JP2009127597A - 触媒劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より精度の高い触媒の劣化検出が可能な触媒劣化診断装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する内燃機関の触媒劣化診断装置であって、燃燃料中の硫黄濃度を判別する際に触媒上流の空燃比をアクティブ制御によりリッチからリーンに切り替えたときの、触媒下流の酸素センサの出力値のリッチ側最大値と、このリッチ側最大値からリーン側へ値が落ち込んでほぼ定常状態となったときの定常値との差に基づいて、燃料中の硫黄濃度を判別し、その判別結果を考慮して触媒劣化を判断する構成、とした。この構成によれば、硫黄の影響を考慮して触媒劣化を判断するので、より精度の高い触媒の劣化検出が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒劣化診断装置に関する。

例えば、車両用の内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ₂ストレージ能）を有するものがあり、これは、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、触媒流入排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸着保持された酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少振れてしまっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用により、そのような空燃比ずれを吸収することができる。

触媒が劣化すると触媒の浄化効率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間にはともに貴金属を介する反応であるため相関関係がある。よって、酸素吸蔵能が低下したことを検出することで触媒が劣化したことを検出することができる。一般的には、触媒に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ及びリーンに切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、このアクティブ空燃比制御の実行に伴って触媒の酸素吸蔵容量を計測し、計測した酸素吸蔵容量に基づいて触媒の劣化を診断するいわゆるＣｍａｘ法が採用される。
酸素吸蔵容量の計測においては、例えば、特許文献１，2等に開示されているように、硫黄濃度が高い燃料の場合、硫黄被毒により、触媒が一時的に劣化し、計測される酸素吸蔵容量が低下することが知られている。

特開２００６−２９１７７３号公報 特開２００３−８３１４５号公報

燃料中の硫黄が一時的に触媒の表面に吸着されると、これが触媒の酸素吸放出反応を阻害し、あたかも熱劣化により触媒の貴金属がシンタリングしたような判定結果と同様の判定結果が生じ、触媒の劣化が熱劣化によるものと誤って判定してしまう可能性があった。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、より精度の高い触媒の劣化検出が可能な触媒劣化診断装置を提供することにある。

本発明に係る触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する内燃機関の触媒劣化診断装置であって、燃料中の硫黄濃度を判別する硫黄濃度判別手段と、前記硫黄濃度判別手段の判別結果を考慮して触媒劣化を判断する触媒劣化判断手段と、を有し、前記硫黄濃度判別手段は、触媒上流の空燃比をアクティブ制御によりリッチからリーンに切り替えたときの、触媒下流の酸素センサの出力値のリッチ側最大値と、このリッチ側最大値からリーン側へ値が落ち込んでほぼ定常状態となったときの定常値との差に基づいて、燃料中の硫黄濃度を判別する、ことを特徴とする。

上記構成において、前記硫黄濃度判別手段は、燃料中の硫黄濃度を判別する際に、前記リッチ側最大値と定常値との差に加えて、前記触媒下流の酸素センサの出力波形形状が高硫黄燃料特有の形状をとるか否かを判断する、構成を採用できる。

上記構成において、前記触媒劣化判断手段は、触媒上流空燃比のアクティブ制御時の触媒の酸素吸蔵容量に基いて触媒劣化を判断し、前記硫黄濃度判別手段の判別結果に応じて、触媒劣化判断に用いる酸素吸蔵容量または触媒劣化を判断するための判定値を補正する、構成を採用できる。

本発明によれば、硫黄の影響を考慮して触媒劣化を判断するので、より精度の高い触媒の劣化検出が可能となる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は車両に搭載された多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。

内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管６に接続されており、排気管６には、Ｏ₂ストレージ機能（酸素吸蔵能）を有する三元触媒からなる触媒１１が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管６により排気通路が形成される。触媒１１の上流側と下流側とにそれぞれ、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ１７及びＯ₂(酸素)センサ１８が設置されている。空燃比センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、排気空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、Ｏ₂センサ１８は、理論空燃比を境に出力値が急変する特性を持つ。

上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、空燃比センサ１７、Ｏ₂センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロット
ル開度等を制御する。

