JP2023054689A

JP2023054689A - 触媒劣化診断装置

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Publication number: JP2023054689A
Application number: JP2021163692A
Authority: JP
Inventors: 一也鈴木; Kazuya Suzuki; 真也金子; Shinya Kaneko; 靖志岩崎; Yasushi Iwasaki; 一哉高岡; Kazuya Takaoka; 和正加藤; Kazumasa Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-04-14

Abstract

【課題】エミッション悪化を抑制しつつ、触媒の異常検知を行うことができる触媒劣化診断装置を提供すること。【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触媒劣化診断装置であって、内燃機関におけるフューエルカットの終了後から空燃比をリッチに制御し、触媒からの放出酸素量を計測する計測手段と、フューエルカットの終了時から空燃比をリッチに制御するフューエルカット直後リッチ制御手段と、排気通路における触媒の前後のそれぞれに設けられ、空燃比を測定するための触媒前センサ及び触媒後センサと、を備え、触媒前センサがリッチと判定されてから、計測手段により計測された放出酸素量が、触媒後センサがリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、触媒後センサによってリッチと判定された場合に、触媒に異常が生じていると判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、触媒劣化診断装置に関する。

特許文献１には、触媒の上流と下流側とにＯ_２センサをそれぞれ配置したエンジンであって、燃料カットリカバリー後に下流側Ｏ_２センサで検出する空燃比がリーンからリッチに反転するまでの時間Ｔと、この間の吸入空気量の積分値に基づいて設定した触媒劣化判定用基準時間Ｔ０とを比較し、Ｔ＜Ｔ０の場合に、触媒が劣化していると判断する技術が開示されている。

特開平０５－１９５７５９号公報

特許文献１に開示された技術は、触媒の下流に配設された下流側Ｏ_２センサがリーンからリッチになる時間が、劣化判定時間よりも短いか否かによって、触媒の浄化機能が正常か異常かを判定するという技術であるが、下流に触媒がないシステムにおいてはリッチ破綻してから空燃比を制御することになるため、エミッションを悪化させるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エミッション悪化を抑制しつつ、触媒の異常検知を行うことができる触媒劣化診断装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、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触媒劣化診断装置であって、前記内燃機関におけるフューエルカットの終了後から空燃比をリッチに制御し、前記触媒からの放出酸素量を計測する計測手段と、前記フューエルカットの終了時から空燃比をリッチに制御するフューエルカット直後リッチ制御手段と、前記排気通路における前記触媒の前後のそれぞれに設けられ、空燃比を測定するための触媒前センサ及び触媒後センサと、を備え、前記触媒前センサがリッチと判定されてから、前記計測手段により計測された放出酸素量が、前記触媒後センサがリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、前記触媒後センサによってリッチと判定された場合に、前記触媒に異常が生じていると判定することを特徴とするものである。

これにより、本発明に係る触媒劣化診断装置においては、触媒が正常の場合には、触媒をリッチ破綻させずに正常判定を完了することができ、エミッション排出が増加することを抑制することができる。よって、本発明に係る触媒劣化診断装置は、エミッション悪化を抑制しつつ、触媒の異常検知を行うことができる。

