JP3759567B2 - 触媒劣化状態検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒のストレージ量（飽和吸着量）に基づいて触媒の劣化状態を判定する触媒劣化状態検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガス浄化用の触媒の劣化（ストレージ量の減少）を検出するため、例えば特開平７−１０３０３９号公報に示すように、目標空燃比のディザ周期と振幅を順次増加して、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点のディザ周期と振幅に基づいて触媒の劣化状態（ストレージ量）を判定することが提案されている。或は、特開平６−１７６４０号公報に示すように、目標空燃比をリッチ方向とリーン方向に交互に変化させる処理を繰り返しながら、目標空燃比補正量と補正時間を順次増加し、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点の目標空燃比補正量と補正時間に基づいて触媒のストレージ量を算出して触媒の劣化状態を判定することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、触媒のストレージ量を精度良く算出することができない。つまり、触媒のストレージ量を算出する際の目標空燃比の変化パターンが同じでも、吸入空気量（排ガス量）が異なると、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化するまでの時間が異なってくる。このため、上記従来のように、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点のディザ周期・振幅又は目標空燃比補正量・補正時間に基づいてストレージ量を算出したのでは、ストレージ量の算出値が吸入空気量（排ガス量）によって変化してしまい、触媒劣化の検出精度が低下する欠点がある。
【０００４】
また、エンジン運転中は、排ガス浄化効率を高めるために、排ガスの空燃比を理論空燃比（ストイキ）付近に制御するが、触媒のストレージ量を算出する際には、エンジンから排出する排ガスの空燃比をリッチ又はリーンに変化させて触媒下流側の空燃比をリッチ又はリーンに変化させるため、排気エミッションが悪化するという欠点もある。
【０００５】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、本発明の第１の目的は触媒のストレージ量の算出精度（触媒劣化の検出精度）を向上することであり、また、本発明の第２の目的は、排気エミッションを悪化させずに、触媒のストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の請求項１の触媒劣化状態検出装置によれば、ストレージ量算出手段は、目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出する。そして、劣化状態判定手段は、ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて触媒の劣化状態を判定する。
【０００７】
この場合、上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するため、触媒のストレージ量を算出する際に吸入空気量（排ガス量）が変化しても、その影響を受けずに、ストレージ量を精度良く算出することができ、触媒劣化の検出精度を向上できる。
【０００８】
更に、請求項２のように、目標空燃比の変化により上流側センサの出力が所定値に変化してから下流側センサの出力が所定値に変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量と目標空燃比の変化量とに基づいて触媒のストレージ量を算出するようにすると良い。つまり、上流側センサの出力が所定値に変化してから下流側センサの出力が所定値に変化するまでに触媒に流入するリッチ成分量（又はリーン成分量）は、吸入空気量（排ガス量）の他に、排ガスの空燃比によっても変化するため、排ガス量と目標空燃比の変化量とに基づいて触媒のストレージ量を算出すれば、ストレージ量の算出精度を更に向上することができる。
【０００９】
また、前記第２の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒のストレージ量を算出するようにしている。つまり、燃料カット中は、触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンになり、触媒のストレージ量がリーン側に変化するため、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてストレージ量を算出できる。これにより、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができる。
【００１０】
ところで、燃料カットの時間がある程度長くなると、燃料カット中に触媒のリーン成分（Ｏ2 等）の吸着量が飽和した状態となり、この飽和吸着量が触媒のストレージ量となる。従って、燃料カットにより触媒のリーン成分の吸着量が飽和した状態で、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒下流側の空燃比がストイキに達するまでの間に触媒に流入した排ガス量から触媒のストレージ量を算出すれば、ストレージ量を精度良く算出することができる。
【００１１】
この点を考慮して、請求項１に係る発明は、燃料カット中の触媒のリーン成分の吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）になった時に、その燃料カットの終了直後に触媒のストレージ量を算出するようにしている。これにより、ストレージ量を精度良く算出することができる。
【００１２】
また、請求項３のように、前回の飽和ストレージ量の算出値に応じて目標空燃比を設定して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。つまり、触媒の飽和ストレージ量が減少している時に、目標空燃比を大きくリッチ側に変化させると、比較的短時間で触媒がリッチ成分で飽和してリッチ成分が触媒を通り抜けてしまうおそれがある。従って、前回の飽和ストレージ量の算出値に応じて目標空燃比を設定すれば、現在の飽和ストレージ量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、飽和ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量を算出することができる。