触媒１１は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えば、Ａ／Ｆｓ＝１４．６）近傍のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ＥＣＵ２０は、内燃機関の通常運転時、触媒１１に流入する排気ガスの空燃比即ち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に一致するように空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ２０は、理論空燃比に等しい目標空燃比Ａ／Ｆｔを設定すると共に、空燃比センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが目標空燃比Ａ／Ｆｔに一致するように、インジェクタ１２から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。これにより触媒１１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒１１において最大の浄化性能が発揮されるようになる。

ここで、触媒１１についてより詳細に説明する。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で保持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば酸化セリウムＣｅＯ₂やジルコニアからなる。例えば、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分に吸蔵さ
れていた酸素が放出され、この結果、放出された酸素によりＨＣおよびＣＯといった未燃成分が酸化され、浄化される。逆に、触媒成分３２及びコート材３１の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元浄化される。

このような酸素吸放出作用により、通常の空燃比制御の際に触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比に対し多少ばらついたとしても、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯといった三つの排気ガス成分を同時浄化することができる。よって通常の空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒを敢えて理論空燃比を中心に微小振動させ、酸素の吸放出を繰り返させることにより排ガス浄化を行うことも可能である。

ところで、新品状態の触媒１１では前述したように細かい粒子状の触媒成分３２が多数均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率の低下を引き起こし、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。

このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の持つ酸素吸蔵能の低下度とは相関関係にある。そこで本実施形態では、触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより触媒１１の劣化度を検出することとしている。ここで、触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O₂ Strage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。

以下、触媒劣化診断について説明する。
触媒劣化診断は、前述のＣｍａｘ法によるものを基本とする。そして触媒１１の劣化診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。アクティブ空燃比制御において、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒは、所定の中心空燃比Ａ／Ｆｃを境にリッチ側及びリーン側に強制的に（アクティブに）交互に切り替えられる。なおリッチ側に変化されたときの空燃比をリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ、リーン側に変化されたときの空燃比をリーン空燃比Ａ／Ｆｌと称す。このアクティブ空燃比制御によって触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ側又はリーン側に変化されているときに触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。

触媒１１の劣化診断は、内燃機関１の定常運転時で且つ触媒１１が活性温度域にあるときに実行される。触媒１１の温度（触媒床温）の計測については、温度センサを用いて直接検出してもよいが、本実施形態の場合内燃機関の運転状態から推定することとしている。例えばＥＣＵ２０は、エアフローメータ５によって検出される吸入空気量Ｇａと、クランク角センサ１４の出力に基づいて検出される機関回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）とに基づいて、予め実験等を通じて設定されたマップ又は関数を利用し、触媒１１の温度を推定する。

図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、アクティブ空燃比制御実行時における空燃比センサ１７及びＯ_２センサ１８の出力が実線で示されている。また、図３（Ａ）には、ＥＣＵ２０内部で発生される目標空燃比Ａ／Ｆｔが破線で示されている。空燃比センサ１７及びＯ_２センサ１８の出力値はそれぞれ触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒ及び触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒの値に対応する。

図３（Ａ）に示されるように、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、中心空燃比Ａ／Ｆｃを中心として、そこからリッチ側に所定の振幅（リッチ振幅Ａｒ、Ａｒ＞０）だけ離れた空燃比（リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ）と、そこからリーン側に所定の振幅（リーン振幅Ａｌ、Ａｌ＞０）だけ離れた空燃比（リーン空燃比Ａ／Ｆｌ）とに強制的に、且つ交互に切り替えられる。そしてこの目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替えに追従して、実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒも、目標空燃比Ａ／Ｆｔに対し僅かな時間遅れを伴って切り替わる。このことから目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒとは時間遅れがあること以外等価であることが理解されよう。

図示例においてリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとは等しい。例えば中心空燃比Ａ／Ｆｃ＝１４．６、リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ＝１４．１、リーン空燃比Ａ／Ｆｌ＝１５．１、リッチ振幅Ａｒ＝リーン振幅Ａｌ＝０．５である。通常の空燃比制御の場合に比べ、アクティブ空燃比制御の場合は空燃比の振り幅が大きく、即ちリッチ振幅Ａｒとリーン振幅Ａｌとの値は大きい。

目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチとリーンとで切り替えられるタイミングは、Ｏ_２センサ１８の出力に基づいて決定される。具体的には、図３（Ｂ）に図示したように、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側からリーン側に変化し、Ｏ_２センサ１８の出力がリーン判定値ＶＬと等しくなる時点（ｔ１，ｔ３等）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌからリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側からリッチ側に変化し、Ｏ_２センサ１８の出力がリッチ判定値ＶＲとなる時点（ｔ２等）で目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチ空燃比Ａ／Ｆｒからリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。尚、ＶＲ＞ＶＬであり、例えばＶＲ＝０．５９（Ｖ）、ＶＬ＝０．２１（Ｖ）である。