また、上記において、前記フューエルカットから自然復帰した場合、且つ、前記内燃機関がアイドル状態で運転されている場合に、前記触媒の劣化を診断するようにしてもよい。

これにより、確実に低吸入空気量での検出となり、誤正常判定リスクを低下させることができる。

また、上記において、前記内燃機関への吸入空気量が所定量以下の場合に、前記触媒の劣化を診断するようにしてもよい。

これにより、低吸入空気量での検出となり、検出精度を高めることができるため、誤正常判定リスクを低下させることができる。

また、上記において、前記所定量は、前記内燃機関がアイドル状態で運転される場合における前記吸入空気量以上であるようにしてもよい。

これにより、前記アイドル状態ではなくても低吸入空気量での検出となるため、検出精度を高めることができる。

本発明に係る触媒劣化診断装置は、エミッション悪化を抑制しつつ、触媒の異常検知を行うことができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジンの排気系を示した概略図である。図２は、実施形態１においてＥＣＵが実施するフューエルカット後リッチ制御の第１例を示したフローチャートである。図３は、実施形態１においてＥＣＵが実施するフューエルカット後リッチ制御の第２例を示したフローチャートである。図４は、実施形態２に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジンの排気系を示した概略図である。図５は、実施形態２におけるフューエルカット後リッチ制御のタイミングチャートの第１例を示した図である。図６は、実施形態２においてＥＣＵが実施するフューエルカット後リッチ制御の第１例を示したフローチャートである。図７は、実施形態２におけるフューエルカット後リッチ制御のタイミングチャートの第２例を示した図である。図８は、実施形態２においてＥＣＵが実施するフューエルカット後リッチ制御の第２例を示したフローチャートである。図９は、実施形態２におけるフューエルカット後リッチ制御のタイミングチャートの第３例を示した図である。図１０は、実施形態３に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジンの排気系を示した概略図である。図１１は、実施形態３におけるフューエルカット後リッチ制御のタイミングチャートの例を示した図である。

（実施形態１）
以下に、本発明に係る触媒劣化診断装置の実施形態１について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジン１の排気系を示した概略図である。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン１には、排気通路２が取り付けられている。排気通路２には、エンジン１で生じる排気ガスが流入し、そのまま外部に排出される。排気通路２には、第１排気浄化触媒１１が取り付けられている。

エンジン１には、シリンダが設けられており、シリンダ内には、吸気通路から空気が供給されるとともにインジェクタから燃料が供給される。シリンダ内では、供給された燃料と空気が混合して混合気となる。この混合気に点火プラグで点火して混合気を燃焼させて駆動力を発生させる。混合気を燃焼させると排気ガスが発生し、この排気ガスは排気通路２を通ってから外部に排出される。吸気通路には、吸入空気量Ｇａを検出するためのエアフローメーターが取り付けられている。

排気通路２に設けられた第１排気浄化触媒１１には、三元触媒が用いられている。三元触媒は、セリア（ＣｅＯ_２）等を成分とした酸素吸蔵作用を有するものであり、排気ガス中の酸素を吸蔵・放出する性質を有している。三元触媒の酸素吸蔵放出機能は、混合気の空燃比が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、空燃比がリッチになると吸着保持した酸素を放出する。混合気がリーンになったときには過剰な酸素が三元触媒に吸着保持されるために窒素酸化物ＮＯｘが還元されることになる。一方、混合気がリッチになったときには三元触媒に吸着された酸素が放出されることで一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣが酸化される。

このとき、三元触媒がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵していれば、入ガスの排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができなくなり、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを十分に浄化できなくなる。一方、三元触媒が酸素を放出しきって酸素をまったく吸蔵していなければ、入ガスの排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣを十分に浄化できなくなる。このため、通常は入ガスの排気空燃比がリーンとなってもリッチとなっても対応できるように触媒の酸素吸蔵量を制御している。

さらに、排気通路２における第１排気浄化触媒１１の上流側と下流側とには、それぞれ空燃比を測定するための触媒前センサである第１空燃比センサ２１と触媒後センサである第２空燃比センサ２２とが設けられている。第１空燃比センサ２１では、第１排気浄化触媒１１に流入する排気ガスの空燃比を検出している。第２空燃比センサ２２では、第１排気浄化触媒１１から流出する排気ガスの空燃比を検出している。この第１空燃比センサ２１及び第２空燃比センサ２２は、排気ガスの空燃比をリニアに検出する、いわゆるリニア空燃比センサである。

なお、第１空燃比センサ２１及び第２空燃比センサ２２に代えて、排気通路２における第１排気浄化触媒１１の上流側と下流側に、それぞれ酸素センサを設けても良い。酸素センサは、理論空燃比の前後でその出力（出力電圧）をオン－オフ的に急変させるものである。酸素センサとしては、ジリコニア素子を用いたものが一般的である。空燃比センサと酸素センサとは、その検出がリニアであるかオン－オフ的であるかの相違はあるが、いずれもそれぞれの取り付け位置における排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出している。

エンジン１には電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、及び、記憶装置などによって構成されている。ＥＣＵ１００には、エアフローメーター、第１空燃比センサ２１、第２空燃比センサ２２のほか、エンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサなどが、Ａ／Ｄ変換器などを介して電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値などに基づき、所望の出力が得られるように、インジェクタ、点火プラグ、スロットルバルブなどを制御し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等を制御する。