【００１３】
また、請求項４のように、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。つまり、目標空燃比が同じであれば、吸入空気量（排ガス量）が多くなるほど、触媒に流入するリッチ成分量が多くなり、触媒がリッチ成分で飽和するまでの時間が短くなる。従って、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正すれば、吸入空気量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量を算出することができる。
【００１４】
或は、請求項５のように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。このように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正すれば、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御の応答性（目標空燃比への追従性）が変化するため、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正する場合とほぼ同じ効果を得ることができる。
【００１５】
また、請求項６のように、内燃機関の運転状態がアイドル等の低負荷の時に触媒のストレージ量を算出するようにすると良い。つまり、アイドル等の低負荷の時には、排ガス量が少ないため、目標空燃比を一時的に変化させても、排気エミッションへの影響が少ない。
【００１６】
また、請求項７のように、ストレージ量の算出値に基づいて触媒劣化以外の異常の有無を異常判定手段により判定するようにしても良い。例えば、ストレージ量の算出値が新品触媒のストレージ量よりも大きい場合は、センサの異常か、触媒の目詰まり等の異常が考えられるため、異常有りと判定する。これにより、システムの信頼性を向上できる。
【００１７】
以上説明した各請求項の発明は、内燃機関の排ガス通路に１つの触媒を設置したシステムに適用できることは勿論、上流側触媒と下流側触媒を設置したシステムにも適用できる。
【００１８】
この場合、請求項８のように、上流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。
【００１９】
或は、請求項９のように、上流側触媒の上流側と下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒と下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出するようにしても良い。
【００２０】
或は、請求項１０のように、上流側触媒の上流側と下流側及び下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒と下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出すると共に、上流側触媒のストレージ量を算出し、両触媒の合計ストレージ量から上流側触媒のストレージ量を引き算することで、下流側触媒のストレージ量を求めるようにしても良い。このようにすれば、上流側触媒の影響を受けずに、下流側触媒のストレージ量を精度良く算出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２２】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２３】
一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２３が直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成され、下流側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されている。本実施形態では、上流側触媒２２と下流側触媒２３との容量比は、例えば１：２に設定されている。
【００２４】
更に、上流側触媒２２の上流側と下流側及び下流側触媒２３の下流側には、それぞれ排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４，２５，２６が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２７や、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００２５】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された燃料噴射制御プログラム（図示せず）を実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量を制御すると共に、点火制御プログラム（図示せず）を実行することで、点火プラグ３０の点火時期を制御する。
【００２６】
更に、ＥＣＵ２９は、ＲＯＭに記憶された図２乃至図４の上流側触媒劣化判定プログラムを実行することで、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を算出して上流側触媒２２の劣化の有無を判定すると共に、図１０の下流側触媒劣化判定プログラムを実行することで、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量を算出して下流側触媒２３の劣化の有無を判定する。
【００２７】
ここで、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量の算出方法を図５を用いて説明する。本実施形態では、燃料カット終了直後に、目標空燃比をリッチに切り換えて上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を算出する。つまり、燃料カット中は、上流側触媒２２に流入する排ガスの空燃比がリーンになるため、燃料カットの時間がある程度長くなると、燃料カット中に上流側触媒２２のＯ2 （リーン成分）の吸着量が飽和した状態となり、この飽和Ｏ2 吸着量が上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量となる。
【００２８】
