WO2023175654A1 - 触媒劣化診断装置 - Google Patents

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WO2023175654A1
WO2023175654A1 PCT/JP2022/011204 JP2022011204W WO2023175654A1 WO 2023175654 A1 WO2023175654 A1 WO 2023175654A1 JP 2022011204 W JP2022011204 W JP 2022011204W WO 2023175654 A1 WO2023175654 A1 WO 2023175654A1
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count
fuel ratio
air
catalyst
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PCT/JP2022/011204
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French (fr)
Inventor
友里恵 池田
Original Assignee
日立Astemo株式会社
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst deterioration diagnosis device that performs a deterioration diagnosis that is a diagnosis of the deterioration state of a catalyst in a catalytic converter provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine.
  • an engine control device in which an upstream oxygen sensor is provided upstream of an exhaust purification catalyst in an exhaust passage, and a downstream oxygen sensor is provided downstream of the catalyst (for example, , see Patent Documents 1 and 2).
  • a first slice level for the output of the upstream oxygen sensor and a second slice level for the output of the downstream oxygen sensor are set based on engine operating state parameters. Then, the number of times the output of the upstream oxygen sensor crosses the first slice level and the number of times the output of the downstream oxygen sensor crosses the second slice level are counted, and based on the ratio of these count values, the catalyst A deterioration diagnosis is performed.
  • This catalyst deterioration determination process is performed on the condition that the diagnosis permission conditions are met and the engine is in a steady operating state. If this condition is no longer satisfied, the above-mentioned count value is reset and the catalyst deterioration diagnosis is restarted.
  • feedback control is performed on the fuel injection amount based on the outputs of the upstream oxygen sensor and the downstream oxygen sensor in order to converge the pre-catalyst air-fuel ratio to the target air-fuel ratio. Then, the degree of deterioration of the catalyst is detected using the output of the downstream oxygen sensor and a deterioration degree detection threshold set within or near the stoichiometric region, and the detected degree of deterioration is stored as a learned value for each operating region. -Updated and the learned value is reflected in feedback control.
  • both of the devices of Patent Documents 1 and 2 require two sensors, an upstream oxygen sensor and a downstream oxygen sensor, in order to diagnose catalyst deterioration. Therefore, if one oxygen sensor is sufficient for diagnosing catalyst deterioration, the cost required for diagnosing catalyst deterioration can be reduced.
  • the catalyst deterioration diagnosis device of the present invention includes: Feedback of the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the detected value of an oxygen concentration sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust pipe downstream of the catalyst of the catalytic converter installed in the exhaust pipe connected to the exhaust port of the internal combustion engine.
  • a torque calculation unit that calculates a torque value of the internal combustion engine; a fuel injection amount capture unit that captures a fuel injection amount supplied for one combustion of the internal combustion engine; an activity determination unit that determines the activation state of the oxygen concentration sensor; a downstream air-fuel ratio level counting unit that counts the number of times the output signal of the oxygen concentration sensor crosses the stoichiometric air-fuel ratio level; an air-fuel ratio level setting unit that pseudo-sets an air-fuel ratio level in the exhaust port based on the torque value and the fuel injection amount; an upstream air-fuel ratio level counting unit that counts the number of times the air-fuel ratio level in the exhaust port crosses the stoichiometric air-fuel ratio level; a count storage unit that stores the value of the number of downstream passages and the value of the number of upstream passages; comprising a catalyst deterioration diagnosis unit that diagnoses deterioration of the catalyst based on the number of downstream passages and
  • downstream air-fuel ratio level counting section and the upstream air-fuel ratio level counting section calculate the stored value of the number of downstream passages and the stored value of the number of upstream passages stored in the count storage section when starting catalyst deterioration diagnosis. Counting of the number of downstream passes and the number of upstream passes is restarted as an initial value, so when catalyst deterioration diagnosis is stopped and then restarted, the number of downstream passes and the number of upstream passes that were counted in the process up to the stop will be counted. It is possible to continue counting the number of downstream passages and the number of upstream passages without wasting the number of upstream passages.
  • the count storage section stores the number of downstream transits when the rotation of the internal combustion engine is stopped or when the oxygen concentration sensor becomes inactive and the deterioration diagnosis of the catalyst is stopped. and the value of the upstream passing number are stored as the stored value of the downstream passing number and the upstream passing number, and the upstream air-fuel ratio level counting section and the downstream air-fuel ratio level counting section In the case where the oxygen concentration sensor becomes active and the deterioration diagnosis of the catalyst is started while the internal combustion engine is started, the memory value of the number of downstream transits and the memory of the number of upstream transits are stored. The counting may be restarted using the value as an initial value.
  • Catalyst deterioration diagnosis cannot be performed when the rotation of the internal combustion engine is stopped under the so-called idling stop function or when the ignition is turned off, as there is no flow of exhaust gas, so it has to be interrupted (stopped). . Furthermore, even if the oxygen concentration sensor is in an inactive state and the detected value of the oxygen concentration sensor cannot be used, catalyst deterioration diagnosis cannot be performed and must be interrupted.
  • the oxygen concentration sensor is a titania (resistance type) oxygen concentration sensor, it is more temperature dependent than a zirconia (concentration battery) oxygen concentration sensor, so it remains inactive not only at low temperatures but also at high temperatures. This may cause the catalyst deterioration diagnosis to be interrupted.
  • the timing at which the above diagnosis has to be interrupted must be accurately grasped based on the engine rotation, the activity judgment results, etc., and the number of downstream and upstream crossings can be memorized and initial values can be calculated from the memorized values as described above. After the settings are made, counting of the number of downstream crossings and the number of upstream crossings is restarted. This makes it possible to suppress the occurrence of invalid (wasteful) diagnostic processing due to so-called discarded counting caused by interruption of catalyst deterioration diagnosis.
  • the count storage section may be composed of a nonvolatile memory. According to this, even if the power of the ECU of the internal combustion engine is turned off, the data on the number of downstream passages and the number of upstream passages stored in the count storage section is not lost. In other words, even if the ignition key is turned off instead of idling while waiting at a traffic light, or the ECU is stopped due to a momentary power outage, the number of downstream and upstream crossings will be memorized. You can leave it there.
  • the deterioration diagnosis of the catalyst may be performed based on the deterioration rate of the catalyst when the count value Count-Front is greater than or equal to a predetermined value #CTCATDIAG.
  • the denominator of catalyst deterioration rate calculation is used. It becomes possible to set the count value Count-Front to a value as large as possible. That is, it becomes possible to improve the resolution of the catalyst deterioration rate determined by calculation as much as possible. Therefore, according to the present invention, there is provided a highly accurate catalyst deterioration diagnostic device that is capable of linearly determining the degree of progress of catalyst deterioration (degree of deterioration), rather than making a binary classification determination of the presence or absence of catalyst deterioration. can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of main parts of an internal combustion engine including a catalyst deterioration diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a block diagram showing the main components of an ECU of the internal combustion engine of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a block circuit diagram showing a circuit model for calculating a pseudo fuel ratio level ParLAM.
  • 2 is a timing chart showing how the ECU of the internal combustion engine of FIG. 1 diagnoses the deterioration state of the catalyst of the catalytic converter.
  • 2 is a flowchart showing the first half of upstream counting processing by an air-fuel ratio level setting section, a data sorting section, and an upstream air-fuel ratio level counting section in the catalyst deterioration diagnosis device.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the second half of the upstream count process in FIG. 5.
  • FIG. It is a flowchart which shows the downstream side count process by the downstream air-fuel ratio level counting part of the said catalyst deterioration diagnostic apparatus.
  • 3 is a flowchart showing a catalyst deterioration diagnosis process in the ECU of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows the configuration of the main parts of a four-cycle internal combustion engine equipped with a catalyst deterioration diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
  • This internal combustion engine has a function of performing air-fuel ratio feedback control based on a deviation between an excess air ratio obtained based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine and a target excess air ratio.
  • the catalyst deterioration diagnosing device has a function of diagnosing the deterioration state of the catalyst of the catalytic converter provided in the internal combustion engine.
  • an engine body 1 of this internal combustion engine has an intake pipe 2 provided at an intake port, and an air cleaner 4 provided in the intake pipe 2 that controls the amount of intake air supplied to the intake port. and a throttle valve 3 that is adjusted according to the
  • the throttle valve 3 is provided with a throttle sensor 5 that detects the opening degree of the throttle valve 3.
  • a fuel injection valve 6 for injecting fuel is provided near the intake port of the intake pipe 2. Fuel is fed under pressure to the fuel injection valve 6 from a fuel tank (not shown) by a fuel pump.
  • the intake pipe 2 is provided with an intake pressure sensor 7 that detects the intake pressure in the intake pipe 2 and an intake temperature sensor 8 that detects the temperature of the intake air in the intake pipe 2.
  • an intake pressure sensor 7 that detects the intake pressure in the intake pipe 2
  • an intake temperature sensor 8 that detects the temperature of the intake air in the intake pipe 2.
  • a catalytic converter 11 that reduces unburned components in the exhaust gas from the exhaust pipe 10
  • an oxygen concentration sensor 12 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas are provided in the exhaust pipe 10 downstream of the catalytic converter 11 installed in the exhaust pipe 10 .
  • a spark plug 13 connected to an ignition device 14 is fixed to the engine body 1.
  • the ECU (electronic control unit) 15 issues an ignition timing command to the ignition device 14, spark discharge occurs within the cylinder combustion chamber of the engine body 1.
  • the ECU 15 receives analog voltages indicating respective detection values of the throttle sensor 5, intake pressure sensor 7, intake temperature sensor 8, oxygen concentration sensor 12, cooling water temperature sensor 17, and atmospheric pressure sensor 20 that detects atmospheric pressure. Ru. Moreover, the above-mentioned fuel injection valve 6 is connected to the ECU 15.
  • a signal indicating the rotational angular position of the crankshaft 18 from the crank angle sensor 19 is further input to the ECU 15. That is, the crank angle sensor 19 includes a plurality of convex portions provided at predetermined angle intervals (for example, 15 degrees) on the outer circumference of the rotor 19a that rotates in conjunction with the crankshaft 18, and arranged near the outer circumference of the rotor 19a.
  • the pickup 19b detects it magnetically or optically, and the pickup 19b generates a pulse (crank signal) every time the crankshaft 18 rotates by a predetermined angle.
  • crank angle sensor 19 outputs a signal indicating the reference angle to the ECU 15 every time the piston 9 reaches the top dead center or every time the crankshaft 18 rotates 360 degrees.
  • FIG. 2 shows the main configuration of the ECU 15.
  • an oxygen concentration sensor 12 that supplies a detection signal of the oxygen concentration in the exhaust gas to the ECU 15 is provided so as to be in contact with the exhaust gas of an internal combustion engine that has exhaust pulsation.
  • a sensor element 12a as a part, and a sensor heater 12b that is adjacent to the sensor element 12a and heats the sensor element 12a.
  • the sensor element 12a has a resistance value that changes substantially stepwise when the exhaust gas of the internal combustion engine has an oxygen concentration near the stoichiometric value, and the detected value obtained from the resistance value is determined by the temperature of the sensor element 12a and the exhaust pulsation. It exhibits a pulse waveform with a peak value corresponding to the wave height.
  • a titania type sensor element which is a resistance type oxygen sensor whose resistance value changes depending on the oxygen concentration, is used.
  • the ECU 15 includes a heater controller 22 that controls the sensor heater 12b, a temperature calculation unit 23 as a temperature reading unit that calculates a temperature value T indicating the temperature of the sensor element 12a, and an output signal of the sensor element 12a, which is connected to the sensor element 12a. It includes a voltage calculation unit 24 that converts into a voltage value VHG as a detected value indicating oxygen concentration.
  • the temperature of the sensor heater 12b is controlled by the heater controller 22 by performing pulse width modulation (PWM) control by the ECU 15 on the amount of current I supplied to the sensor heater 12b from an unillustrated power source (storage battery). Further, the temperature value T is calculated by the temperature calculation unit 23 by, for example, reading each value of the heater voltage and the current amount I applied to the sensor heater 12b with the ECU 15 to determine the resistance value of the sensor heater 12b, and calculating the resistance value of the sensor heater 12b. This is done by converting using table data or a calculation formula prepared in advance in the ECU 15 that indicates the correspondence between the heater resistance value and the temperature value T. The calculation results from the temperature calculation section 23 and the voltage calculation section 24 are supplied to an alternative value calculation section 26 of the excess rate calculation section 25, which will be described later.