スロットルバルブにはスロットル開度センサが設けられ、スロットル開度センサからの信号がＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、通常、アクセル開度に応じて定まる開度に、スロットルバルブの開度をフィードバック制御する。また、ＥＣＵ１００は、エアフローメーターからの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量Ｇａを検出する。そしてＥＣＵ１００は、検出したアクセル開度、スロットル開度、及び、吸入空気量Ｇａの少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサからのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。

実施形態１に係る触媒劣化診断装置は、第１空燃比センサ２１、第２空燃比センサ２２、及び、ＥＣＵ１００などを備えている。ＥＣＵ１００は、例えば、エンジン１におけるフューエルカットの終了後から空燃比をリッチに制御し、第１排気浄化触媒１１からの放出酸素量を計測する計測手段と、フューエルカットの終了時から空燃比をリッチに制御するフューエルカット直後リッチ制御手段として機能する。そして、ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１がリッチと判定されてから、ＥＣＵ１００により計測（算出）された放出酸素量が、第２空燃比センサ２２がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、第２空燃比センサ２２によってリッチと判定された場合に、第１排気浄化触媒１１に異常が生じている（第１排気浄化触媒１１が劣化している）と判定する。また、ＥＣＵ１００は、アクセル操作がなくアクセル開度がゼロとなっている場合に、エンジン１がアイドル状態で運転されていると判断するアイドル運転判断手段としても機能する。

また、実施形態１に係る触媒劣化診断装置では、ＥＣＵ１００によって、フューエルカットの終了直後にフューエルカット後リッチ制御が行われる。このフューエルカット後リッチ制御を行う理由は、例えば、第１排気浄化触媒１１の性能を復活させるためである。すなわち、第１排気浄化触媒１１は酸素吸蔵能を有し、第１排気浄化触媒１１内の雰囲気ガスがストイキよりリーンのとき過剰酸素を吸蔵し、ＮＯｘを還元浄化し、触媒内の雰囲気ガスがストイキよりリッチのとき吸蔵酸素を放出し、ＨＣおよびＣＯを酸化して浄化するという特性を有する。

フューエルカットの実施中には第１排気浄化触媒１１に酸素が吸蔵され続ける。このとき第１排気浄化触媒１１が吸蔵能一杯まで酸素を吸蔵してしまうと、フューエルカットからの復帰後にそれ以上酸素を吸蔵できなくなり、ＮＯｘを浄化できなくなるおそれがある。そこで、フューエルカット後リッチ制御を行って燃料噴射量をストイキ相当量よりも増量し、排気空燃比をストイキよりもリッチ化し、吸蔵酸素を強制的に放出させ、第１排気浄化触媒１１の性能を回復させるのである。

また、ＥＣＵ１００は、フューエルカット後リッチ制御でのリッチ燃焼の実行中に、理論空燃比から第１空燃比センサ２１の空燃比の検出値を引いた差を求めるとともに、その差に排気流量を乗算した積をリッチ投入量の値として演算している。リッチ投入量は、第１排気浄化触媒１１への未燃燃料成分の流入量に対応した値となる。リッチ燃焼中の第２空燃比センサ２２の空燃比検出値が理論空燃比近傍の値となっていれば、第１排気浄化触媒１１に流入した未燃燃料成分の殆どを酸化可能な量の酸素が第１排気浄化触媒１１から放出されていることになる。よって、このときのリッチ投入量は、第１排気浄化触媒１１の単位時間当たりの酸素放出量に対応した値となる。なお、リッチ投入量は、例えば、量論混合比に対する酸素不足分などで定義することもできる。

また、本実施形態においては、フューエルカットから復帰して触媒浄化能を発現させるためのフューエルカット後リッチ制御を実施する際、第１空燃比センサ２１がリッチになってから第１空燃比センサ２１の出力（検出値）に基づいてリッチ投入量を算出する。例えば、（１）リッチ投入量を積算したリッチ投入積算量（触媒酸素吐出し量）が所定量（第１排気浄化触媒１１が正常の場合はリッチ破綻せず、異常の場合にはリッチ破綻するリッチ投入積算量）に達するか、（２）第２空燃比センサ２２がリッチ判定するか、のいずれかの条件が満たされるまでリッチ運転を継続させる。そして、前記（１）の条件を満たすことによってリッチ運転が停止した場合は正常判定をし、前記（２）の条件を満たすことによってリッチ運転が停止した場合は異常判定をする。これにより、第１排気浄化触媒１１が正常の場合には、第１排気浄化触媒１１をリッチ破綻させずに正常判定を完了することができ、エミッション排出が増加することを抑制することができる。