燃料カットにより上流側触媒２２のＯ2 吸着量が飽和した状態では、図５に示すように、上流側触媒２２の下流側の空燃比も、上流側の空燃比と同じく、リーン側に大きく変化している。この状態で、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えると、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比がストイキを越えてリッチ側に変化し始める。目標空燃比がリッチに切り換えられても、暫くの間は、上流側触媒２２に流入する排ガスのリッチ成分が全て上流側触媒２２で吸着・浄化されるため、上流側触媒２２の下流側の空燃比は、リーンの状態を維持する。このため、図５に示すように、上流側触媒２２の上流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側へ変化し始めてから、少し遅れて下流側の空燃比がストイキ側へ変化し始める。
【００２９】
上流側触媒２２にリッチガスを流し続けると、上流側触媒２２に吸着されているＯ2 が消費されて、やがて上流側触媒２２のＯ2 吸着量が０となる。この時点Ｔ3 で、上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキとなる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、上流側触媒２２にリッチガスが流入し始めてから下流側の空燃比がストイキになるまでの期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に、上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（つまり燃料カット中に上流側触媒２２に吸着されたＯ2 を全て消費するのに要したリッチ成分量）を算出し、このリッチ成分量を上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量とする。この期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（Ｏ2 ストレージ量）は、期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に上流側触媒２２に流入した排ガス量と目標空燃比の変化量によって算出することができる。
【００３１】
以上説明した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量の算出は、図２乃至図４の上流側触媒劣化判定プログラムによって行われる。本プログラムは、エンジン始動後、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１〜１０７で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（劣化判定実行条件）が成立しているか否かを次のようにして判定する。まず、ステップ１０１で、上流側及び下流側の空燃比センサ２４，２５が活性済みであるか否かを判定する。両空燃比センサ２４，２５が活性していなければ、上流側触媒２２の上流側と下流側の空燃比を正確に検出できないためである。
【００３２】
両空燃比センサ２４，２５が活性済みであれば、ステップ１０２に進み、上流側触媒２２が活性済みであるか否かを判定する。上流側触媒２２が活性していなければ、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を正確に測定できないためである。
【００３３】
上流側触媒２２が活性済みであれば、ステップ１０３に進み、今回の運転中に、まだ上流側触媒２２の劣化判定が終了していないか否かを上流側触媒劣化判定フラグＸＦＳＲ１が０であるか否かによって判定する。１回の運転だけで上流側触媒２２が急激に劣化することはないため、１回の運転中に上流側触媒２２の劣化判定を１回だけ行うためである。
【００３４】
まだ、上流側触媒２２の劣化判定が終了していなければ、ステップ１０４に進み、燃料カット中であるか否かを判定する。燃料カット中に、上流側触媒２２に排ガス中のＯ2 を吸着させて上流側触媒２２のＯ2 吸着量を飽和させるためである。
【００３５】
燃料カット中であれば、ステップ１０５に進み、現在のエンジン運転状態がアイドル等の低負荷域か否かを判定する。アイドル等の低負荷域であれば、排ガス量が少なく、目標空燃比を一時的に変化させても、排気エミッションへの影響が少ないためである。
【００３６】
アイドル等の低負荷域であれば、ステップ１０６に進み、燃料カット中の上流側触媒２２のＯ2 吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）になったか否かを判定する。この際、上流側触媒２２のＯ2 吸着量を算出するために、まず、燃料カット開始から現在までに上流側触媒２２に流入した排ガス量（＝吸入空気量平均値×燃料カット継続時間）を算出し、この排ガス量に応じて図６のデータテーブル又は数式によりＯ2 吸着量を算出する。このＯ2 吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）でなければ、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を正確に測定できないため、Ｏ2 吸着量が所定量以上であることをＯ2 ストレージ量測定条件の１つとしている。
Ｏ2 吸着量が所定量以上であれば、ステップ１０７に進み、誤判定を防止するために、各種のセンサ等のシステムが正常に動作しているか否かを判定する。
【００３７】
以上説明した各ステップ１０１〜１０７で、全て「Ｙｅｓ」と判定されれば、Ｏ2 ストレージ量測定条件が成立し、図３のステップ１０８に進み、燃料カットが終了するまで待って、燃料カットの終了直後に次のようにしてＯ2 ストレージ量の測定を開始する。まず、ステップ１０９で、目標空燃比をリッチに切り換える。この際、目標空燃比は予め設定したリッチ側の固定値に切り換えても良いが、前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて図７のデータテーブル又は数式により目標空燃比を算出しても良い。
【００３８】