このような空燃比変化を行うアクティブ空燃比制御を実行しつつ、次のようにして触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測され、触媒１１の劣化が判定される。
図３に示す時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌとされ、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１では酸素を吸収し続けているが、一杯に酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリーン側に変化し、Ｏ_２センサ１８の出力電圧がリーン判定値ＶＬに達した時点（ｔ１）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられる。このように目標空燃比Ａ／ＦｔはＯ_２センサ１８の出力をトリガにして反転される。

そして、今度は触媒１１にリッチガスが流入されることとなる。このとき触媒１１では、それまで吸蔵されていた酸素が放出され続ける。触媒１１から酸素が放出され続けると、やがて触媒１１からは全ての吸蔵酸素が放出され尽くし、その時点でそれ以上酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比Ａ／Ｆｒｒがリッチ側に変化し、Ｏ_２センサ１８の出力電圧がリッチ判定値ＶＲに達した時点（ｔ２）で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。

酸素吸蔵容量ＯＳＣが大きいほど、酸素を吸収或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほど目標空燃比Ａ／Ｆｔの反転周期は短くなる。

そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが以下のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが理論空燃比Ａ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣ（酸素吸蔵容量の瞬時値）が算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで積算される。こうしてこの酸素放出サイクルにおける酸素吸蔵容量即ち放出酸素量が計測される。

ここで、Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。

基本的には、この１回で計測された酸素吸蔵容量ＯＳＣを用い、これを所定の劣化判定値ＯＳＣｓと比較し、酸素吸蔵容量ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓを超えていれば正常、酸素吸蔵容量ＯＳＣが劣化判定値ＯＳＣｓ以下ならば劣化、というように触媒の劣化を判定できる。精度を向上させるため、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン側となっている酸素吸蔵サイクルでも同様に酸素吸蔵容量（この場合酸素吸蔵量）を計測し、これら酸素吸蔵容量の平均値を１吸放出サイクルに係る１単位の酸素吸蔵容量として計測することもできる。そしてさらに、吸放出サイクルを複数回繰り返し、複数単位の酸素吸蔵容量の値を得、その平均値を最終的な酸素吸蔵容量計測値とし、劣化判定値と比較して、最終的な劣化判定を行うこともできる。なお、触媒が劣化と判定されたときにはその事実をユーザ（ドライバ）に告知するため、図示しない警告装置（チェックランプ等）を作動させるのが好ましい。

酸素吸蔵サイクルにおける酸素吸蔵容量（酸素吸蔵量）の計測については、図４に示すように、時刻ｔ２で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆｒが中心空燃比Ａ／Ｆｃに達した時点ｔ２１から、次に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ側に反転する時点ｔ３まで、前式（１）により微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが算出され、且つこの微小時間毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが積算される。こうしてこの酸素吸収サイクルにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ即ち吸蔵酸素量（図４のＯＳＣ２）が計測される。前回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ１と今回サイクルの酸素吸蔵容量ＯＳＣ２とはほぼ等しい値となるはずである。

次に、燃料中の硫黄濃度を考慮した触媒劣化診断について図５ないし図８を参照して説明する。
ここで、図５は触媒１１の上流の空燃比をアクティブ制御によりリッチとリーンの間で切り替えたときの空燃比センサ及びＯ_２センサの出力波形例を示すグラフであって、（１）が高硫黄燃料、（２）が低硫黄燃料の場合である。
アクティブ制御時のＯ_２センサ１８の出力波形は、図５（Ｂ）からわかるように、燃料の硫黄濃度が高い高硫黄燃料（１）の場合には、一端リッチ側にピーキーな出力波形（最大値）をとり、その後若干リーン側にシフトして（落ち込んで）、略定常状態となる定常値をとり、その後しばらくしてリーン出力となる。
燃料の硫黄濃度が低い低硫黄燃料（２）の場合には、リーンからリッチ、リッチからリーンと単純に変化する波形となるが、これと比べると、高硫黄燃料（１）の場合の出力波形は、特有の波形形状を有している。
高硫黄燃料（１）の場合に、Ｏ_２センサ１８の出力波形がリッチ出力後にリーン側にシフトする理由は、触媒１１上の酸素を吸蔵する部分が硫黄で覆われ、吸蔵されずに触媒１１上をすり抜けるリーンガスが低硫黄燃料（２）の場合と比べて多いためであり、Ｏ_２センサ１８の出力がリーン反転するまでには至らない程度のガス濃度であるためと考えられる。すなわち、Ａ／Ｆのリーン制御により、触媒１１に流入してきたＯ_２は、触媒１１に吸蔵されるが、硫黄が存在する場合には、硫黄により反応が鈍ることで吸蔵しきれないＯ_２が触媒１１の下流のＯ_２センサ１８に達するため、リッチ側に最大値をとり、その後若干リーン側に落ち込んで略定常値をとると考えられる。
本実施形態では、この高硫黄燃料（１）に特有の出力波形形状を検出することにより、燃料の硫黄濃度を判別する。