図２は、実施形態１においてＥＣＵ１００が実施するフューエルカット後リッチ制御の第１例を示したフローチャートである。

まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１において、フューエルカットを実施する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２において、フューエルカット復帰要求を取得する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３において、異常検出要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、異常検出要求があると判断した場合（ステップＳ３にてＹｅｓ）、ステップＳ４において、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力であるか否かを判断する。なお、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力であるか否かの判断は、例えば、第１空燃比センサ２１の出力電流値が大気相当になっていることによって判定するが、その際に用いる手段としては、特に限定されるものではない。例えば、第１空燃比センサ２１の出力電流値を直接モニターしても良いし、フューエルカットの継続時間で大気相当になる時間を担保しても良い。

ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力であると判断した場合（ステップＳ４にてＹｅｓ）、ステップＳ５において、フューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止しない）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６において、第１空燃比センサ２１がリッチであるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１がリッチであると判断した場合（ステップＳ６にてＹｅｓ）、ステップＳ７において、第１空燃比センサ２１の出力に基づいてリッチ投入量を算出し積算する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ８において、リッチ投入積算量が、第２空燃比センサ２２がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい所定値（第２放出酸素値）以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、リッチ投入積算量が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ８にてＹｅｓ）、ステップＳ９において、第２空燃比センサ２２がリッチであるか否かを判断する。第２空燃比センサ２２がリッチであると判断した場合（ステップＳ９にてＹｅｓ）、ステップＳ１０において、第１排気浄化触媒１１を異常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ８において、リッチ投入積載量が所定値以下ではないと判断した場合（ステップＳ８にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２において、第１排気浄化触媒１１を正常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ６において、第１空燃比センサ２１がリッチではないと判断した場合（ステップＳ６にてＮｏ）、または、ステップＳ９において、第２空燃比センサ２２がリッチではないと判断した場合（ステップＳ９にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３に移行する。

また、ステップＳ３において、異常検出要求が無いと判断した場合（ステップＳ３にてＮｏ）、または、ステップＳ４において、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力ではないと判断した場合（ステップＳ４にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３において、通常のフューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、実施形態１に係る触媒劣化判定装置においては、フューエルカットを実施した後、フューエルカットから強制復帰ではなく、フューエルカットから自然復帰した場合のみ、且つ、アクセル操作がなくアイドル運転が継続している場合のみ、図２に示したフローチャートのステップＳ３以降の処理と同様の処理を行う制御を実施するようにしてもよい。これにより、確実に低吸入空気量での検出となり、異常触媒及び応答遅れセンサの場合にも、積算リッチ投入量の余計な増加を抑制でき、誤正常判定リスクを低下させることができる。なお、上記のフューエルカットから強制復帰とは、フューエルカット時、運転手のアクセル操作によってフューエルカットが停止することである。また、上記のフューエルカットから自然復帰とは、フューエルカット時、エンジン回転低下などによって、運転手のアクセル操作なくフューエルカットが停止することである。