この際、予め設定した目標空燃比（又は前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて設定された目標空燃比）を吸入空気量に応じて補正しても良い。この補正は、例えば、吸入空気量に応じて図８のデータテーブルにより補正係数を算出し、この補正係数を目標空燃比に掛け算して最終的な目標空燃比を求めれば良い。このように、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正すれば、吸入空気量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、Ｏ2 ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、Ｏ2 ストレージ量を測定することができる。
【００３９】
尚、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正しても良い。この補正は、例えば、吸入空気量に応じて図９のデータテーブルにより補正係数を算出し、この補正係数を現在のゲインに掛け算して最終的なゲインを求めれば良い。このように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正すれば、吸入空気量が増加するほど、空燃比フィードバック制御の応答性（目標空燃比への追従性）が速くなるため、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正する場合とほぼ同じ効果を得ることができる。
【００４０】
燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えると、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比がリッチに変化するため、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４の出力がストイキ側へ変化し始める（図５参照）。そして、上流側空燃比センサ２４の出力がストイキになった時点Ｔ1 で、タイマをスタートさせると共に（ステップ１１０，１１１）、上流側触媒２２に流入する排ガス流量（吸入空気量）の測定を開始する（ステップ１１２）。
【００４１】
目標空燃比をリッチに切り換えても、暫くの間は、上流側触媒２２に流入する排ガスのリッチ成分が全て上流側触媒２２で吸着・浄化されるため、上流側触媒２２の下流側の空燃比は、リーンの状態を維持する。このため、図５に示すように、上流側触媒２２の上流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側へ変化し始めてから、少し遅れて上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキ側へ変化し始める。
【００４２】
そして、下流側空燃比センサ２５の出力がストイキに対して所定値以内に近付いた時点Ｔ2 で、図５に示すように、目標空燃比をストイキ側へ徐変する（ステップ１１３，１１４）。これにより、上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側にオーバーシュートすることを防止する。
【００４３】
その後、下流側空燃比センサ２５の出力がストイキになった時点Ｔ3 で、目標空燃比をストイキにセットすると共に（ステップ１１５，１１６）、タイマをストップして空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）を読み込む（ステップ１１７）。この後、ステップ１１８で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を次式により算出する。
Ｓ1 ＝（１４．７−目標空燃比）×排ガス流量平均値×空燃比ずれ時間
【００４４】
ここで、排ガス流量平均値×空燃比ずれ時間は、空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）内に上流側触媒２２に流入した排ガス量に相当する。つまり、上流側触媒２２にリッチガスが流入し始めてから下流側の空燃比がストイキになるまでの空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）内に、上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（つまり上流側触媒２２に吸着されているＯ2 を全て消費するのに要したリッチ成分量）を算出し、このリッチ成分量を上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 とするものである。尚、このステップ１１８の処理が特許請求の範囲でいうストレージ量算出手段としての役割を果たす。
【００４５】
その後、ステップ１１９で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を判定値Ａと比較し、Ｏ2 ストレージ量Ｓ1 が判定値Ａより多ければ、ステップ１２０に進み、上流側触媒２２の劣化無しと判定し、次のステップ１２３で、上流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ１を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００４６】
一方、Ｏ2 ストレージ量Ｓ1 が判定値Ａ以下であれば、ステップ１２１に進み、上流側触媒２２の劣化有りと判定し、次のステップ１２２で、警告ランプの点灯、異常コードの記憶等のフェール処理を行った後、ステップ１２３に進み、上流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ１を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。尚、ステップ１１９〜１２１の処理が特許請求の範囲でいう劣化状態判定手段としての役割を果たす。
【００４７】
次に、下流側触媒２３の劣化判定方法について説明する。下流側触媒２３の上流側には、上流側触媒２２が存在するため、下流側触媒２３の上流側の空燃比は上流側触媒２２の影響を受けて変動する。このため、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量Ｓ2 を、上流側触媒２２と同じ方法で算出することはできない。
【００４８】
そこで、本実施形態では、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなして両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallを算出し、この合計ストレージ量Ｓtotallから上流側触媒２２のストレージ量Ｓ1 を引き算することで、下流側触媒２３のストレージ量Ｓ2 を求め、このストレージ量Ｓ2 に基づいて下流側触媒２３の劣化の有無を判定する。以下、この処理を行う図１０の下流側触媒劣化判定プログラムについて説明する。