  • PWM pulse width modulation
  • the ECU 15 also includes a rotational speed calculation unit 27 that calculates the rotational speed NE and angular velocity NETC of the internal combustion engine based on the detection results of the crank angle sensor 19, and a rotational speed calculation unit 27 that calculates the rotational speed NE and angular velocity NETC of the internal combustion engine based on the detection results of the crank angle sensor 19, and a It includes an excess air ratio calculation section 25 that calculates an excess air ratio ⁇ based on the voltage value VHG and the angular velocity NETC from the rotational speed calculation section 27.
  • the ECU 15 includes a target value calculation unit 28 that calculates a target excess air ratio ⁇ cmd based on an estimated value of the amount of oxygen stored in the catalyst of the catalytic converter 11, a rotation speed NE from the rotation speed calculation unit 27, and a rotation speed NE from the rotation speed calculation unit 27.
  • the basic injection amount calculation unit 29 calculates the basic injection amount BJ based on the pressure PM in the intake pipe 2 from the intake pressure sensor 7, and the excess air ratio ⁇ calculated by the excess ratio calculation unit 25 is set as the target excess air ratio ⁇ cmd.
  • a feedback coefficient calculation section 30 calculates a feedback coefficient k for correcting the basic fuel injection amount BJ calculated by the basic injection amount calculation section 29 in order to match the basic injection amount BJ, and calculates the fuel injection amount based on the feedback coefficient k and the basic injection amount BJ. It includes an injection amount calculation unit 31 that calculates Ti and operates the fuel injection valve 6. This injection amount calculating section 31 functions as a fuel injection amount capturing section that captures the fuel injection amount Ti supplied for one combustion of the internal combustion engine.
  • PID control is performed based on the deviation between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd, and the feedback coefficient k is calculated.
  • the fuel injection valve 6 is opened for a corresponding time.
  • an amount of fuel is injected into the cylinder combustion chamber of the engine body 1 in an amount corresponding to the feedback coefficient k of the PID control based on the comparison between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd.
  • the excess ratio calculation unit 25 linearizes the voltage value VHG with respect to the excess air ratio while compensating for its temperature characteristics.
  • the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas is calculated using the data LD obtained. However, this calculation is applied when the voltage value VHG is less than the lean side conversion limit value (lean side threshold value LREF described later), and when the voltage value VHG is larger than this conversion limit value, another method described later is applied. The excess rate ⁇ is determined.
  • the excess rate calculation unit 25 includes a torque calculation unit 32 that calculates the torque value TQ of the internal combustion engine based on the crank angular velocity NETC of the internal combustion engine using the method described in, for example, Japanese Patent No. 06254633, and a conversion limit for the linearization conversion described above.
  • a limit threshold setting unit 33 that sets a threshold value
  • a storage unit 34 that stores data and tables necessary to calculate an alternative value R for the excess air ratio ⁇
  • an alternative value calculation unit 26 that calculates an alternative value R. Be prepared.
  • the limit threshold value setting unit 33 sets a lean side threshold value LREF, which is a conversion limit threshold value on the lean side, and a rich side threshold value RREF, which is a conversion limit value on the rich side, as conversion limit threshold values, with respect to the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24.
  • LREF lean side threshold value
  • RREF rich side threshold value
  • the conversion limit threshold value is changed according to the temperature value T from the temperature calculation unit 23.
  • the storage unit 34 stores, as data necessary for calculating the alternative value R, an execution time Ti1 of fuel injection by the fuel injection valve 6, a torque value TQ1, The excess air ratio ⁇ b related to the lean side threshold value LREF is stored.
  • the excess rate calculation unit 25 calculates a substitute value R for the exhaust air in place of the excess air rate ⁇ as the linearized data LD. Regarded as excess rate ⁇ . Note that the air-fuel ratio feedback control of the internal combustion engine described above is detailed in Japanese Patent Application No. 2020-179511.
  • the ECU 15 further calculates the downstream air-fuel ratio, which counts the number of times the voltage value VHG crosses the stoichiometric air-fuel ratio level, based on the voltage value VHG, which is the output signal of the oxygen concentration sensor 12 obtained via the voltage calculation unit 24.
  • a level counting section 35 an air-fuel ratio level setting section 36 that sets a pseudo air-fuel ratio level ParLAM in the exhaust port based on the above-mentioned torque value TQ and fuel injection amount Ti;
  • the upstream air-fuel ratio level counting section 37 counts the number of times the level has been crossed, and the catalytic converter 11
  • a catalyst deterioration diagnosis section 38 is provided for diagnosing deterioration of the catalyst.
  • the downstream air-fuel ratio level counting unit 35 is configured to measure the voltage value VHG, which is the output signal of the oxygen concentration sensor 12 that detects the air-fuel ratio in the exhaust gas in the exhaust pipe 10 downstream of the catalytic converter 11, when the voltage value VHG crosses the stoichiometric air-fuel ratio level. Count the number of times.
  • the air-fuel ratio level ParLAM can be acquired by the air-fuel ratio level setting unit 36 using the following equation (2) based on the above-mentioned torque TQ and fuel injection amount Ti.
  • ParLAM adjk ⁇ (TQ/Ti)-#1.0 (2)
  • the coefficient adjk is a search value of the conversion coefficient table Tb, which is a lookup table that shows the coefficient adjk in correspondence with the fuel injection amount Ti.
  • FIG. 3 shows a control model of the air-fuel ratio level setting unit 36 for obtaining the air-fuel ratio level ParLAM.
  • the coefficient adjk corresponding to the Ti value input from the lower input In2 in FIG. 3 is obtained by searching the conversion coefficient table Tb using the Ti value input from the input In2, and this is multiplied by the parameter (TQ/Ti) of the air-fuel ratio level ParLAM in the calculator Ca based on the torque TQ input from the input In1, and then subtracted by #1.0 to calculate the air-fuel ratio ParLAM.
  • the basic torque and the fuel injection amount are in a proportional relationship and are equivalent, which is utilized. If it is on the Rich (dark) side, it takes a negative value.
  • the air-fuel ratio level setting unit 36 sets the air-fuel ratio level ParLAM to the stoichiometric air-fuel ratio when the fuel injection amount Ti is less than a predetermined value, for example, the injection time is zero (fuel cut) as the zero division prohibition process.
  • the air-fuel ratio level is forcibly set to a value larger than the level, that is, the air-fuel ratio level on the lean side.
  • the catalyst deterioration diagnosis by the catalyst deterioration diagnosis section 38 is based on the count value Count-Front of the upstream air-fuel ratio level counting section 37 and the count value Count-Rear of the downstream air-fuel ratio level counting section 35, for example, by using the following equation (3). It is done using (Count-Rear/Count-Front) ⁇ 100[%] ⁇ Th (3)
  • Th is a deterioration determination threshold value that is a criterion for determining whether or not the catalyst is functioning effectively.
  • the count value Count-Front >the count value Count-Rear.
  • the count value Count-Front and the count value Count-Rear match, it can be said that a state in which no oxidation-reduction reaction of the exhaust gas is occurring within the catalyst. That is, the deterioration rate of the catalyst can be determined based on the ratio between the count values Count-Front and Count-Rear.
  • the air-fuel ratio level ParLAM In order to count the number of times the air-fuel ratio level ParLAM ( ⁇ torque value TQ ⁇ fuel injection amount Ti) crosses the stoichiometric air-fuel ratio level, the air-fuel ratio level ParLAM must be on either side of rich or lean. It is necessary to sequentially determine whether the In this sequential rich/lean determination, if the air-fuel ratio level ParLAM behaves like a spike noise near the time of transition, there is a risk that the number of times of transition will be counted excessively.
  • the ECU 15 calculates an exhaust gas volume GasVol that is an estimated value of the amount of exhaust gas entering the exhaust pipe 10, an exhaust volume Vthru set from this exhaust gas volume GasVol and the above-mentioned air-fuel ratio level ParLAM, and Selecting whether the current value of the air-fuel ratio level ParLAM set by the air-fuel ratio level setting unit 36 can be used for rich/lean determination based on the cumulative exhaust volume GasVolSum obtained from the cumulative exhaust volume Vthru. It further includes a data sorting section 39 that performs.
  • the data selection unit 39 initializes the cumulative exhaust volume GasVolSum to zero when the air-fuel ratio level ParLAM set by the air-fuel ratio level setting unit 36 crosses the stoichiometric air-fuel ratio level, and after the initialization, the cumulative exhaust volume The exhaust volume Vthru to the exhaust pipe 10 is integrated into GasVolSum, and if the initialization is performed in a state where the integrated exhaust volume GasVolSum does not exceed a predetermined value, the set air-fuel ratio level ParLAM is The current value is selected as an unused value that is not used for determining whether the air-fuel ratio level ParLAM has passed the stoichiometric air-fuel ratio level.
  • FIG. 4 is a timing chart showing how the ECU 15 diagnoses deterioration of the catalyst of the catalytic converter 11.
  • curves 40 and 41 indicate changes in the torque value TQ and fuel injection amount Ti of the internal combustion engine, respectively.
  • F_ParLAM is a flag having a flag value of either Lean (#1) or Rich (#0). This flag value indicates that the air-fuel ratio level ParLAM obtained by the air-fuel ratio level setting unit 36 using the above equation (2) from the torque value TQ and the fuel injection amount Ti that change as shown in the curves 40 and 41 is the stoichiometric air-fuel ratio. This is obtained by determining whether the level has a value on the lean side or rich side, and converting this determination result into a binary value.
  • this flag F_ParLAM has sections T1 and T2 in which the determination result of which flag value, Lean or Rich, behaves like spike noise. If the upstream air-fuel ratio level counter 37 continues to count the number of times the air-fuel ratio level ParLAM crosses the stoichiometric air-fuel ratio level, as described above, the counted value Count-Front will become the actual value as understood from the curves 40 and 41. The value becomes excessive than the frequency of the fuel injection amount Ti. In order to prevent this, the data selection unit 39 performs selection regarding the air-fuel ratio level ParLAM as described below.
  • GasVolSum in FIG. 4 is an integrated exhaust volume obtained by integrating the above-mentioned exhaust volume Vthru. As shown in FIG. 4, the cumulative exhaust volume GasVolSum is initialized to zero at each point in time when the air-fuel ratio level ParLAM passes the stoichiometric air-fuel ratio level (see flag F_ParLAM), and after the initialization, the cumulative exhaust volume GasVolSum is Integration of the exhaust volume Vthru is started.
  • the exhaust volume Vthru is obtained by multiplying the integrated exhaust volume GasVol by the air-fuel ratio level ParLAM (Equation (5)). Therefore, in this embodiment, when the air-fuel ratio level ParLAM is on the Lean side (positive value), it is integrated in the positive direction, and when it is Rich (negative value), it is integrated in the negative direction.
  • the current air-fuel ratio level ParLAM The values are selected so as not to be used in counting in the upstream air-fuel ratio level counting section 37.
  • the exhaust gas volume GasVol is determined using a simple calculation model.
  • the exhaust gas volume GasVol is calculated using the following equation (4).
  • GasVol Vbdc ⁇ (EgT/EgTbdc) ⁇ (TQ/maxTQ) ⁇ (NE/120) (4)
  • Vbdc is the exhaust gas volume at bottom dead center (BDC), and is set, for example, from the internal cylinder volume of the internal combustion engine.
  • EgT is the exhaust gas temperature (K) downstream of the catalyst
  • EgTbdc is the exhaust gas temperature (K) at the bottom dead center (BDC). It is estimated based on the value T and known specification values of the exhaust pipe 10.
  • maxTQ is the maximum value of torque TQ calculated by the above-mentioned torque calculating section 32
  • NE is the rotational speed of the above-mentioned internal combustion engine.
  • the exhaust volume Vthru inherits the signs of the above-mentioned air-fuel ratio level ParLAM as "+" on the lean side and "-" on the rich side. Therefore, when the air-fuel ratio level ParLAM is "+” on the lean side, the integrated exhaust volume GasVolSum in FIG. 4, which is the integrated value of the exhaust volume Vthru, is increased upward in FIG. When is "-" on the rich side, it is subtracted downward in FIG.
  • the cumulative exhaust volume GasVolSum is initialized to zero at the time when the air-fuel ratio level ParLAM passes the stoichiometric air-fuel ratio level (see flag F_ParLAM), as shown in FIG.
