することで、各ステップの最大酸素吸蔵量を求めるようにしてもよい。ここで、目標 A/Fを 1回だけリーン側/リッチ側目標値に切り換えて最大酸素吸蔵量を求める場合に、その直前に設定された目標 A/Fの影響を受ける可能性がある。この場合、その直前に設定された目標 A/Fの影響を受けた最大酸素吸蔵量が求められるため、最大酸素吸蔵量を精度良く算出することができなくなる可能性がある。これに対して、目標 A/Fを複数回同じリーン側 Zリッチ側目標値に切り換えて、その複数回の最大酸素吸蔵量を平均化することで、その直前に設定された目標 A/Fの最大酸素吸蔵量への影響を小さくすることができる。よって、最大酸素吸蔵量を精度良く求めることができ、触媒の劣化を精度良く検出することができる。

[0055] また、上記実施の形態及び変形例では、それぞれ 3つのリーン側目標値 aiLl，afL2, afL3及びリッチ側目標値 afRl，aiR2,afR3に切り換える場合について説明した力 S、少なくともそれぞれ 2つの目標値に切り換えることで、何れか一方についての最大酸素吸蔵量に対する触媒出口におけるガスの状態変化の影響を排除することができる。例えば、図 7に示すように、目標 A/Fを、理論 A/F(=14.6)を中心 A/F1としてリーン側目標値 afLl(=15.1)とリッチ側目標値 afRl(=14.1)とで切り換える制御 (14.6±0.5)と、中心 A/F1とは異なるリーン空燃比 (=14.7)を中心 A/F2としてリーン側目標値 afL2(=15.2)とリッチ側目標値 afR2(=14.2)とで切り換える制御 (14.7 ± 0.5)とを実行することで、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。図 7は、本実施の形態の他の変形例にぉレ、て、目標 A/Fのリーン側目標値とリッチ側目標値を示す図である。

[0056] また、酸素センサ 50, 52に代えて、空燃比センサを用いることができる。この場合にも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

[0057] 尚、本実施の形態においては、触媒 46が第 1 ,第 2および第 4の発明における「触媒」に、第 2酸素センサ 52が第 1，第 2および第 4の発明における「排気ガスセンサ」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態及びその変形例においては、 ECU60 力ステップ 106， 108, 110の処理を実行することにより第 1〜第 4および第 6の発明における「空燃比制御手段」が、ステップ 106， 108, 110の処理を実行することにより第 1 ,第 2および第 4の発明における「酸素吸蔵量算出手段」が、ステップ 112， 114 , 116の処理を実行することにより第 1，第 2および第 4の発明における「劣化検出手段」が、ステップ 112， 116の処理を実行することにより第 5の発明における「劣化検出手段」が、それぞれ実現されている。

Claims

請求の範囲

[1] 触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする触媒劣化検出装置

[2] 触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

前記空燃比制御手段は、一の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、該一の空燃比とは異なる他の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とを少なくとも実行することを特徴とする触媒劣化検出装置。

[3] 請求項 2に記載の触媒劣化検出装置において、

前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御と、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に切り換える制御とのうち、少なくとも 2 つの制御を実行することを特徴とする触媒劣化検出装置。

[4] 触媒上流の排気空燃比をリーン側及びリッチ側に切り換えるアクティブ制御により触媒の劣化を検出する触媒劣化検出装置であって、

前記空燃比制御手段は、理論空燃比を中心としてリーン側空燃比及びリッチ側空燃比に制御するものであって、理論空燃比からの乖離度がそれぞれ異なる複数のリ一ン側空燃比とリッチ側空燃比とに制御することを特徴とする触媒劣化検出装置。

[5] 請求項 1から 4の何れかに記載の触媒劣化検出装置において、

前記劣化検出手段は、前記酸素吸蔵量算出手段により算出された複数の酸素吸蔵量の全てが基準値以下である場合に、前記触媒の劣化を検出することを特徴とする触媒劣化検出装置。

[6] 請求項 1から 5の何れかに記載の触媒劣化検出装置において、前記空燃比制御手段は、複数の異なるリーン側空燃比及びリッチ側空燃比の切り換えを所定の運転状態において連続して実行することを特徴とする触媒劣化検出装置。