ここで、図６に示すように、高硫黄燃料（１）に特有の出力波形形状の特徴を表すパラメータを定義する。
図６（Ｂ）において、ＯＸＳＭＡＸは、（Ａ）に示す目標空燃比（Ａ／Ｆ目標）がリーン反転している間のＯ_２センサ１８の出力の最大値（ピーク値）である。
ＯＸＳＭＩＤは、Ａ）に示す目標空燃比（Ａ／Ｆ目標）がリーン反転している間に、Ｏ_２センサ１８の出力がＯＸＳＭＡＸからリーン側へ低下して略定常状態に保持される定常値である。
ΔＯＸＳは、ＯＸＳＭＡＸとＯＸＳＭＩＤとの差である。本実施形態では、このΔＯＸＳが所定の閾値よりも大きいことが、高硫黄燃料と判断する条件（Ａ）とする。
図６（Ｃ）において、ｄｉｆｆ１，ｄｉｆｆ２，ｄｉｆｆ３は、Ｏ_２センサ１８の出力の偏差（微分）値であり、リーン反転中にｄｉｆｆ１となり、その後、Ｏ_２センサ１８の出力がリーン側にシフトする際にマイナス（ｄｉｆｆ２）となり、その後、リーン出力への低下の傾きが小さくなるので、ｄｉｆｆ３はｄｉｆｆ２よりも大きな値となる。
本実施形態では、ｄｉｆｆ１＞ｄｉｆｆ２かつｄｉｆｆ２＜ｄｉｆｆ３の条件を満たすことが、高硫黄燃料の出力波形形状の特徴を有している条件（Ｂ）とする。

ここで、図７は、ＥＣＵ２０による燃料中の硫黄濃度を考慮した触媒劣化検出処理の一例を示すフローチャートである。尚、図７に示す処理は、例えば、所定時間毎に繰り返し実行される。
先ず、所定の触媒劣化検出を実行する条件が成立しているかを判断し（ステップＳ１）、成立している場合には、空燃比アクティブ制御を開始する（ステップＳ２）。

そして、Ｏ_２センサ１８の出力波形から、ＯＸＳＭＡＸ，ＯＸＳＭＩＤ，ｄｉｆｆ１，ｄｉｆｆ２，ｄｉｆｆ３を取得し、先ず上記条件（Ａ）の判別をする。すなわち、ΔＯＸＳ＝ＯＸＳＭＡＸ−ＯＸＳＭＩＤと所定の閾値とを比較し（ステップＳ３）、ΔＯＸＳが所定の閾値以下の場合には、使用燃料が高硫黄燃料ではない（低硫黄燃料）と判別する（ステップＳ６）。

ΔＯＸＳが所定の閾値より大きい場合には、上記条件（Ｂ）の判別、すなわち、ｄｉｆｆ１＞ｄｉｆｆ２かつｄｉｆｆ２＜ｄｉｆｆ３の条件を満たすかを判断する(ステップＳ４)。
ｄｉｆｆ１＞ｄｉｆｆ２かつｄｉｆｆ２＜ｄｉｆｆ３の条件を満たす場合には、使用燃料が高硫黄燃料と判別する（ステップＳ５）。この条件を満たさない場合には、使用燃料が高硫黄燃料ではない（低硫黄燃料）と判別する（ステップＳ６）。