  • integration of the exhaust volume Vthru is started.
  • the cumulative exhaust volume GasVolSum is initialized to zero without exceeding the threshold Lt on the "+” side or the threshold Rt on the "-" side, the empty air volume at that time
  • the fuel ratio level ParLAM is selected so as not to be used in counting in the upstream air-fuel ratio level counting section 37.
  • the upstream air-fuel ratio level counting unit 37 calculates the count value Count-Front as #, as shown by the broken line 42 in FIG. 4, every time the flag signal F_ ⁇ front changes from Lean to Rich. Increment by 1.
  • the air-fuel ratio level ParLAM in the above-mentioned sections T1 and T2 which behave like spike noise, is prevented from contributing to the count-up of the count value Count-Front, and the air-fuel ratio level ParLAM can be sorted. become.
  • the downstream air-fuel ratio level counting section 35 calculates the number of times the output signal VHG has passed the stoichiometric air-fuel ratio level based on the output signal VHG of the oxygen concentration sensor 12, indicated by VHG in FIG. count.
  • the catalyst deterioration diagnosis unit 38 uses equation (3) as described above based on the count value Count-Front from the upstream air-fuel ratio level counting unit 37 and the count value Count-Rear from the downstream air-fuel ratio level counting unit 35.
  • the degree of progress of deterioration of the catalyst of the catalytic converter 11 can be determined by using this method.
  • step S1 the air-fuel ratio level setting section 36 first obtains the torque value TQ from the torque calculation section 32 and the fuel injection amount Ti from the injection amount calculation section 31. Also, at this time, downstream count processing shown in FIG. 7, which will be described later, is performed (step S1). Next, in step S2, it is determined whether the fuel injection amount Ti is less than or equal to a predetermined lower limit value #TiMin.
  • step S2 If the fuel injection amount Ti is larger than the predetermined lower limit #TiMin in step S2, the torque value TQ is divided by the fuel injection amount Ti to obtain the torque injection amount ratio TQ/Ti (step S3).
  • step S4 a pseudo air-fuel ratio level ParLAM is obtained using the above equation (2).
  • step S2 if the fuel injection amount Ti is less than or equal to the predetermined lower limit value #TiMin in step S2, the above-mentioned calculation process of dividing the torque value TQ by the fuel injection amount Ti is not performed, and the torque injection amount ratio TQ/Ti is As the value, the value of #TQ/TiMAX, which is a predetermined torque injection amount ratio, is set (step S5), and the pseudo air-fuel ratio level ParLAM is the predetermined pseudo air-fuel ratio level ParLAM. The value of ParLAMMAX is set (step S6). This avoids errors caused by division by zero. In this embodiment, #ParLAMMAX is set to a positive value indicating that the air-fuel ratio is on the lean side.
  • step S7 the value of the exhaust gas volume GasVol calculated using the above equation (4) is obtained.
  • step S8 the exhaust volume Vthru is calculated using the above equation (5).
  • step S9 the value of the flag F_ParLAM, which will be described later, is set to the flag F_ParLAMpre.
  • a threshold value Lt when the cumulative exhaust volume GasVolSum is integrated in the positive direction and a threshold value Rt when the cumulative exhaust volume GasVolSum is integrated in the negative direction are acquired.
  • the threshold values Lt and Rt are obtained as variable variables that are dynamically set depending on, for example, the rotational speed value of the internal combustion engine.
  • step S12 the activation determination unit determines whether the oxygen concentration sensor 12 is in an active state, which is a state in which it is sufficiently warmed by exhaust heat, heater heat, etc. This determination can be made depending on whether the activation flag F_VHGACT, which will be described later, is "1" (active) or "0" (inactive).
  • step S12 when the oxygen concentration sensor 12 is in an inactive state, the process proceeds to step S13, where the same flag value as the above-mentioned flag F_ParLAM is set as the flag value of the flag F_ ⁇ front, and in the subsequent step S14 of FIG. GasVolSum is set to a value of zero, and the upstream counting process is ended.
  • step S12 if the oxygen concentration sensor 12 is in the active state, the process proceeds to step S15, and the flag F_ParLAMpre obtained in step S9 and the flag F_ParLAM obtained in step S10 are the same value. Determine whether it exists or not.
  • the flag F_ParLAMpre and the flag F_ParLAM are different, this indicates that the air-fuel ratio level ParLAM has passed the stoichiometric air-fuel ratio level and the sign (+ or -) of the air-fuel ratio level ParLAM has been reversed. Proceeding to step S14 in FIG. 6, the cumulative exhaust volume GasVolSum is set to zero, and the upstream side counting process is ended.
  • step S15 if the flag F_ParLAMpre and the flag F_ParLAM have the same value, the process proceeds to step S16 in FIG. 6, where the exhaust volume Vthru acquired in step S8 is added (integrated) to the cumulative exhaust volume GasVolSum. The process then proceeds to step S17, where it is determined whether the flag F_ParLAM is #1 (lean side) or #0 (rich side). If the flag F_ParLAM is #0 (rich side) in step S17, the process proceeds to step S18, and it is determined whether the flag F_ ⁇ front is #1 (lean side) or #0 (rich side).
  • step S19 it is confirmed whether the cumulative exhaust volume GasVolSum is equal to or less than the threshold value Rt described above (step S11). If the integrated exhaust volume GasVolSum is a negative value equal to or less than the threshold value Rt, the process proceeds to step S20, where the flag F_ ⁇ front is set to #0 (rich side), and the count value Count-Front is incremented at the subsequent step S21. The upstream counting process is thus completed.
  • step S17 If the flag F_ParLAM is #1 (lean side) in step S17, the process proceeds to step S22, and it is determined whether the flag F_ ⁇ front is #1 (lean side) or #0 (rich side). If the flag F_ ⁇ front is on the rich side (#0) in step S22, the process proceeds to step S23, and it is checked whether the cumulative exhaust volume GasVolSum is equal to or greater than the threshold value Lt described above (step S11). If the cumulative exhaust volume GasVolSum is a positive value greater than or equal to the threshold value Lt, the process proceeds to step S24, where the flag F_ ⁇ front is set to "1", and here, the upstream side counting process is performed without incrementing the count value Count-Front. be terminated.
  • FIG. 7 shows downstream count processing in the downstream air-fuel ratio level counting section 35 of the catalyst deterioration diagnosis device. This process is performed at the same timing as the upstream count process described above.
  • the downstream count process is started, first, in step S25, the value of the flag F_ ⁇ rear is set to the flag F_ ⁇ rearpre.
  • the output signal of the oxygen concentration sensor 12 is acquired as a voltage value VHG via the voltage calculation unit 24 (step S26). Furthermore, the temperature T of the detection section (sensor element 12a) of the oxygen concentration sensor 12 is acquired via the temperature calculation section 23 (step S27).
  • step S28 it is determined whether the oxygen concentration sensor 12 is in an active state, which is a state after being warmed by exhaust heat, heater heat, etc. If it is determined in step S28 that the oxygen concentration sensor 12 is in an inactive state, the activation flag F_VHGACT is set to "0", and the process proceeds to step S30 via step S29. In this step S30, the value of the flag F_ ⁇ rear is It is reset to zero, and the process of FIG. 7 is thus completed.
  • step S28 if it is determined that the oxygen concentration sensor 12 is in the active state, the activation flag F_VHGACT is set to "1", and the process proceeds to step S31 via step S29, where the voltage value VHG and the temperature T of the detection section are adjusted. Based on this, the excess air ratio ⁇ rear downstream of the catalyst is obtained.
  • step S32 it is determined whether the excess air ratio ⁇ rear downstream of the catalyst is equal to or higher than the stoichiometric air-fuel ratio level (the level where the excess air ratio ⁇ is #1.0). If it is determined that the air-fuel ratio is equal to or higher than the stoichiometric air-fuel ratio level, the value of the flag F_ ⁇ rear is set to Lean (#1) in step S33, and the process in FIG. 7 is continued without incrementing the count value Count-Rear. is terminated.
  • step S32 If it is determined in step S32 that the excess air ratio ⁇ rear downstream of the catalyst is less than the stoichiometric air-fuel ratio level, the flag F_ ⁇ rear is set to Rich (#0) in step S34.
  • step S35 it is determined whether the value of the flag F_ ⁇ rear set in step S34 matches the value of the flag F_ ⁇ rearpre set in step S25 described above, that is, the value of the flag F_ ⁇ rear set in step S34 this time is determined to be Rich( #0), but it is determined whether the flag value set in the flag F_ ⁇ rear at the time of the previous control cycle is Lean (#1) (whether F_ ⁇ rear has reversed from the Lean side to the Rich side). judge.
  • the count value Count is set in step S36. - After incrementing Rear, the process shown in FIG. The process in FIG. 7 ends without incrementing the numerical value Count-Rear.
  • the catalyst deterioration diagnosis section 38 calculates the above equation ( 3) can be used to diagnose catalyst deterioration.
  • the oxygen concentration sensor is a titania (resistance type) oxygen concentration sensor, it is more temperature dependent than a zirconia (concentration battery) oxygen concentration sensor, so it remains inactive not only at low temperatures but also at high temperatures. Therefore, there may be cases where the catalyst deterioration diagnosis has to be interrupted.
  • the catalyst deterioration diagnosing device further includes an activation determination unit that determines the activation state of the oxygen concentration sensor 12, and the number of downstream passages (
  • a count storage unit 44 is provided for storing values of the count value (Count-Rear) and the number of upstream passages (Count-Front).
  • the count storage unit 44 It is preferable to use a non-volatile memory that can maintain its stored contents even without the memory and whose values can be rewritten.
  • the downstream air-fuel ratio level counting section 35 and the upstream air-fuel ratio level counting section 37 calculate the value of the number of downstream passages (count value Count-RearEEP) stored in the count storage section 44 when starting the catalyst deterioration diagnosis. And the stored value of the number of upstream passages (count value Count-FrontEEP) is set as an initial value to count value Count-Rear and count value Count-Front (counting is restarted using these stored values as initial values).
  • the count storage unit 44 stores information when the above-mentioned fuel injection amount Ti is substantially zero, when the rotation of the internal combustion engine is stopped, or when the oxygen concentration sensor 12 becomes inactive. , the count value Count-Rear and the count value Count-Front at that time are stored.
  • the upstream air-fuel ratio level counting section 37 and the downstream air-fuel ratio level counting section 35 detect that the fuel injection amount Ti has become substantially other than zero, the internal combustion engine has been restarted, and the oxygen concentration sensor 12 has returned to the active state.
  • the values of the number of downstream passages and the number of upstream passages stored in the count storage unit 44 are read out, and these are set as initial values to overwrite the count value Count-Rear and the count value Count-Front, respectively. Then restart these counts.
  • FIG. 8 shows the catalyst deterioration diagnosis processing performed using the count storage section 44 in this manner.
  • the process shown in FIG. 8 is an upper routine that calls the above-mentioned upstream side count process (FIGS. 5 and 6) and downstream side count process (FIG. 7) as subroutines, and the above-mentioned upstream side count process is performed by the catalyst deterioration diagnosis device of the ECU 15. It is executed at predetermined time intervals, similar to the processing and downstream count processing.
  • the catalyst deterioration diagnosis device When the catalyst deterioration diagnosis process of FIG. 8 is started, the catalyst deterioration diagnosis device first sets the value of the flag F_MEMINIT, which will be described later, to the flag F_MEMINITpre (step S81).
  • step S82 the system from the oxygen concentration sensor 12 to the ECU 15, that is, the sensor heater 12b, the voltage calculation unit 24 of the ECU 15, the heater controller 22, or the wiring interconnecting these (for example, the wire harness or the ECU 15) (including circuit patterns, etc.), it is determined whether or not a failure has been reported through a diagnostic process (not shown).
  • step S83 If it is determined that a failure has been reported in the system from the oxygen concentration sensor 12 to the ECU 15, the value of the flag F_MEMINIT is reset to zero (step S83), the process proceeds to step S96, and the count value Count-Front and the count value Count-Rear, the count value Count-FrontEEP, and the count value Count-RearEEP of the count storage section 44 are reset to zero, respectively, and the catalyst deterioration diagnosis process is ended.
  • step S82 If it is determined in step S82 that no failure has been reported in the system from the oxygen concentration sensor 12 to the ECU 15, the process proceeds to step S84, where it is determined whether the ignition key switch of the internal combustion engine is in the on state. If the ignition key switch is in the on state, the process proceeds to step S85, where it is determined whether the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or higher than the predetermined value #NECRK, and if the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or higher than the predetermined value #NECRK, sets #1 as the value of the flag F_MEMINIT (step S86).