図３は、実施形態１においてＥＣＵ１００が実施するフューエルカット後リッチ制御の第２例を示したフローチャートである。

まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１において、フューエルカットを実施する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２２において、フューエルカット復帰要求を取得する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３において、フューエルカットから自然復帰であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、フューエルカットから自然復帰であると判断した場合（ステップＳ２３にてＹｅｓ）、ステップＳ２４において、アイドル運転であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、アイドル運転であると判断した場合（ステップＳ２４にてＹｅｓ）、ステップＳ２５において、異常検出要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、異常検出要求があると判断した場合（ステップＳ２５にてＹｅｓ）、ステップＳ２６において、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力であると判断した場合（ステップＳ２６にてＹｅｓ）、ステップＳ２７において、フューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止しない）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２８において、第１空燃比センサ２１がリッチであるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１がリッチであると判断した場合（ステップＳ２８にてＹｅｓ）、ステップＳ２９において、第１空燃比センサ２１の出力に基づいてリッチ投入量を算出し積算する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０において、リッチ投入積算量が、第２空燃比センサ２２がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい所定値（第２放出酸素値）以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、リッチ投入積算量が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ３０にてＹｅｓ）、ステップＳ３１において、第２空燃比センサ２２がリッチであるか否かを判断する。第２空燃比センサ２２がリッチであると判断した場合（ステップＳ３１にてＹｅｓ）、ステップＳ３２において、第１排気浄化触媒１１を異常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ３０において、リッチ投入積載量が所定値以下ではないと判断した場合（ステップＳ３０にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３４において、第１排気浄化触媒１１を正常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ２８において、第１空燃比センサ２１がリッチではないと判断した場合（ステップＳ２８にてＮｏ）、または、ステップＳ３１において、第２空燃比センサ２２がリッチではないと判断した場合（ステップＳ３１にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４に移行する。

また、ステップＳ２３において、フューエルカットから自然復帰ではない（フューエルカットから強制復帰）と判断した場合（ステップＳ２３にてＮｏ）、ステップＳ２４において、アイドル運転ではないと判断した場合（ステップＳ２４にてＮｏ）、ステップＳ２５において、異常検出要求が無いと判断した場合（ステップＳ２５にてＮｏ）、または、ステップＳ２６において、第１空燃比センサ２１が大気相当の出力ではないと判断した場合（ステップＳ２６にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３５において、通常のフューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

（実施形態２）
以下に、本発明に係る触媒劣化診断装置の実施形態２について説明する。なお、本実施形態において実施形態１に係る触媒劣化診断装置と同様の構成などについては、その説明を適宜省略する。

図４は、実施形態２に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジン１の排気系を示した概略図である。

図４に示すように、実施形態２においては、排気通路２に、第１排気浄化触媒１１及び第２排気浄化触媒１２が上流側からこの順で取り付けられている。第１排気浄化触媒１１及び第２排気浄化触媒１２には、三元触媒が用いられている。

排気通路２における第１排気浄化触媒１１の上流側には、第１空燃比センサ２１が設けられている。排気通路２における第１排気浄化触媒１１と第２排気浄化触媒１２との間には、第２空燃比センサ２２が設けられている。排気通路２における第２排気浄化触媒１２の下流側には、第３空燃比センサ２３が設けられている。なお、第１空燃比センサ２１は、第１排気浄化触媒１１に対する触媒前センサである。第２空燃比センサ２２は、第１排気浄化触媒１１に対する触媒後センサであって、第２排気浄化触媒１２に対する触媒前センサである。第３空燃比センサ２３は、第２排気浄化触媒１２に対する触媒後センサである。第１空燃比センサ２１では、第１排気浄化触媒１１に流入する排気ガスの空燃比を検出している。第２空燃比センサ２２では、第１排気浄化触媒１１から流出する排気ガスであって、第２排気浄化触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を検出している。第３空燃比センサ２３では、第２排気浄化触媒１２から流出する排気ガスの空燃比を検出している。第１空燃比センサ２１、第２空燃比センサ２２、及び、第３空燃比センサ２３は、排気ガスの空燃比をリニアに検出する、いわゆるリニア空燃比センサである。なお、第１空燃比センサ２１、第２空燃比センサ２２、及び、第３空燃比センサ２３に代えて、それぞれ酸素センサを設けても良い。

実施形態２に係る触媒劣化診断装置は、エンジン１の排気通路２に配置された第２排気浄化触媒１２の劣化を診断する。ＥＣＵ１００は、例えば、エンジン１におけるフューエルカットの終了後から空燃比をリッチに制御し、第２排気浄化触媒１２からの放出酸素量を計測する計測手段と、フューエルカットの終了時から空燃比をリッチに制御するフューエルカット直後リッチ制御手段として機能する。そして、ＥＣＵ１００は、第２空燃比センサ２２がリッチと判定されてから、ＥＣＵ１００により計測（算出）された放出酸素量が、第３空燃比センサ２３がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、第３空燃比センサ２３によってリッチと判定された場合に、第２排気浄化触媒１２に異常が生じている（第２排気浄化触媒１２が劣化している）と判定する。