使用燃料が高硫黄燃料と判別した場合には、この後の処理の触媒劣化判断に用いる補正量を算出する（ステップＳ７）。この補正量は、触媒劣化判断に用いる酸素吸蔵容量または触媒劣化を判断するための判定値を補正するためのものである。尚、この補正量については後述する。

次いで、ステップＳ５、Ｓ６における判別結果を考慮して、触媒劣化を判断する（ステップＳ８）。触媒劣化の判断は、基本的には、図８に示すように、触媒上流空燃比のアクティブ制御時の触媒１１の酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）に基いて判断する。すなわち、計測した触媒１１のＯＳＣと異常判定値ＪＶとを比較し、ＯＳＣが異常判定値ＪＶよりも大きい場合には、正常判定とし、異常判定値ＪＶ以下の場合には異常判定とする。

ここで、使用燃料が高硫黄燃料の場合には、図８に示すように、そのＯＳＣの値ＯＳＣ＿Ｈは、使用燃料が低硫黄燃料の場合のＯＳＣの値ＯＳＣ＿Ｌと比べて小さくなる。
本実施形態では、触媒劣化の判断への硫黄濃度の影響を省くために、硫黄濃度の判別結果に応じて、触媒劣化判断に用いるＯＳＣまたは触媒劣化を判断するための異常判定値ＪＶをステップＳ７で算出した補正量で補正する。

使用燃料が高硫黄燃料と判別された場合には、例えば、測定されたＯＳＣに所定の補正量α１を掛け合わせて低硫黄燃料と同等の値に補正する。あるいは、測定されたＯＳＣに所定の補正量α２を足し合わせて低硫黄燃料と同等の値に補正する。

硫黄濃度の影響を省くための他の補正方法として、使用燃料が高硫黄燃料と判別された場合には、例えば、異常判別値ＪＶから所定の補正量β１を引いて新たな異常判別値ＪＶ１に引き下げる、あるいは、異常判別値ＪＶに所定の補正量β２を掛け合わせて新たな異常判別値ＪＶ１に引き下げることが考えられる。

上記実施形態では、硫黄濃度が高いか低いかを判別したが、これに限定されるわけではなく、硫黄濃度を段階的に判別することも可能であり、この場合には、測定されたＯＳＣ又は異常判別値を補正する場合に、補正量は硫黄濃度に応じて変える構成とすることが可能である。

本発明の一実施形態の構成を示す概略図である。 触媒の構成を示す概略断面図である。 アクティブ空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。 図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。 触媒上流空燃比をアクティブ制御によりリッチとリーンの間で切り替えたときの空燃比センサ及びＯ_２センサの出力波形例を示すグラフである。 高硫黄燃料に特有の出力波形形状の特徴を表すパラメータを定義するための図である。 本発明の一実施形態に係る触媒劣化検出処理の手順を示すフローチャートである。 燃料中の硫黄濃度を考慮に入れた触媒劣化の判別方法を説明するための図である。

符号の説明

１…内燃機関
６…排気管
１１…触媒
１２…インジェクタ
１４…クランク角センサ
１５…アクセル開度センサ
１７…空燃比センサ
１８…Ｏ_２センサ
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する内燃機関の触媒劣化診断装置であって、
   燃料中の硫黄濃度を判別する硫黄濃度判別手段と、
   前記硫黄濃度判別手段の判別結果を考慮して触媒劣化を判断する触媒劣化判断手段と、を有し、
   前記硫黄濃度判別手段は、触媒上流の空燃比をアクティブ制御によりリッチからリーンに切り替えたときの、触媒下流の酸素センサの出力値のリッチ側最大値
   と、このリッチ側最大値からリーン側へ値が落ち込んでほぼ定常状態となったときの定常値との差に基づいて、燃料中の硫黄濃度を判別する、
   ことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
2. 前記硫黄濃度判別手段は、燃料中の硫黄濃度を判別する際に、前記リッチ側最大値と定常値との差に加えて、前記触媒下流の酸素センサの出力波形形状が高硫黄燃料特有の形状をとるか否かを判断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化診断装置。
3. 前記触媒劣化判断手段は、触媒上流空燃比のアクティブ制御時の触媒の酸素吸蔵容量に基いて触媒劣化を判断し、
   前記硫黄濃度判別手段の判別結果に応じて、触媒劣化判断に用いる酸素吸蔵容量または触媒劣化を判断するための判定値を補正する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒劣化診断装置。

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