  • step S87 it is determined whether the value of the flag F_MEMINIT is the same as the value of the flag F_MEMINITpre set in step S81 (step S87). If it is determined that they are the same, the process directly advances to step 92. If it is determined in step S87 that the value of the flag F_MEMINIT and the value of the flag F_MEMINITpre are not the same, the value of the count value Count-FrontEEP of the count storage unit 44 is set for the count value Count-Front, and The value of the count value Count-RearEEP in the count storage section 44 is set for the numerical value Count-Rear (step S88), and the process proceeds to step 92.
  • step S84 determines whether the ignition key switch is in the off state, or if the rotational speed of the internal combustion engine is less than the predetermined value #NECRK in step S85, #0 is set as the value of the flag F_MEMINIT ( Step S89), it is determined whether the value of the flag F_MEMINIT is the same as the value of the flag F_MEMINITpre set in step S81 (step S90). If it is determined that they are the same, the process directly advances to step 92.
  • step S90 If it is determined in step S90 that the value of the flag F_MEMINIT and the value of the flag F_MEMINITpre are not the same, the value of the count value Count-Front is copied (stored) to the count value Count-FrontEEP of the count storage unit 44, Then, the value of the count value Count-Rear is copied (stored) in the count value Count-RearEEP of the count storage unit 44 (step S91), and the process proceeds to step 92.
  • step S92 the above-described upstream count process (FIGS. 5 and 6) and downstream count process (FIG. 7) are executed. That is, the values of the count value Count-Front and the count value Count-Rear are updated through the upstream side count process (FIGS. 5 and 6) and the downstream side count process (FIG. 7).
  • step S93 it is determined whether the value of the flag F_MEMINIT is #1 or not, and if the value of the flag F_MEMINIT is #0, the catalyst deterioration diagnosis process is directly ended. If the value of the flag F_MEMINIT is #1 in step S93, it is determined whether the value of the count value Count-Front is greater than or equal to the predetermined value #CTCATDIAG (step S94), and the value of the count value Count-Front is determined to be greater than or equal to the predetermined value #CTCATDIAG. If it is less than the predetermined value #CTCATDIAG, the catalyst deterioration diagnosis process is directly ended.
  • step S94 If it is determined in step S94 that the value of the count value Count-Front is greater than or equal to the predetermined value #CTCATDIAG, the deterioration status of the catalyst is diagnosed using, for example, the above equation (3) (step S95). Next, the count value Count-Front and count value Count-Rear, and the values of count value Count-RearEEP and count value Count-RearEEP in the count storage section 44 are reset to zero (step S96), and the catalyst deterioration diagnosis process is performed. finish.
  • the number of times the output signal of the oxygen concentration sensor 12 on the downstream side of the catalytic converter 11 crosses the stoichiometric air-fuel ratio (excess air ratio ⁇ is #1.0) level is calculated.
  • Deterioration of the catalytic converter 11 is determined based on the numerical value Count-Rear, the count value Count-Front of the number of times the pseudo air-fuel ratio level ParLAM in the exhaust port crosses the stoichiometric air-fuel ratio level, and the deterioration judgment threshold Th. is diagnosed. Therefore, the degree of deterioration of the catalyst in the catalytic converter 11 can be diagnosed using a single oxygen concentration sensor 12 without adversely affecting emissions or drivability, and without increasing device costs or complicating the device. be able to.
  • the air-fuel ratio level setting unit 36 sets the air-fuel ratio level ParLAM to Since the predetermined value #ParLAMMAX is set to a positive value indicating that is a value on the lean side, when the opening time of the fuel injection valve 6 becomes zero (fuel cut), the above equation ( The error caused by dividing the torque TQ by the zero fuel injection amount Ti when calculating the air-fuel ratio level ParLAM in 2) can be avoided.
  • the data selection unit 39 determines that the cumulative exhaust volume GasVolSum is zero than a predetermined threshold value Lt or Rt. If the air-fuel ratio level ParLAM value is close to , the air-fuel ratio level ParLAM value is selected as an unused value that is not used for determining whether the stoichiometric air-fuel ratio level has been exceeded. Thereby, it is possible to prevent the count value Count-Front from being excessively counted up due to spike noise-like behavior when the air-fuel ratio level ParLAM crosses the stoichiometric air-fuel ratio level.
  • downstream air-fuel ratio level counting unit 35 and the upstream air-fuel ratio level counting unit 37 calculate the number of downstream passages (Count-RearEEP) and the number of upstream passages (Count-FrontEEP) stored in the count storage unit 44. Since counting of the count value Count-Front and count value Count-Rear is restarted with the initial value of It is possible to continue counting the count value Count-Front and the count value Count-Rear without wasting the number of downstream crossings and the number of upstream crossings.
  • the count storage unit 44 is configured with a non-volatile memory, even if the power supply to the ECU 15 of the internal combustion engine is stopped by turning off the ignition key, the number of downstream passages stored in the count storage unit 44 and the upstream The data on the number of transitions is not lost, so even if the ignition key is turned off, the catalyst deterioration diagnosis is stopped, and the power supply to the ECU 15 is also stopped, the internal combustion engine can be restarted by turning the ignition key on again.
  • the count is started using the count value Count-RearEEP and count-FrontEEP, which are the values of count value Count-Front and count value Count-Rear at the time when catalyst deterioration diagnosis was stopped, as initial values. Can be restarted.
  • the catalyst deterioration diagnosis section is provided with a deterioration rate calculation section (formula (3)), and when the count value Count-Front is a value greater than or equal to the predetermined value #CTCATDIAG, the catalyst deterioration rate calculation section based on the deterioration rate of the catalyst is It is preferable that deterioration diagnosis be performed. According to this, it is possible to set the count value Count-Front, which is the denominator for calculating the deterioration rate of the catalyst, to a value as large as possible, so that the degree of progress of catalyst deterioration (degree of deterioration) can be linearized. It is possible to provide a highly accurate catalyst deterioration diagnostic device that can perform determination.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
  • the count value Count-Front and the count value Count-Rear are set at each increment (count
  • the present invention is not limited thereto.
  • the count value Count-Front and the count value Count-Rear may be incremented at the time of reversal from the Rich side to the Lean side.
  • Excess rate calculation section 26... Substitute value calculation section, 27... Rotation speed calculation section, 28... Target value calculation section, 29... Basic injection amount calculation section, 30... Feedback coefficient calculation section, 31... Injection amount calculation section, 32... Torque calculation section, 33... Limit threshold setting section, 34... Storage section, 35... Downstream air-fuel ratio level counting section, 36... Air-fuel ratio level setting section, 37... Upstream air-fuel ratio level counting section, 38... Catalyst deterioration diagnosis section, 39... Data sorting section , 44... Count storage unit, Ca... Arithmetic unit, In1, In2... Input, Tb... Conversion coefficient table, Lp, Sp... Processor.