また、実施形態２に係る触媒劣化診断装置では、ＥＣＵ１００によって、フューエルカットの終了直後に、フューエルカット後リッチ制御が行われる。

また、ＥＣＵ１００は、フューエルカット後リッチ制御でのリッチ燃焼の実行中に、理論空燃比から第２空燃比センサ２２の空燃比の検出値を引いた差を求めるとともに、その差に排気流量を乗算した積をリッチ投入量の値として演算している。リッチ投入量は、第２排気浄化触媒１２への未燃燃料成分の流入量に対応した値となる。リッチ燃焼中の第３空燃比センサ２３の空燃比検出値が理論空燃比近傍の値となっていれば、第２排気浄化触媒１２に流入した未燃燃料成分の殆どを酸化可能な量の酸素が第２排気浄化触媒１２から放出されていることになる。よって、このときのリッチ投入量は、第２排気浄化触媒１２の単位時間当たりの酸素放出量に対応した値となる。

また、実施形態２に係る触媒劣化診断装置においては、フューエルカット後リッチを実施する際、第２空燃比センサ２２がリッチになってから第２空燃比センサ２２のセンサ値を基にしてリッチ投入量を算出する。例えば、図５のタイミングチャートに示したように、（３）リッチ投入量を積算したリッチ投入積算量（触媒酸素吐出し量）が所定量（第２排気浄化触媒１２が正常の場合はリッチ破綻せず、異常の場合にはリッチ破綻するリッチ投入積算量）に達するか、（４）第３空燃比センサ２３がリッチ判定するか、のいずれかの条件が満たされるまでリッチ運転を継続させる。なお、図５のタイミングチャートにおいて、第１空燃比センサ、第２空燃比センサ、及び、第３空燃比センサについて示した「１４．６」は理論空燃比を示しており、理論空燃比１４．６よりも小さい側（図５中の理論空燃比１４．６の線よりも下側）がリッチであり、理論空燃比１４．６よりも大きい側図５中の理論空燃比１４．６の線よりも上側）がリーンである。

そして、前記（３）の条件を満たすことによってリッチ運転が停止した場合は正常判定をし、前記（４）の条件を満たすことによってリッチ運転が停止した場合は異常判定をする。これにより、第２排気浄化触媒１２が正常の場合には、第２排気浄化触媒１２をリッチ破綻させずに正常判定を完了することができ、エミッション排出が増加することを抑制することができる。なお、図５のタイミングチャートに示したように、例えば、通常のフューエルカット後リッチ制御の終了後もリッチ継続（リッチディレー）する場合は、フューエルカット後リッチ制御のときの空燃比リッチ度合で継続しても良いし、ストイキよりもリッチであればリッチ深さは変更可能である。

図６は、実施形態２においてＥＣＵ１００が実施するフューエルカット後リッチ制御の第１例を示したフローチャートである。

図６に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４１において、フューエルカットを実施する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４２において、フューエルカット復帰要求を取得する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４３において、異常検出要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、異常検出要求があると判断した場合（ステップＳ４３にてＹｅｓ）、ステップＳ４４において、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力であると判断した場合（ステップＳ４４にてＹｅｓ）、ステップＳ４５において、フューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止しない）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４６において、第２空燃比センサ２２がリッチであるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第２空燃比センサ２２がリッチであると判断した場合（ステップＳ４６にてＹｅｓ）、ステップＳ４７において、第２空燃比センサ２２の出力に基づいてリッチ投入量を算出し積算する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４８において、リッチ投入積算量が、第３空燃比センサ２３がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい所定値（第２放出酸素値）以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、リッチ投入積算量が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ４８にてＹｅｓ）、ステップＳ４９において、第３空燃比センサ２３がリッチであるか否かを判断する。第３空燃比センサ２３がリッチであると判断した場合（ステップＳ４９にてＹｅｓ）、ステップＳ５０において、第２排気浄化触媒１２を異常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ４８において、リッチ投入積載量が所定値以下ではないと判断した場合（ステップＳ４８にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５２において、第２排気浄化触媒１２を正常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ４６において、第２空燃比センサ２２がリッチではないと判断した場合（ステップＳ４６にてＮｏ）、または、ステップＳ４９において、第３空燃比センサ２３がリッチではないと判断した場合（ステップＳ４９にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４３に移行する。