【００４９】
図１０の下流側触媒劣化判定プログラムは、エンジン始動後、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（劣化判定実行条件）が成立しているか否かを判定する。上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件も、前述した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（ステップ１０１〜１０７）と同様の条件である。
【００５０】
上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件が成立していれば、ステップ２０２に進み、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなして両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallを算出する。合計ストレージ量Ｓtotallの算出は、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 の算出処理（ステップ１０８〜１１８）と同様の方法で行えば良い。このステップ２０２の処理が特許請求の範囲でいうストレージ量算出手段としての役割を果たす。
【００５１】
この後、ステップ２０３で、図４のステップ１１８で算出した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を読み込み、次のステップ２０４で、両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallから上流側触媒２２のストレージ量Ｓ1 を引き算することで、下流側触媒２３のストレージ量Ｓ2 を求める。
【００５２】
この後、ステップ２０５で、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量Ｓ2 を判定値Ｂと比較し、Ｏ2 ストレージ量Ｓ2 が判定値Ｂより多ければ、ステップ２０６に進み、下流側触媒２３の劣化無しと判定し、次のステップ２０９で、下流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ２を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００５３】
一方、Ｏ2 ストレージ量Ｓ2 が判定値Ｂ以下であれば、ステップ２０７に進み、下流側触媒２３の劣化有りと判定し、次のステップ２０８で、警告ランプの点灯、異常コードの記憶等のフェール処理を行った後、ステップ２０９に進み、下流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ２を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒２２，２３のＯ2 ストレージ量を算出するようにしたので、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてＯ2 ストレージ量を算出できる。これにより、排気エミッションを悪化させずに、Ｏ2 ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができる。
【００５５】
但し、本発明は、燃料カット終了直後以外の時期にＯ2 ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うようにしても良い。例えば、運転中に、触媒のＯ2 吸着量が多くなる領域で、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてＯ2 ストレージ量を算出しても良い。或は、運転中に、触媒のＨＣ等のリッチ成分吸着量が多くなる領域で、排ガスの空燃比をリーン側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてリッチ成分のストレージ量を算出しても良い。これらいずれの場合でも、排気エミッションを悪化させずに、触媒のストレージ量を算出することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、触媒の上流側と下流側に空燃比センサを設置したが、酸素濃度、ＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度等のガス濃度を検出するセンサを設置しても良い。
【００５７】
また、触媒のストレージ量の算出値に基づいて、センサの異常、触媒の目詰まり等を検出する機能を追加しても良い。例えば、ストレージ量の算出値が新品触媒のストレージ量よりも大きい場合は、センサの異常か、触媒の目詰まり等の異常が考えられるため、異常有りと判定する。これにより、システムの信頼性を向上できる。
【００５８】
その他、本発明は、排気管に触媒を１個のみ設置したシステムにも適用できる等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その３）
【図５】上流側触媒のＯ2 ストレージ量の測定方法を説明するためのタイムチャート
【図６】燃料カット中の上流側触媒のＯ2 吸着量の算出テーブルの一例を示す図
【図７】前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて目標空燃比を設定する場合のデータテーブルの一例を示す図
【図８】吸入空気量に応じた目標空燃比の補正係数の算出テーブルの一例を示す図
【図９】吸入空気量に応じた空燃比フィードバックゲインの補正係数の算出テーブルの一例を示す図