Landscapes

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Abstract

触媒コンバータの触媒の劣化度合いを１つの酸素濃度センサで支障なく検出できる触媒劣化診断装置を提供する。触媒劣化診断装置は、触媒コンバータ（１１）より下流側の酸素濃度センサ（１２）の出力信号が理論空燃比レベルを渡過した回数を計数する下流空燃比レベル計数部（３５）と、内燃機関の排気ポート内での空燃比レベルが理論空燃比レベルを渡過した回数を計数する上流空燃比レベル計数部（３７）と、これらの計数値を記憶する計数記憶部（４４）と、これらの計数値に基づいて触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断部（３８）とを備え、触媒の劣化診断を開始する際に、計数記憶部（４４）に記憶された計数値を初期値として上記計数を再開する。

Description

触媒劣化診断装置
　本発明は、内燃機関の排気管に設けられる触媒コンバータにおける触媒の劣化状況についての診断である劣化診断を行う触媒劣化診断装置に関する。
　従来、排気通路の排気浄化用触媒の上流側に設けられた上流側酸素センサと、前記触媒より下流側に設けられた下流側酸素センサが配備されたエンジンの制御装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
　特許文献１の装置では、エンジンの運転状態パラメータに基づいて、上流側酸素センサの出力に対する第１スライスレベル、及び下流側酸素センサの出力に対する第２スライスレベルが設定される。そして、上流側酸素センサの出力が第１スライスレベルを横切る回数をカウントするとともに、下流側酸素センサの出力が第２スライスレベルを横切る回数をカウントし、これらのカウント値の比に基づいて、触媒の劣化診断が行われる。
　この触媒劣化判定の処理は、診断許可条件が成立して定常運転状態にあることを条件として行われる。そして、この条件が成立しなくなった場合には、上述のカウント値がリセットされ、触媒の劣化診断がやり直しされる。
　特許文献２の装置では、上流側酸素センサ及び下流側酸素センサの出力に基づいて、触媒前空燃比を目標空燃比に収束させるべく、燃料噴射量についてのフィードバック制御が行われる。そして、下流側酸素センサの出力とストイキ領域内又はその近傍に設定される劣化度合検出用閾値とを用いて触媒の劣化度合が検出され、検出された劣化度合が運転領域毎に学習値として記憶・更新され、その学習値がフィードバック制御に反映される。
特開平５－２８０４０２号公報 特許第５２９５１７７号公報
　しかしながら、上記特許文献１、２の装置はいずれも触媒の劣化診断を行うために上流側酸素センサ及び下流側酸素センサの２つのセンサを必要としている。したがって、触媒の劣化診断に酸素センサが１つで足りるとすれば、触媒の劣化診断に要するコストを抑制することができる。
　また、上記特許文献１の装置によれば、診断許可条件が成立して定常運転状態と判別される条件が成立しなくなった場合には、上述のカウント値がリセットされ、触媒の劣化診断がやり直しされるので、それまでのカウントに費やした時間が無駄となる。
　本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、触媒の劣化診断を１つの酸素濃度センサでかつ高い頻度で実施できる触媒劣化診断装置を提供することにある。
　本発明の触媒劣化診断装置は、
　内燃機関の排気ポートに連なる排気管に介装された触媒コンバータの触媒より下流側の前記排気管内の排気中における酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出値に基づいて前記内燃機関の空燃比フィードバック制御を実行する該内燃機関に付設される触媒劣化診断装置において、
　前記内燃機関のトルク値を算出するトルク演算部と、
　前記内燃機関の１回の燃焼のために供給される燃料噴射量を捕捉する燃料噴射量捕捉部と、
　前記酸素濃度センサの活性状態を判定する活性判断部と、
　前記酸素濃度センサの出力信号が理論空燃比レベルを渡過した下流渡過回数を計数する下流空燃比レベル計数部と、
　前記トルク値及び前記燃料噴射量に基づいて前記排気ポート内での空燃比レベルを疑似的に設定する空燃比レベル設定部と、
　前記排気ポート内での空燃比レベルが理論空燃比レベルを渡過した上流渡過回数を計数する上流空燃比レベル計数部と、
　前記下流渡過回数の値及び前記上流渡過回数の値を記憶する計数記憶部と、
　前記下流渡過回数及び前記上流渡過回数に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断部を備え、
　前記下流空燃比レベル計数部及び前記上流空燃比レベル計数部は、前記触媒の劣化診断を開始する際に、前記計数記憶部に記憶された下流渡過回数の記憶値及び上流渡過回数の記憶値を初期値として前記下流渡過回数及び前記上流渡過回数の計数を再開することを特徴とする。
　本発明によれば、触媒コンバータより下流側の酸素濃度センサの出力信号が理論空燃比レベルを渡過した回数の計数値と、排気ポート内での疑似的な空燃比レベルが理論空燃比レベルを渡過した回数の計数値とに基づいて、触媒の劣化診断が行われるので、触媒の劣化診断には１つの酸素濃度センサで行うことができる。
　また、下流空燃比レベル計数部及び上流空燃比レベル計数部は、触媒の劣化診断を開始する際に、計数記憶部に記憶された下流渡過回数の記憶値及び上流渡過回数の記憶値を初期値として下流渡過回数及び上流渡過回数の計数を再開するので、触媒の劣化診断が停止され、その後に再開される際には、停止するまでの過程で計数された下流渡過回数及び上流渡過回数を無駄にすることなく、下流渡過回数及び上流渡過回数の計数を続行することができる。
　したがって、触媒の劣化診断を１つの酸素濃度センサでかつ高い頻度で精度よく実施できる触媒劣化診断装置を提供することができる。
　本発明において、前記計数記憶部は、前記内燃機関の回転が停止された場合、又は前記酸素濃度センサが不活性状態となって前記触媒の劣化診断が停止される場合に、前記下流渡過回数の値及び前記上流渡過回数の値を前記下流渡過回数の記憶値及び前記上流渡過回数の記憶値として記憶するものであり、前記上流空燃比レベル計数部及び前記下流空燃比レベル計数部は、前記内燃機関が始動されている状態で前記酸素濃度センサが活性状態となって前記触媒の劣化診断が開始される場合に、前記下流渡過回数の記憶値及び前記上流渡過回数の記憶値を初期値として前記計数を再開するものであってもよい。
　触媒の劣化診断は、いわゆるアイドリングストップ機能やイグニッションオフ状態の下で内燃機関の回転が停止される場合には排気ガス流動が無くなるので実施不可能であるため、中断（停止）せざるを得ない。また、酸素濃度センサが不活性状態で酸素濃度センサの検出値を利用できない場合にも触媒の劣化診断は実施不可能であるため、中断せざるを得ない。
　さらに、酸素濃度センサがチタニア（抵抗型）酸素濃度センサである場合には、ジルコニア（濃淡電池）酸素濃度センサに比べて温度依存性が高いので、低温だけではなく高温度の状況でも不活性状態となり、触媒劣化診断が中断する場合がある。
　そこで、上記診断を中断せざるを得ないタイミングを、エンジン回転、活性判断結果などにより確実に把握し、上述のように下流渡過回数及び上流渡過回数の記憶及び記憶値からの初期値の設定を経て、下流渡過回数及び上流渡過回数の計数の再開を行う構成としている。これにより、触媒劣化診断の中断により生じるいわゆる捨てカウントによる無効（無駄）な診断処理の発生を抑制することができる。
　本発明において、前記計数記憶部は不揮発性メモリで構成されてもよい。これによれば、内燃機関のＥＣＵの電源がオフされても、計数記憶部に記憶した下流渡過回数及び上流渡過回数データは失われない。すなわち、信号待ちなどでのアイドリングストップではなくイグニッションキーをオフし、あるいは電源の瞬断などでＥＣＵが停止されてしまった場合であっても、下流渡過回数及び上流渡過回数を記憶しておくことができる。
　したがって、診断の中断等による捨てカウントの発生による無効（無駄）な診断処理の発生を確実に抑制することができる。
 
　本発明において、前記触媒劣化診断部は、前記上流渡過回数を計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ、及び前記下流渡過回数を計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒとして、次式により触媒の劣化率を算出する劣化率算出部を備え、
　　触媒の劣化率＝(Count-Rear/Count-Front)×100[%]
　前記計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔが所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ以上の値である場合に前記触媒の劣化率に基づく前記触媒の劣化診断を行うものであってもよい。
　これによれば、触媒劣化診断の中断により生じるいわゆる捨てカウントによる無効（無駄）な診断処理の発生を抑制することができる本発明の特徴部を活用して、触媒の劣化率計算の分母となる計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔを可及的に大なる値に設定することが可能となる。すなわち、計算により求める触媒の劣化率の分解能を可及的に高めることが可能となる。したがって、本発明によれば、触媒劣化の有り無しという二値分類的な判定ではなく、触媒劣化の進行の程度（劣化度合い）をリニアに判定することが可能な高精度の触媒劣化診断装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る触媒劣化診断装置を備える内燃機関の主要部の構成を模式的に示す模式図である。 図１の内燃機関のＥＣＵにおける主要構成を示すブロック図である。 疑似燃比レベルＰａｒＬＡＭを算出するための回路モデルを示すブロック回路図である。 図１の内燃機関のＥＣＵにおいて触媒コンバータの触媒の劣化状況を診断する様子を示すタイミングチャートである。 前記触媒劣化診断装置における空燃比レベル設定部、データ選別部、及び上流空燃比レベル計数部による上流側カウント処理の前半を示すフローチャートである。 図５の上流側カウント処理の後半を示すフローチャートである。 前記触媒劣化診断装置の下流空燃比レベル計数部による下流側カウント処理を示すフローチャートである。 図２のＥＣＵにおける触媒劣化診断処理を示すフローチャートである。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る触媒劣化診断装置を備える４サイクル形式の内燃機関の主要部の構成を示す。この内燃機関は、内燃機関の排気中の酸素濃度に基づいて得られる空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う機能を有する。そして、触媒劣化診断装置は、内燃機関に設けられた触媒コンバータの触媒の劣化状況を診断する機能を有する。
　同図に示すように、この内燃機関の機関本体１は、吸入ポートに設けられた吸気管２と、吸気管２内に設けられてエアクリーナ４から吸入ポートに供給される吸気の量を開度に応じて調整するスロットル弁３とを備える。
　スロットル弁３には、スロットル弁３の開度を検出するスロットルセンサ５が設けられる。吸気管２の吸入ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられる。燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって燃料が圧送される。
　吸気管２には、吸気管２における吸気圧を検出する吸気圧センサ７及び吸気管２内の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ８が設けられる。機関本体１の排気ポートに連結された排気管１０内には、排気管１０の排気中の未燃焼成分を低減させる触媒コンバータ１１及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１２が設けられる。酸素濃度センサ１２は、排気管１０に介装された触媒コンバータ１１より下流側の排気管１０内の排気中における酸素濃度を検出するものである。
　機関本体１には、点火装置１４に接続された点火プラグ１３が固着される。ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５が点火装置１４に対して点火タイミングの指令を発することにより、機関本体１のシリンダ燃焼室内で火花放電が生じる。
　ＥＣＵ１５には、スロットルセンサ５、吸気圧センサ７、吸気温センサ８、酸素濃度センサ１２、冷却水温センサ１７、及び大気圧を検出する大気圧センサ２０のそれぞれの検出値を示すアナログ電圧が入力される。また、ＥＣＵ１５には、上記の燃料噴射弁６が接続される。
　ＥＣＵ１５には、さらに、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示す信号が入力される。すなわち、クランク角度センサ１９は、クランク軸１８に連動して回転するロータ１９ａの外周に所定角度（例えば、１５度）毎に設けられた複数の凸部を、ロータ１９ａの外周近傍に配置されたピックアップ１９ｂによって磁気的あるいは光学的に検出し、ピックアップ１９ｂからクランク軸１８の所定角度の回転毎にパルス（クランク信号）を発生する。
　具体的には、クランク角度センサ１９は、ピストン９が上死点に至る毎に、又はクランク軸１８が３６０度回転する毎に基準角度を示す信号をＥＣＵ１５に出力する。
　図２は、ＥＣＵ１５における主要な構成を示す。同図に示すように、ＥＣＵ１５に排気中の酸素濃度の検出信号を供給する酸素濃度センサ１２は、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられて排気中の酸素濃度を検出する検出部としてのセンサ素子１２ａと、センサ素子１２ａに隣接してセンサ素子１２ａを加熱するセンサヒータ１２ｂとを備える。
　センサ素子１２ａは、内燃機関の排気がストイキメトリック近傍の酸素濃度である際に略ステップ状に変化する抵抗値を有し、該抵抗値から求める検出値がセンサ素子１２ａの温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する。センサ素子１２ａとしては、本実施形態では、酸素濃度に応じて抵抗値が変化する抵抗型酸素センサであるチタニア型のセンサ素子が用いられる。
　ＥＣＵ１５は、センサヒータ１２ｂを制御するヒータ制御器２２と、センサ素子１２ａの温度を示す温度値Ｔを算出する温度読取部としての温度算出部２３と、センサ素子１２ａの出力信号を、排気中の酸素濃度を示す検出値としての電圧値ＶＨＧに変換する電圧算出部２４とを備える。
　ヒータ制御器２２によるセンサヒータ１２ｂの温度の制御は、不図示の電源（蓄電池）からセンサヒータ１２ｂに供給される通電電流量ＩをＥＣＵ１５でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより行われる。また、温度算出部２３による温度値Ｔの算出は、たとえば、センサヒータ１２ｂに印加されたヒータ電圧及び通電電流量Ｉの各値をＥＣＵ１５で読み取ってセンサヒータ１２ｂの抵抗値を求め、該抵抗値を、ＥＣＵ１５に予め準備されたヒータ抵抗値及び温度値Ｔ間の対応関係を示すテーブルデータあるいは計算式によって換算することにより行われる。温度算出部２３及び電圧算出部２４における算出結果は、後述する過剰率算出部２５の代替値演算部２６に供給される。
　また、ＥＣＵ１５は、クランク角度センサ１９の検出結果に基づいて内燃機関の回転速度ＮＥ及び角速度ＮＥＴＣを算出する回転速度演算部２７と、温度算出部２３からの温度値Ｔ、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ、及び回転速度演算部２７からの角速度ＮＥＴＣに基づいて空気過剰率λを算出する過剰率算出部２５とを備える。
　さらに、ＥＣＵ１５は、目標とする空気過剰率λｃｍｄを触媒コンバータ１１の触媒における貯蔵酸素量の推定値等に基づいて算出する目標値演算部２８と、回転速度演算部２７からの回転速度ＮＥ、及び吸気圧センサ７からの吸気管２内の圧力ＰＭに基づいて基本噴射量ＢＪを算出する基本噴射量演算部２９と、過剰率算出部２５により算出された空気過剰率λを目標空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、基本噴射量演算部２９が算出した基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数ｋを求めるフィードバック係数演算部３０と、フィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて燃料噴射量Ｔｉを算出するとともに、燃料噴射弁６を作動させる噴射量演算部３１とを備える。この噴射量演算部３１は、内燃機関の１回の燃焼のために供給される燃料噴射量Ｔｉを捕捉する燃料噴射量捕捉部として機能する。