また、ステップＳ４３において、異常検出要求が無いと判断した場合（ステップＳ４３にてＮｏ）、または、ステップＳ４４において、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力ではないと判断した場合（ステップＳ４４にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５３において、通常のフューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５１において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、実施形態２に係る触媒劣化診断装置においては、図７のタイミングチャートに示したように、フューエルカットを実施した後、フューエルカットから強制復帰ではなく、フューエルカットから自然復帰した場合のみ、且つ、アクセル操作がなくアイドル運転が継続している場合のみ、図６に示したフローチャートのステップＳ３以降の処理と同様の処理を行う制御を実施するようにしてもよい。これにより、確実に低吸入空気量での検出となり、検出精度を高めることができるため、異常触媒及び応答遅れセンサの場合にも、積算リッチ投入量の余計な増加を抑制でき、誤正常判定リスクを低下させることができる。

図８は、実施形態２においてＥＣＵ１００が実施するフューエルカット後リッチ制御の第２例を示したフローチャートである。

図８に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６１において、フューエルカットを実施する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６２において、フューエルカット復帰要求を取得する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６３において、フューエルカットから自然復帰であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、フューエルカットから自然復帰であると判断した場合（ステップＳ６３にてＹｅｓ）、ステップＳ６４において、アイドル運転であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、アイドル運転であると判断した場合（ステップＳ６４にてＹｅｓ）、ステップＳ６５において、異常検出要求が有るか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、異常検出要求があると判断した場合（ステップＳ６５にてＹｅｓ）、ステップＳ６６において、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力であると判断した場合（ステップＳ６６にてＹｅｓ）、ステップＳ６７において、フューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止しない）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６８において、第２空燃比センサ２２がリッチであるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、第２空燃比センサ２２がリッチであると判断した場合（ステップＳ６８にてＹｅｓ）、ステップＳ６９において、第２空燃比センサ２２の出力に基づいてリッチ投入量を算出し積算する。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７０において、リッチ投入積算量が、第３空燃比センサ２３がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい所定値（第２放出酸素値）以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、リッチ投入積算量が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ７０にてＹｅｓ）、ステップＳ７１において、第３空燃比センサ２３がリッチであるか否かを判断する。第３空燃比センサ２３がリッチであると判断した場合（ステップＳ７１にてＹｅｓ）、ステップＳ７２において、第２排気浄化触媒１２を異常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ７０において、リッチ投入積載量が所定値以下ではないと判断した場合（ステップＳ７０にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７４において、第２排気浄化触媒１２を正常判定とする。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、ステップＳ６８において、第２空燃比センサ２２がリッチではないと判断した場合（ステップＳ６８にてＮｏ）、または、ステップＳ７１において、第３空燃比センサ２３がリッチではないと判断した場合（ステップＳ７１にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６４に移行する。

また、ステップＳ６３において、フューエルカットから自然復帰ではない（フューエルカットから強制復帰）と判断した場合（ステップＳ６３にてＮｏ）、ステップＳ６４において、アイドル運転ではないと判断した場合（ステップＳ６４にてＮｏ）、ステップＳ６５において、異常検出要求が無いと判断した場合（ステップＳ６５にてＮｏ）、または、ステップＳ６６において、第２空燃比センサ２２が大気相当の出力ではないと判断した場合（ステップＳ６６にてＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７５において、通常のフューエルカット後リッチ制御を実施する（通常の終了条件で停止）。次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７３において、フューエルカット後リッチ制御を停止する。そして、ＥＣＵ１００は、一連の本制御を終了する。

また、実施形態２に係る触媒劣化診断装置においては、図９のタイミングチャートに示したように、フューエルカット自然復帰からのアイドル運転の継続に限らず、フューエルカット強制復帰、あるいはアクセル操作により途中でアイドル運転ではなくなった場合であって、エンジン１への吸入空気量Ｇａが所定量（吸入空気量上限値）以下の場合に、触媒の劣化を診断するようにしてもよい。この場合でも、吸入空気量Ｇａの条件に上限を設けることによって、低吸入空気量での検出となり、検出精度を高めることができるため、第２排気浄化触媒１２の誤正常判定リスクを低下させることができる。また、この際、前記所定量が、アイドル運転における吸入空気量Ｇａ（アイドル運転相当吸入空気量）以上であっても、低吸入空気量での検出となるため、検出精度を高めることができる。