【図１０】下流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排ガス通路）、２２…上流側触媒、２３…下流側触媒、２４〜２６…空燃比センサ、２９…ＥＣＵ（ストレージ量算出手段，劣化状態判定手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒のストレージ量（飽和吸着量）に基づいて触媒の劣化状態を判定する触媒劣化状態検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガス浄化用の触媒の劣化（ストレージ量の減少）を検出するため、例えば特開平７−１０３０３９号公報に示すように、目標空燃比のディザ周期と振幅を順次増加して、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点のディザ周期と振幅に基づいて触媒の劣化状態（ストレージ量）を判定することが提案されている。或は、特開平６−１７６４０号公報に示すように、目標空燃比をリッチ方向とリーン方向に交互に変化させる処理を繰り返しながら、目標空燃比補正量と補正時間を順次増加し、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点の目標空燃比補正量と補正時間に基づいて触媒のストレージ量を算出して触媒の劣化状態を判定することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、触媒のストレージ量を精度良く算出することができない。つまり、触媒のストレージ量を算出する際の目標空燃比の変化パターンが同じでも、吸入空気量（排ガス量）が異なると、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化するまでの時間が異なってくる。このため、上記従来のように、触媒下流側の空燃比センサの出力が変化した時点のディザ周期・振幅又は目標空燃比補正量・補正時間に基づいてストレージ量を算出したのでは、ストレージ量の算出値が吸入空気量（排ガス量）によって変化してしまい、触媒劣化の検出精度が低下する欠点がある。
【０００４】
また、エンジン運転中は、排ガス浄化効率を高めるために、排ガスの空燃比を理論空燃比（ストイキ）付近に制御するが、触媒のストレージ量を算出する際には、エンジンから排出する排ガスの空燃比をリッチ又はリーンに変化させて触媒下流側の空燃比をリッチ又はリーンに変化させるため、排気エミッションが悪化するという欠点もある。
【０００５】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、本発明の第１の目的は触媒のストレージ量の算出精度（触媒劣化の検出精度）を向上することであり、また、本発明の第２の目的は、排気エミッションを悪化させずに、触媒のストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の請求項１の触媒劣化状態検出装置によれば、ストレージ量算出手段は、目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出する。そして、劣化状態判定手段は、ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて触媒の劣化状態を判定する。
【０００７】
この場合、上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するため、触媒のストレージ量を算出する際に吸入空気量（排ガス量）が変化しても、その影響を受けずに、ストレージ量を精度良く算出することができ、触媒劣化の検出精度を向上できる。
【０００８】
更に、請求項２のように、目標空燃比の変化により上流側センサの出力が所定値に変化してから下流側センサの出力が所定値に変化するまでの間に触媒に流入した排ガス量と目標空燃比の変化量とに基づいて触媒のストレージ量を算出するようにすると良い。つまり、上流側センサの出力が所定値に変化してから下流側センサの出力が所定値に変化するまでに触媒に流入するリッチ成分量（又はリーン成分量）は、吸入空気量（排ガス量）の他に、排ガスの空燃比によっても変化するため、排ガス量と目標空燃比の変化量とに基づいて触媒のストレージ量を算出すれば、ストレージ量の算出精度を更に向上することができる。
【０００９】
また、前記第２の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒のストレージ量を算出するようにしている。つまり、燃料カット中は、触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンになり、触媒のストレージ量がリーン側に変化するため、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてストレージ量を算出できる。これにより、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができる。
【００１０】
ところで、燃料カットの時間がある程度長くなると、燃料カット中に触媒のリーン成分（Ｏ2 等）の吸着量が飽和した状態となり、この飽和吸着量が触媒のストレージ量となる。従って、燃料カットにより触媒のリーン成分の吸着量が飽和した状態で、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒下流側の空燃比がストイキに達するまでの間に触媒に流入した排ガス量から触媒のストレージ量を算出すれば、ストレージ量を精度良く算出することができる。
【００１１】
この点を考慮して、請求項１に係る発明は、燃料カット中の触媒のリーン成分の吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）になった時に、その燃料カットの終了直後に触媒のストレージ量を算出するようにしている。これにより、ストレージ量を精度良く算出することができる。
【００１２】
また、請求項３のように、前回の飽和ストレージ量の算出値に応じて目標空燃比を設定して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。つまり、触媒の飽和ストレージ量が減少している時に、目標空燃比を大きくリッチ側に変化させると、比較的短時間で触媒がリッチ成分で飽和してリッチ成分が触媒を通り抜けてしまうおそれがある。従って、前回の飽和ストレージ量の算出値に応じて目標空燃比を設定すれば、現在の飽和ストレージ量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、飽和ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量を算出することができる。
【００１３】
また、請求項４のように、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。つまり、目標空燃比が同じであれば、吸入空気量（排ガス量）が多くなるほど、触媒に流入するリッチ成分量が多くなり、触媒がリッチ成分で飽和するまでの時間が短くなる。従って、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正すれば、吸入空気量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、ストレージ量を算出することができる。