　フィードバック係数演算部３０においては、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差に基づいたＰＩＤ制御が行われてフィードバック係数ｋが演算される。噴射量演算部３１によりフィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて算出される燃料噴射量Ｔｉに基づき、これに対応する時間だけ、燃料噴射弁６が開弁される。而して、機関本体１のシリンダ燃焼室内には空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの比較に基づいた上記ＰＩＤ制御のフィードバック係数ｋに応じた量の燃料が噴射される。
　過剰率算出部２５は、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ及び温度算出部２３からの温度値Ｔに基づき、電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤを用いて排気の空気過剰率λを算出するものである。ただし、この算出は、電圧値ＶＨＧがリーン側の変換限界値（後述のリーン側閾値ＬＲＥＦ）以下の場合に適用され、電圧値ＶＨＧがこの変換限界値より大きいときには、後述の別の方法で空気過剰率λが求められる。
　過剰率算出部２５は、内燃機関のクランク角速度ＮＥＴＣに基づき、例えば特許０６２５４６３３号公報に記載の方法で内燃機関のトルク値ＴＱを算出するトルク演算部３２と、上述のリニアライズ変換についての変換限界閾値を設定する限界閾値設定部３３と、空気過剰率λの代替値Ｒを算出するのに必要なデータやテーブルを記憶する記憶部３４と、代替値Ｒを算出する代替値演算部２６とを備える。
　限界閾値設定部３３は、変換限界閾値として、リーン側の変換限界域値であるリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側の変換限界値であるリッチ側閾値ＲＲＥＦを、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧについて設定する。ただし、チタニア型のセンサ素子１２ａは、温度が変化すると、出力値のダイナミックレンジ（センサ出力電圧の線形領域の最小値と最大値の各値）が変化する。このため、変換限界閾値は、温度算出部２３からの温度値Ｔに応じて変更される。
　記憶部３４は、代替値Ｒの算出に必要なデータとして、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦ以下のとき、燃料噴射弁６による燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、トルク値ＴＱ１、リーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂを記憶する。
　代替値演算部２６は、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦを超えているとき、直前の燃料噴射の実行時間をＴｉ２、直前のトルク値をＴＱ２として、次式（１）により代替値Ｒを算出する。
　Ｒ＝（（Ｔｉ１÷Ｔｉ２）÷（ＴＱ１÷ＴＱ２））×λｂ　　（１）
　そして、過剰率算出部２５は、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦを超えている場合には、上述のリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λに代えて、代替値Ｒを排気の空気過剰率λとみなす。なお、以上の内燃機関の空燃比フィードバック制御については、特願２０２０－１７９５１１号において詳述されている。
　ＥＣＵ１５は、さらに、電圧算出部２４を介して得られる酸素濃度センサ１２の出力信号である電圧値ＶＨＧに基づいて、該電圧値ＶＨＧが理論空燃比レベルを渡過した回数をカウントする下流空燃比レベル計数部３５と、上述のトルク値ＴＱ及び燃料噴射量Ｔｉに基づいて排気ポート内での疑似的な空燃比レベルＰａｒＬＡＭを設定する空燃比レベル設定部３６と、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過した回数をカウントする上流空燃比レベル計数部３７と、上流空燃比レベル計数部３７及び下流空燃比レベル計数部３５の各計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及びＣｏｕｎｔ－Ｒｅａｒに基づいて触媒コンバータ１１における触媒の劣化を診断する触媒劣化診断部３８とを備える。
　下流空燃比レベル計数部３５は、触媒コンバータ１１より下流側の排気管１０内の排気中における空燃比を検出する酸素濃度センサ１２の出力信号である電圧値ＶＨＧが、理論空燃比レベルを渡過した回数をカウントする。
　空燃比レベル設定部３６による空燃比レベルＰａｒＬＡＭの取得は、上述のトルクＴＱ及び燃料噴射量Ｔｉに基づき、次式（２）を用いて行うことができる。
　ＰａｒＬＡＭ＝ａｄｊｋ×（ＴＱ／Ｔｉ）－＃１．０　　　　（２）
　ここで、係数ａｄｊｋは、この係数ａｄｊｋを燃料噴射量Ｔｉへの対応関係を付けて示すルックアップテーブルである換算係数テーブルＴｂの検索値である。
　図３は、空燃比レベルＰａｒＬＡＭを取得するための空燃比レベル設定部３６の制御モデルを示す。この制御モデル内では、図３において下側の入力Ｉｎ２から入力されるＴｉ値に対応する係数ａｄｊｋを、上記入力Ｉｎ２から入力されたＴｉ値により上記換算係数テーブルＴｂで検索して取得し、これを、入力Ｉｎ１から入力されるトルクＴＱに基づき、演算器Ｃａにおいて空燃比レベルＰａｒＬＡＭのパラメータ（ＴＱ／Ｔｉ）に乗じたうえで＃１．０を減じ、空燃比レベルＰａｒＬＡＭを算出している。この実施の形態では、ストイキ領域での運転では基本トルクと燃料噴射量は比例関係にあり、等価となることを利用しているため、空燃比レベルＰａｒＬＡＭは、Ｌｅａｎ（リーン；希薄）側であれば正の値、Ｒｉｃｈ（リッチ；濃い）側であれば負の値を取る。
　ただし、この制御モデルでは、トルクＴＱをＴｉ値から算出した等価トルクで除するため、ゼロ割禁止処理を行う処理器Ｓｐと、分母が極小となったときのために上下限値のリミット処理を行う処理器Ｌｐを追加している。すなわち、空燃比レベル設定部３６は、上記ゼロ割禁止処理として、燃料噴射量Ｔｉが所定値以下、例えば噴射時間がゼロ（燃料カット）である場合には、空燃比レベルＰａｒＬＡＭを、理論空燃比レベルよりも大きい値、すなわちリーン側の空燃比レベルに強制的に設定する。
　触媒劣化診断部３８による触媒の劣化診断は、上流空燃比レベル計数部３７の計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ、及び下流空燃比レベル計数部３５の計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒに基づき、例えば次式（３）を用いて行われる。
　(Count-Rear/Count-Front)×100[%]≧Th　　　　　　　　　（３）
　ここで、Ｔｈは、触媒が有効に機能しているか否かの判断基準となる劣化判断閾値である。触媒コンバータ１１の触媒が有効に機能している場合は、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ＞計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒとなる。また、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔと計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒとが一致する場合には、触媒内における排気の酸化還元反応が生じていない状態と言える。つまり、計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔとＣｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの比率に基づいて触媒の劣化率がわかる。したがって、劣化判断閾値Ｔｈを適切に設定し、（Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ／Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ）×１００[％]の値が劣化判断閾値Ｔｈ以上か否かに基づいて、触媒の劣化有無を診断することができる。
　ただし、空燃比レベルＰａｒＬＡＭ（≒トルク値ＴＱ÷燃料噴射量Ｔｉ）が理論空燃比レベルを渡過した渡過回数をカウントするには、空燃比レベルＰａｒＬＡＭがリッチ・リーンのいずれの側の値を有するかを逐次判定する必要がある。この逐次のリッチ・リーン判定に際し、渡過時の近傍で空燃比レベルＰａｒＬＡＭがスパイクノイズ的に振舞うと、渡過回数を過剰にカウントする恐れがある。
　これを回避するためには、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過したことが判定された場合でも、ただちにカウントはせず、渡過したことが確実であることが判明するまでカウントを保留する必要がある。この目的のために、渡過したことが判定された場合でも、ある程度の排気流量が触媒を通過するまで、リッチ・リーン判定に基づく渡過回数のカウントが保留される。
　具体的には、ＥＣＵ１５は、排気管１０内に進入する排気ガス量の推定値である排気ガスボリュームＧａｓＶｏｌと、この排気ガスボリュームＧａｓＶｏｌ及び上述の空燃比レベルＰａｒＬＡＭから設定する排気体積Ｖｔｈｒｕと、該排気体積Ｖｔｈｒｕの積算から求められる積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍとに基づいて、空燃比レベル設定部３６により設定された空燃比レベルＰａｒＬＡＭの現在値が、リッチ・リーン判定に使用できるものであるかどうかの選別を行うデータ選別部３９をさらに有する。
　データ選別部３９は、空燃比レベル設定部３６が設定した空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過した時点で積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍをゼロに初期化し、かつ、該初期化以降に積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍに排気管１０への排気体積Ｖｔｈｒｕを積算し、この積算された積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが所定値を超えない状態で前記初期値化が行われた場合には、設定された空燃比レベルＰａｒＬＡＭの現在値を、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過したかどうかの判定には使用しない不使用値として選別する。
　図４は、ＥＣＵ１５において触媒コンバータ１１の触媒の劣化を診断する様子を示すタイミングチャートである。
　図４において、曲線４０及び４１は、それぞれ内燃機関のトルク値ＴＱ及び燃料噴射量Ｔｉの変化を示す。Ｆ＿ＰａｒＬＡＭは、Ｌｅａｎ（＃１）又はＲｉｃｈ（＃０）いずれかのフラグ値を有するフラグである。このフラグ値は、上記曲線４０及び４１のように変化するトルク値ＴＱ及び燃料噴射量Ｔｉから、空燃比レベル設定部３６により上述の式（２）で得られる空燃比レベルＰａｒＬＡＭが、理論空燃比レベルのリーン側又はリッチ側のいずれの値を有するかを判定し、この判定結果を２値化することによって得られる。
　ただし、このフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭには、Ｌｅａｎ又はＲｉｃｈのいずれのフラグ値を有するかの判定結果がスパイクノイズ的に振舞う区間Ｔ１やＴ２が存在する。このまま、上流空燃比レベル計数部３７で空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過した回数をカウントすると、上述のように、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔが、上記曲線４０及び４１から理解される実際の燃料噴射量Ｔｉの振動数よりも過剰な値になる。これを防止するため、データ選別部３９では、次に述べるようにして、上述の空燃比レベルＰａｒＬＡＭについての選別が行われる。
　図４中のＧａｓＶｏｌＳｕｍは、上述の排気体積Ｖｔｈｒｕを積算した積算排気体積である。図４のように、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを通過した各時点（フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭ参照）で積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍは、ゼロに初期化され、該初期化以降に、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍへの排気体積Ｖｔｈｒｕの積算が開始される。
　なお、後述するように、排気体積Ｖｔｈｒｕは積算排気体積ＧａｓＶｏｌに空燃比レベルＰａｒＬＡＭを乗じて求められる（式（５））。したがって、この実施の形態で空燃比レベルＰａｒＬＡＭがＬｅａｎ側（正の値）である場合には正方向に積算され、Ｒｉｃｈ（負の値）である場合には負方向に積算されてゆく。
　そして、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが正方向に積算される際の閾値Ｌｔ又は負方向に積算される際の閾値Ｒｔを超えない状態で前記初期値化が行われる場合には、空燃比レベルＰａｒＬＡＭの現在値は、上流空燃比レベル計数部３７におけるカウントにおいて使用しないように選別される。
　具体的には、まず、簡易的な算出モデルを用いて排気ガスボリュームＧａｓＶｏｌが求められる。この算出モデルでは、次式（４）により排気ガスボリュームＧａｓＶｏｌが算出される。
　GasVol=Vbdc×(EgT/EgTbdc)×(TQ/maxTQ)×(NE/120)　　　　　　（４）
　ここで、Ｖｂｄｃは下死点（ＢＤＣ：Ｂｏｔｔｏｍ　ｄｅａｄ　ｃｅｎｔｅｒ）での排ガス容積であり、たとえば内燃機関のシリンダ内容積から設定される。ＥｇＴは触媒下流での排ガス温度（Ｋ）であり、ＥｇＴｂｄｃは下死点（ＢＤＣ）での排ガス温度（Ｋ）であり、これら排ガス温度（Ｋ）は、たとえば上述の温度算出部２３からの温度値Ｔや排気管１０の既知の諸元値等に基づいて推定される。ｍａｘＴＱは上述のトルク演算部３２で算出されるトルクＴＱの最大値であり、ＮＥは上述の内燃機関の回転速度である。
　そして、触媒を通過する排気体積Ｖｔｈｒｕが、次式（５）により算出される。
　Ｖｔｈｒｕ＝ＧａｓＶｏｌ×ＰａｒＬＡＭ　　　　　　　　　（５）
　式（５）から諒解されるように、排気体積Ｖｔｈｒｕは上述の空燃比レベルＰａｒＬＡＭのリーン側の「＋」とリッチ側の「－」としての符号を継承する。したがって、排気体積Ｖｔｈｒｕの積算値である図４中の積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍは、空燃比レベルＰａｒＬＡＭがリーン側の「＋」である場合には図４において上方向へと増加され、空燃比レベルＰａｒＬＡＭがリッチ側の「－」である場合には図４において下方向へと減算されている。
　上述の空燃比レベルＰａｒＬＡＭについての選別を行うために、図４のように、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを通過した時点（フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭ参照）で積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍがゼロに初期化され、該初期化以降に排気体積Ｖｔｈｒｕの積算が開始される。そして、上述のように、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが「＋」側の閾値Ｌｔ又は「－」側の閾値Ｒｔを超えない状態で前記ゼロに初期化が行われた場合には、その時点での空燃比レベルＰａｒＬＡＭは、上流空燃比レベル計数部３７におけるカウントにおいて使用しないように選別される。
　この選別を行うために、積算値ＧａｓＶｏｌＳｕｍが閾値Ｌｔ又は閾値Ｒｔに到達した時点で、それぞれ空燃比レベルＰａｒＬＡＭの値がリーン側の値である場合には、その旨を示すフラグ値としてＬｅａｎ（＃１）を設定し、リッチ側の値である場合には、その旨を示すフラグ値としてＲｉｃｈ（＃０）を設定する。これにより、図４中のフラグ信号Ｆ＿λｆｒｏｎｔが得られる。
　このフラグ信号Ｆ＿λｆｒｏｎｔに基づき、上流空燃比レベル計数部３７は、フラグ信号Ｆ＿λｆｒｏｎｔがＬｅａｎからＲｉｃｈへと変化する毎に、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔを、図４中の折線４２で示されるように、＃１ずつインクリメントする。これにより、スパイクノイズ的に振舞う上述の区間Ｔ１やＴ２における空燃比レベルＰａｒＬＡＭについては、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔのカウントアップに寄与するのが防止され、空燃比レベルＰａｒＬＡＭについての選別が達成されることになる。