（実施形態３）
以下に、本発明に係る触媒劣化診断装置の実施形態３について説明する。なお、本実施形態において実施形態１及び２に係る触媒劣化診断装置と同様の構成などについては、その説明を適宜省略する。

図１０は、実施形態３に係る触媒劣化診断装置による触媒劣化の診断が行われるエンジン１の排気系を示した概略図である。

図１０に示すように、実施形態３においては、排気通路２に、第１排気浄化触媒１１及び第２排気浄化触媒１２が上流側からこの順で取り付けられている。第１排気浄化触媒１１及び第２排気浄化触媒１２には、三元触媒が用いられている。

排気通路２における第１排気浄化触媒１１の上流側には、第１空燃比センサ２１が設けられている。排気通路２における第１排気浄化触媒１１と第２排気浄化触媒１２との間には、第２空燃比センサ２２が設けられている。排気通路２における第２排気浄化触媒１２の下流側には、第３空燃比センサ２３が設けられている。なお、第１空燃比センサ２１、第２空燃比センサ２２、及び、第３空燃比センサ２３に代えて、それぞれ酸素センサを設けても良い。

実施形態３に係る触媒劣化診断装置は、エンジン１の排気通路２に配置された第２排気浄化触媒１２の劣化を診断する。実施形態３に係る触媒劣化診断装置においてＥＣＵ１００は、例えば、第２空燃比センサ２２がリッチと判定されてから、ＥＣＵ１００により算出された放出酸素量が、第３空燃比センサ２３がリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、第３空燃比センサ２３によってリッチと判定された場合に、第２排気浄化触媒１２に異常が生じている（第２排気浄化触媒１２が劣化している）と判定する。

また、実施形態３に係る触媒劣化診断装置では、フューエルカットの代わりに排気通路２への二次空気導入による触媒酸素飽和状態を作ることによって、第２排気浄化触媒１２の劣化診断の制御を実施する。これにより、図１１のタイミングチャートに示したように、フューエルカットのタイミングに限定されず、車両の通常走行時にも第２排気浄化触媒１２の劣化診断の制御を実施することが可能となる。なお、二次空気は、劣化診断を実施する触媒（第２排気浄化触媒１２）を酸素飽和状態にすることができれば、排気通路２のどこに導入してもよい。例えば、図１０では、第２排気浄化触媒１２の劣化診断を実施するにあたって、排気通路２における第１排気浄化触媒１１と第２排気浄化触媒１２との間に二次空気を導入しているが、排気通路２における第１排気浄化触媒１１の上流側に二次空気を導入してもよい。

１エンジン
２排気通路
１１第１排気浄化触媒
１２第２排気浄化触媒
２１第１空燃比センサ
２２第２空燃比センサ
２３第３空燃比センサ
１００ＥＣＵ

Claims

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触媒劣化診断装置であって、
前記内燃機関におけるフューエルカットの終了後から空燃比をリッチに制御し、前記触媒からの放出酸素量を計測する計測手段と、
前記フューエルカットの終了時から空燃比をリッチに制御するフューエルカット直後リッチ制御手段と、
前記排気通路における前記触媒の前後のそれぞれに設けられ、空燃比を測定するための触媒前センサ及び触媒後センサと、
を備え、
前記触媒前センサがリッチと判定されてから、前記計測手段により計測された放出酸素量が、前記触媒後センサがリッチと判定される第１放出酸素値よりも小さい第２放出酸素値以下であって、且つ、前記触媒後センサによってリッチと判定された場合に、前記触媒に異常が生じていると判定することを特徴とする触媒劣化診断装置。
前記フューエルカットから自然復帰した場合、且つ、前記内燃機関がアイドル状態で運転されている場合に、前記触媒の劣化を診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。
前記内燃機関への吸入空気量が所定量以下の場合に、前記触媒の劣化を診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。
前記所定量は、前記内燃機関がアイドル状態で運転される場合における前記吸入空気量以上であることを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化診断装置。