　一方、これと並行して、下流空燃比レベル計数部３５は、図４中のＶＨＧで示される酸素濃度センサ１２の出力信号ＶＨＧに基づいて、出力信号ＶＨＧが理論空燃比レベルを渡過した回数をカウントする。
　すなわち、出力信号ＶＨＧが、空気過剰率λ＝１．０以上のリーン側の電圧値である場合には、その旨を示すフラグ値としてＬｅａｎ（＃１）を設定し、リッチ側の電圧値である場合には、その旨を示すフラグ値としてＲｉｃｈ（＃０）を設定する。これにより、図４中のフラグＦ＿λｒｅａｒが生成される。
　そして、このフラグ信号Ｆ＿λｒｅａｒがＬｅａｎからＲｉｃｈへと変化する毎に、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒを、図４中の折線４３で示されるように、＃１ずつインクリメントする。
　触媒劣化診断部３８は、上流空燃比レベル計数部３７からの計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び下流空燃比レベル計数部３５からの計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒに基づき、上述のように、式（３）を用いて触媒コンバータ１１の触媒について劣化の進行度合いの判定を行うことができる。
　図５及び図６は、触媒劣化診断装置における空燃比レベル設定部３６、データ選別部３９、及び上流空燃比レベル計数部３７による上流側カウント処理を示す。なお、上流側カウント処理は、所定時間間隔を置いたタイミングごとに実施される。上流側カウント処理が開始されると、まず、空燃比レベル設定部３６は、トルク演算部３２からのトルク値ＴＱ及び噴射量演算部３１からの燃料噴射量Ｔｉを取得する。また、このとき、後述する図７の下流側カウント処理が行われる（ステップＳ１）。次に、ステップＳ２では、燃料噴射量Ｔｉが所定の下限値＃ＴｉＭｉｎ以下であるか否かを判定する。
　ステップＳ２において燃料噴射量Ｔｉが所定の下限値＃ＴｉＭｉｎよりも大である場合には、トルク値ＴＱを燃料噴射量Ｔｉにより除してトルク噴射量比ＴＱ／Ｔｉを取得する（ステップＳ３）。次に、ステップＳ４では、疑似的な空燃比レベルＰａｒＬＡＭを、上述の式（２）を用いて取得する。
　なお、ステップＳ２において燃料噴射量Ｔｉが所定の下限値＃ＴｉＭｉｎ以下である場合には、上述のトルク値ＴＱを燃料噴射量Ｔｉにより除する演算処理は行われず、トルク噴射量比ＴＱ／Ｔｉの値として、あらかじめ定められたトルク噴射量比である＃ＴＱ／ＴｉＭＡＸの値が設定（ステップＳ５）され、疑似的な空燃比レベルＰａｒＬＡＭにはあらかじめ定められた疑似的な空燃比レベルＰａｒＬＡＭである＃ＰａｒＬＡＭＭＡＸの値が設定される（ステップＳ６）。これにより、ゼロで除算することにより生じるエラーを回避することができる。なお、この実施の形態においては、＃ＰａｒＬＡＭＭＡＸには空燃比がリーン側の値であることを示す正の値が設定されている。
　次に、ステップＳ７では、上述の式（４）を用いて算出された排気ガスボリュームＧａｓＶｏｌの値を取得する。ステップＳ８では、排気体積Ｖｔｈｒｕを上述の式（５）を用いて算出する。ステップＳ９では、後述するフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭの値をフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭｐｒｅに設定する。
　ステップＳ１０では、取得された空燃比レベルＰａｒＬＡＭが、理論空燃比レベルのリーン側又はリッチ側の値かどうかを判定する。すなわち、空燃比レベルＰａｒＬＡＭがリーン側の値であることを示す正の値である場合には、フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭの値としてＬｅａｎ（＝＃１）を設定し、空燃比レベルＰａｒＬＡＭがリッチ側の値であることを示す負の値である場合には、フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭの値としてＲｉｃｈ（＝＃０）を設定する。斯くして、図４に示されるようなフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭが得られる。
　ステップＳ１１では、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが正方向に積算される際の閾値Ｌｔ及び、負方向に積算される際の閾値Ｒｔを取得する。この実施の形態においては、閾値Ｌｔ及びＲｔは、たとえば内燃機関の回転速度値などに応じて動的に設定される、可変変数として取得される。
　ステップＳ１２では、活性判断部により、酸素濃度センサ１２が排気熱やヒータ熱等によって充分に暖められた状態である、活性状態となっているか否かを判定する。この判定は、後述する活性フラグＦ＿ＶＨＧＡＣＴが「１」（活性）であるか又は「０」（不活性）であるかによって行うことができる。ステップＳ１２において、酸素濃度センサ１２が不活性状態である場合、ステップＳ１３に進んでフラグＦ＿λｆｒｏｎｔのフラグ値として上述のフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭと同一のフラグ値を設定し、続く図６のステップＳ１４において積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍにゼロの値が設定され、上流側カウント処理が終了される。
　また、ステップＳ１２において、酸素濃度センサ１２が活性状態である場合は、ステップＳ１５に進んで、上述のステップＳ９で取得されたフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭｐｒｅと、ステップＳ１０で取得されたフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭとが同一の値であるか否かを判定する。ここで、フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭｐｒｅとフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭとが異なっている場合には、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを通過して空燃比レベルＰａｒＬＡＭの符号（＋又は－）が反転したことを示すので、続く図６のステップＳ１４に進んで積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍにゼロの値が設定され、上流側カウント処理が終了される。
　ステップＳ１５において、フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭｐｒｅとフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭとが同一値である場合には、続く図６のステップＳ１６に進み、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍにステップＳ８で取得された排気体積Ｖｔｈｒｕが加算（積算）される。続いてステップＳ１７に進み、フラグＦ＿ＰａｒＬＡＭが＃１（リーン側）であるか＃０（リッチ側）であるかを判定する。ステップＳ１７においてフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭが＃０（リッチ側）である場合には、ステップＳ１８に進み、フラグＦ＿λｆｒｏｎｔが＃１（リーン側）であるか＃０（リッチ側）であるかを判定する。ここで、フラグＦ＿λｆｒｏｎｔが＃１（リーン側）である場合にはさらにステップＳ１９に進み、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが上述（ステップＳ１１）の閾値Ｒｔ以下であるか否かを確認する。積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが閾値Ｒｔ以下のマイナス値である場合には、ステップＳ２０に進んでフラグＦ＿λｆｒｏｎｔを＃０（リッチ側）に設定するとともに、続くステップＳ２１で計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔをインクリメントする。かくして上流側カウント処理が終了される。
　ステップＳ１７においてフラグＦ＿ＰａｒＬＡＭが＃１（リーン側）である場合には、ステップＳ２２に進み、フラグＦ＿λｆｒｏｎｔが＃１（リーン側）であるか＃０（リッチ側）であるかを判定する。ステップＳ２２においてフラグＦ＿λｆｒｏｎｔがリッチ側（＃０）である場合には、ステップＳ２３に進み、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが上述（ステップＳ１１）の閾値Ｌｔ以上であるか否かを確認する。積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが閾値Ｌｔ以上のプラス値である場合には、ステップＳ２４に進んでフラグＦ＿λｆｒｏｎｔが「１」に設定され、ここでは、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔをインクリメントすることなく上流側カウント処理が終了される。
　図７は、触媒劣化診断装置の下流空燃比レベル計数部３５における下流側カウント処理を示す。この処理は、上述の上流側カウント処理と同じタイミングごとに実施される。下流側カウント処理が開始されると、まず、ステップＳ２５において、フラグＦ＿λｒｅａｒの値をフラグＦ＿λｒｅａｒｐｒｅに設定する。酸素濃度センサ１２の出力信号を、電圧算出部２４を介し、電圧値ＶＨＧとして取得する（ステップＳ２６）。また、温度算出部２３を介し、酸素濃度センサ１２の検出部（センサ素子１２ａ）の温度Ｔを取得する（ステップＳ２７）。
　次に、ステップＳ２８において、酸素濃度センサ１２が排気熱やヒータ熱等により暖められた後の状態である活性状態となっているか否かを判定する。ステップＳ２８において、酸素濃度センサ１２が不活性状態であると判定された場合、活性フラグＦ＿ＶＨＧＡＣＴが「０」に設定され、ステップＳ２９を介してステップＳ３０に進み、このステップＳ３０ではフラグＦ＿λｒｅａｒの値がゼロにリセットされ、これにて図７の処理が終了される。
　ステップＳ２８において、酸素濃度センサ１２が活性状態であると判定された場合は活性フラグＦ＿ＶＨＧＡＣＴが「１」に設定され、ステップＳ２９を介してステップＳ３１に進み、電圧値ＶＨＧおよび検出部の温度Ｔに基づき、触媒下流の空気過剰率λｒｅａｒを取得する。
　次に、ステップＳ３２において、この触媒下流の空気過剰率λｒｅａｒが理論空燃比レベル（空気過剰率λが＃１．０のレベル）以上であるか否かを判定する。そして、理論空燃比レベル以上であると判定した場合には、ステップＳ３３で、フラグＦ＿λｒｅａｒの値をＬｅａｎ（＃１）に設定し、そのまま、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒをインクリメントすることなく図７の処理が終了される。
　ステップＳ３２において、触媒下流の空気過剰率λｒｅａｒが理論空燃比レベル未満と判定した場合には、ステップＳ３４で、フラグＦ＿λｒｅａｒをＲｉｃｈ（＃０）に設定する。
　次に、ステップＳ３５において、ステップＳ３４で設定したフラグＦ＿λｒｅａｒの値が上述のステップＳ２５で設定したフラグＦ＿λｒｅａｒｐｒｅの値と一致するか否か、すなわち、今回ステップＳ３４で設定したフラグＦ＿λｒｅａｒの値がＲｉｃｈ（＃０）であるのに対して、前回の制御周期時点でフラグＦ＿λｒｅａｒに設定したフラグ値がＬｅａｎ（＃１）であるのか否か（Ｆ＿λｒｅａｒがＬｅａｎ側からＲｉｃｈ側に反転したか否か）を判定する。そして、フラグＦ＿λｒｅａｒｐｒｅとフラグＦ＿λｒｅａｒが相違しており、触媒下流の空気過剰率λｒｅａｒがＬｅａｎ（＃１）側からＲｉｃｈ（＃０）側に反転したと判定した場合には、ステップＳ３６において計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒをインクリメントしてから図７の処理を終了し、フラグＦ＿λｒｅａｒｐｒｅとフラグＦ＿λｒｅａｒが一致し触媒下流の空気過剰率λｒｅａｒがＬｅａｎ側からＲｉｃｈ側に反転しなかったと判定した場合には、そのまま、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒをインクリメントすることなく図７の処理を終了する。
　かくして、上流空燃比レベル計数部３７がカウントする計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び下流空燃比レベル計数部３５がカウントする計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒが取得されることにより、触媒劣化診断部３８は上述の式（３）を用いて触媒の劣化を診断することができる。
　ところで、このような触媒の劣化診断は、アイドルストップやイグニッションオフ状態で内燃機関の回転が停止される場合には、排気ガス流動が無くなるので実施不可能であるため、中断せざるを得ない。また、酸素濃度センサ１２が不活性状態で酸素濃度センサ１２の検出値を利用できない場合にも触媒の劣化診断は実施不可能であるため、中断せざるを得ない。
　さらに、酸素濃度センサがチタニア（抵抗型）酸素濃度センサである場合には、ジルコニア（濃淡電池）酸素濃度センサに比べて温度依存性が高いので、低温だけではなく高温度の状況でも不活性状態となり、触媒の劣化診断を中断せざるを得ない場合が生じる。
　触媒劣化診断を中断すると、上述の図５～図７の下流側カウント処理及び上流側カウント処理でそれぞれ計数される計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔについていわゆる捨てカウントが発生し、その間の処理が無効（無駄）となる。
　そこで、触媒劣化診断装置は、さらに、酸素濃度センサ１２の活性状態を判定する活性判断部と、下流空燃比レベル計数部３５及び上流空燃比レベル計数部３７によりそれぞれ計数された下流渡過回数（計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ）及び上流渡過回数（計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ）の値を記憶する計数記憶部４４を備える。
　なお、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔが、通電している間だけ記憶内容を維持できる揮発性メモリ（ＲＡＭ；ランダムアクセスメモリ）に構成されている場合、計数記憶部４４は、給電がなくても記憶内容を維持することができ、かつ値を書き換え可能な不揮発性メモリで構成されるのが好ましい。
　そして、下流空燃比レベル計数部３５及び上流空燃比レベル計数部３７は、触媒の劣化診断を開始する際に、計数記憶部４４に記憶された下流渡過回数の値（計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰ）及び記憶された上流渡過回数の値（計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰ）を初期値として計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔに設定（これら記憶された値を初期値として計数を再開）する。
　具体的には、計数記憶部４４は、上述の燃料噴射量Ｔｉが実質的にゼロである場合、内燃機関の回転が停止された場合、又は酸素濃度センサ１２が不活性状態となった場合に、その時点での計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔを記憶する。
　そして、上流空燃比レベル計数部３７及び下流空燃比レベル計数部３５は、燃料噴射量Ｔｉが実質的にゼロ以外となって内燃機関が再始動され、かつ酸素濃度センサ１２が活性状態に復帰した場合に、計数記憶部４４に記憶されている下流渡過回数及び上流渡過回数の値を読み出して、これを初期値として計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔそれぞれに上書き設定し、斯くしてこれらの計数を再開する。
　図８は、このように計数記憶部４４を利用して行う触媒劣化診断処理を示す。この図８の処理は、上述の上流側カウント処理（図５、図６）及び下流側カウント処理（図７）をサブルーチンとして呼び出す上位ルーチンであり、ＥＣＵ１５の触媒劣化診断装置により上述の上流側カウント処理及び下流側カウント処理と同様な、所定時間間隔を置いたタイミングごとに実行される。
　図８の触媒劣化診断処理を開始すると、触媒劣化診断装置は、まず、後述するフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値をフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴｐｒｅに設定する（ステップＳ８１）。
　次に、ステップＳ８２において、酸素濃度センサ１２からＥＣＵ１５にかけての系、すなわち、センサヒータ１２ｂ、ＥＣＵ１５の電圧算出部２４、ヒータ制御器２２、又はこれらを相互接続する配線（たとえば、ワイヤハーネスやＥＣＵ１５の回路パターン等を含む）などについて、不図示の故障診断処理による診断処理から故障が報知されているか否かを判定する。
　酸素濃度センサ１２からＥＣＵ１５にかけての系に故障が報知されていると判定した場合には、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値をゼロにリセット（ステップＳ８３）してステップＳ９６に進み、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔと計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒおよび、計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰをそれぞれゼロにリセットし、触媒劣化診断処理を終了する。
　ステップＳ８２において、酸素濃度センサ１２からＥＣＵ１５にかけての系に故障が報知されていないと判定した場合には、ステップＳ８４に進んで内燃機関のイグニッションキースイッチがオン状態であるか否かを判定する。イグニッションキースイッチがオン状態である場合、ステップＳ８５に進み、内燃機関の回転速度が所定値＃ＮＥＣＲＫ以上であるか否かを判定し、内燃機関の回転速度が所定値＃ＮＥＣＲＫ以上である場合には、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値として＃１を設定する（ステップＳ８６）。
　続くステップＳ８７では、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値がステップＳ８１において設定したフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴｐｒｅの値と同一であるか否かを判定する（ステップＳ８７）。同一であると判定した場合には、そのままステップ９２へと進む。ステップＳ８７においてフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値とフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴｐｒｅの値が同一ではないと判定した場合には、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔに対して計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰの値を設定し、且つ、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒに対して計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰの値を設定して（ステップＳ８８）、ステップ９２へと進む。
　他方、ステップＳ８４においてイグニッションキースイッチがオフ状態であると判定した場合、又はステップＳ８５において内燃機関の回転速度が所定値＃ＮＥＣＲＫ未満である場合には、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値として＃０を設定し（ステップＳ８９）、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値がステップＳ８１において設定したフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴｐｒｅの値と同一であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。同一であると判定した場合には、そのままステップ９２へと進む。
　ステップＳ９０においてフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値とフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴｐｒｅの値が同一ではないと判定した場合には、計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰに対して計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔの値を複写（記憶）し、且つ、計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰに対して計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの値を複写（記憶）して（ステップＳ９１）、ステップ９２へと進む。
　ステップＳ９２では、上述の上流側カウント処理（図５、図６）及び下流側カウント処理（図７）が実行される。すなわち、上流側カウント処理（図５、図６）及び下流側カウント処理（図７）を介して、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの値が更新される。
　次に、ステップＳ９３において、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値が＃１であるか否かを判定し、フラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値が＃０である場合には、そのまま触媒劣化診断処理を終了する。ステップＳ９３においてフラグＦ＿ＭＥＭＩＮＩＴの値が＃１である場合には、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔの値が所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ以上であるか否かを判定し（ステップＳ９４）、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔの値が所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ未満である場合には、そのまま触媒劣化診断処理を終了する。
　ステップＳ９４において計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔの値が所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ以上であると判定した場合には、例えば上述の式（３）を用いて触媒の劣化状況を診断する（ステップＳ９５）。次に、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒと、計数記憶部４４の計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰの値をそれぞれゼロにリセットし（ステップＳ９６）、触媒劣化診断処理を終了する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、触媒コンバータ１１より下流側の酸素濃度センサ１２の出力信号が理論空燃比（空気過剰率λが＃１．０）レベルを渡過した回数の計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒと、排気ポート内での疑似的な空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過した回数の計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔと、劣化判断閾値Ｔｈとに基づいて、触媒コンバータ１１の劣化が診断される。このため、触媒コンバータ１１における触媒の劣化度合いを、エミッションやドライバビリティに悪影響を及ぼすことなく、かつ装置コストの上昇や装置の複雑化などを招来することなく、１つの酸素濃度センサ１２により診断することができる。
　また、空燃比レベル設定部３６は、燃料噴射量Ｔｉが所定の下限値＃ＴｉＭｉｎ以下である場合には、空燃比レベルＰａｒＬＡＭを、上述の式（２）での演算を介さずに、空燃比がリーン側の値であることを示す正の値が設定された所定値＃ＰａｒＬＡＭＭＡＸに設定するので、燃料噴射弁６の開弁時間が例えばゼロ（燃料カット）になったとき、上述の式（２）での空燃比レベルＰａｒＬＡＭの算出時にゼロの燃料噴射量ＴｉでトルクＴＱを除算することによって生じるエラーを回避することができる。
　また、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過したかどうかに基づいて計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔをカウントするに際し、データ選別部３９により、積算排気体積ＧａｓＶｏｌＳｕｍが所定の閾値ＬｔまたはＲｔよりもゼロに近い値である場合には、空燃比レベルＰａｒＬＡＭ値を、理論空燃比レベルを渡過したかどうかの判定には使用しない不使用値として選別する。これにより、空燃比レベルＰａｒＬＡＭが理論空燃比レベルを渡過する際にスパイクノイズ的に振舞うことにより計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔを過剰にカウントアップするのを防止することができる。
　また、下流空燃比レベル計数部３５及び上流空燃比レベル計数部３７は、計数記憶部４４に記憶された下流渡過回数（計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰ）及び上流渡過回数（計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰ）を初期値として、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの計数を再開するので、触媒の劣化診断が停止され、その後に再開される際には、停止するまでに計数記憶部４４に記憶された下流渡過回数及び上流渡過回数を無駄にすることなく、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの計数を続行することができる。
　したがって、触媒劣化診断処理を１つの酸素濃度センサ１２でかつ高い頻度で実施できる触媒劣化診断装置を提供することができる。
　また、計数記憶部４４を不揮発性メモリで構成したので、イグニッションキーをオフとすることにより内燃機関のＥＣＵ１５への電源供給が停止されても、計数記憶部４４に記憶した下流渡過回数及び上流渡過回数データは失われないので、イグニッションキーをオフし、触媒の劣化診断が停止されるとともにＥＣＵ１５への電源供給が停止されてしまった場合であっても、再びイグニッションキーをオンとして内燃機関が再始動されれば、触媒の劣化診断が停止された時点の計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの値である計数値Ｃｏｕｎｔ－ＲｅａｒＥＥＰ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－ＦｒｏｎｔＥＥＰを初期値として、計数を再開することができる。
　なお、この場合、触媒劣化診断部に劣化率算出部（式（３））を備えつつ、計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔが所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ以上の値である場合に前記触媒の劣化率に基づく前記触媒の劣化診断を行うものとすることが好ましい。これによれば、触媒の劣化率計算の分母となる計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔを可及的に大なる値に設定することが可能となるので、触媒劣化の進行の程度（劣化度合い）をリニアに判定することが可能な高精度の触媒劣化診断装置を提供することができる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、適宜変形して実施することができる。例えば、この実施の形態において計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒは、空気過剰率レベル又は触媒下流の空気過剰率がＬｅａｎ側からＲｉｃｈ側に反転したと判定した場合に、各インクリメント（カウントアップ）が成されるように構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記とは逆に、Ｒｉｃｈ側からＬｅａｎ側へと反転した時点で計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ及び計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒの各インクリメントを行うようにしてもよい。
　１…機関本体、２…吸気管、３…スロットル弁、４…エアクリーナ、５…スロットルセンサ、６…燃料噴射弁、７…吸気圧センサ、８…吸気温センサ、９…ピストン、１０…排気管、１１…触媒コンバータ、１２…酸素濃度センサ、１２ａ…センサ素子（検出部）、１２ｂ…センサヒータ、１３…点火プラグ、１４…点火装置、１５…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１７…冷却水温センサ、１８…クランク軸、１９…クランク角度センサ、１９ａ…ロータ、１９ｂ…ピックアップ、２０…大気圧センサ、２２…ヒータ制御器、２３…温度算出部、２４…電圧算出部、２５…過剰率算出部、２６…代替値演算部、２７…回転速度演算部、２８…目標値演算部、２９…基本噴射量演算部、３０…フィードバック係数演算部、３１…噴射量演算部、３２…トルク演算部、３３…限界閾値設定部、３４…記憶部、３５…下流空燃比レベル計数部、３６…空燃比レベル設定部、３７…上流空燃比レベル計数部、３８…触媒劣化診断部、３９…データ選別部、４４…計数記憶部、Ｃａ…演算器、Ｉｎ１、Ｉｎ２…入力、Ｔｂ…換算係数テーブル、Ｌｐ、Ｓｐ…処理器。
 

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気ポートに連なる排気管に介装された触媒コンバータの触媒より下流側の前記排気管内の排気中における酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出値に基づいて前記内燃機関の空燃比フィードバック制御を実行する該内燃機関に付設される触媒劣化診断装置において、
    　前記内燃機関のトルク値を算出するトルク演算部と、
    　前記内燃機関の１回の燃焼のために供給される燃料噴射量を捕捉する燃料噴射量捕捉部と、
    　前記酸素濃度センサの活性状態を判定する活性判断部と、
    　前記酸素濃度センサの出力信号が理論空燃比レベルを渡過した下流渡過回数を計数する下流空燃比レベル計数部と、
    　前記トルク値及び前記燃料噴射量に基づいて前記排気ポート内での空燃比レベルを疑似的に設定する空燃比レベル設定部と、
    　前記排気ポート内での空燃比レベルが理論空燃比レベルを渡過した上流渡過回数を計数する上流空燃比レベル計数部と、
    　前記下流渡過回数の値及び前記上流渡過回数の値を記憶する計数記憶部と、
    　前記下流渡過回数及び前記上流渡過回数に基づいて前記触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断部を備え、
    　前記下流空燃比レベル計数部及び前記上流空燃比レベル計数部は、前記触媒の劣化診断を開始する際に、前記計数記憶部に記憶された下流渡過回数の記憶値及び上流渡過回数の記憶値を初期値として前記下流渡過回数及び前記上流渡過回数の計数を再開することを特徴とする触媒劣化診断装置。
  2. 　前記計数記憶部は、前記内燃機関の回転が停止された場合、又は前記酸素濃度センサが不活性状態となって前記触媒の劣化診断が停止される場合に、前記下流渡過回数の値及び前記上流渡過回数の値を前記下流渡過回数の記憶値及び前記上流渡過回数の記憶値として記憶するものであり、
    　前記上流空燃比レベル計数部及び前記下流空燃比レベル計数部は、前記内燃機関が始動されている状態で前記酸素濃度センサが活性状態となって前記触媒の劣化診断が開始される場合に、前記下流渡過回数の記憶値及び前記上流渡過回数の記憶値を初期値として前記計数を再開するもの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. 　前記計数記憶部は不揮発性メモリで構成され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。
  4. 　前記触媒劣化診断部は、
    　前記上流渡過回数を計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔ、及び前記下流渡過回数を計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｒｅａｒとして、次式により触媒の劣化率を算出する劣化率算出部を備え、
    　触媒の劣化率＝(Count-Rear/Count-Front)×100[%]
    　前記計数値Ｃｏｕｎｔ－Ｆｒｏｎｔが所定値＃ＣＴＣＡＴＤＩＡＧ以上の値である場合に前記触媒の劣化率に基づく前記触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項１～３に記載の触媒劣化診断装置。
     
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