【００１４】
或は、請求項５のように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正して触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。このように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正すれば、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御の応答性（目標空燃比への追従性）が変化するため、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正する場合とほぼ同じ効果を得ることができる。
【００１５】
また、請求項６のように、内燃機関の運転状態がアイドル等の低負荷の時に触媒のストレージ量を算出するようにすると良い。つまり、アイドル等の低負荷の時には、排ガス量が少ないため、目標空燃比を一時的に変化させても、排気エミッションへの影響が少ない。
【００１６】
また、請求項７のように、ストレージ量の算出値に基づいて触媒劣化以外の異常の有無を異常判定手段により判定するようにしても良い。例えば、ストレージ量の算出値が新品触媒のストレージ量よりも大きい場合は、センサの異常か、触媒の目詰まり等の異常が考えられるため、異常有りと判定する。これにより、システムの信頼性を向上できる。
【００１７】
以上説明した各請求項の発明は、内燃機関の排ガス通路に１つの触媒を設置したシステムに適用できることは勿論、上流側触媒と下流側触媒を設置したシステムにも適用できる。
【００１８】
この場合、請求項８のように、上流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒のストレージ量を算出するようにしても良い。
【００１９】
或は、請求項９のように、上流側触媒の上流側と下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒と下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出するようにしても良い。
【００２０】
或は、請求項１０のように、上流側触媒の上流側と下流側及び下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置し、上流側触媒と下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出すると共に、上流側触媒のストレージ量を算出し、両触媒の合計ストレージ量から上流側触媒のストレージ量を引き算することで、下流側触媒のストレージ量を求めるようにしても良い。このようにすれば、上流側触媒の影響を受けずに、下流側触媒のストレージ量を精度良く算出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２２】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２３】
一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２３が直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成され、下流側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されている。本実施形態では、上流側触媒２２と下流側触媒２３との容量比は、例えば１：２に設定されている。
【００２４】
更に、上流側触媒２２の上流側と下流側及び下流側触媒２３の下流側には、それぞれ排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４，２５，２６が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２７や、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００２５】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された燃料噴射制御プログラム（図示せず）を実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量を制御すると共に、点火制御プログラム（図示せず）を実行することで、点火プラグ３０の点火時期を制御する。
【００２６】
更に、ＥＣＵ２９は、ＲＯＭに記憶された図２乃至図４の上流側触媒劣化判定プログラムを実行することで、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を算出して上流側触媒２２の劣化の有無を判定すると共に、図１０の下流側触媒劣化判定プログラムを実行することで、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量を算出して下流側触媒２３の劣化の有無を判定する。
【００２７】
ここで、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量の算出方法を図５を用いて説明する。本実施形態では、燃料カット終了直後に、目標空燃比をリッチに切り換えて上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を算出する。つまり、燃料カット中は、上流側触媒２２に流入する排ガスの空燃比がリーンになるため、燃料カットの時間がある程度長くなると、燃料カット中に上流側触媒２２のＯ2 （リーン成分）の吸着量が飽和した状態となり、この飽和Ｏ2 吸着量が上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量となる。
【００２８】
燃料カットにより上流側触媒２２のＯ2 吸着量が飽和した状態では、図５に示すように、上流側触媒２２の下流側の空燃比も、上流側の空燃比と同じく、リーン側に大きく変化している。この状態で、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えると、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比がストイキを越えてリッチ側に変化し始める。目標空燃比がリッチに切り換えられても、暫くの間は、上流側触媒２２に流入する排ガスのリッチ成分が全て上流側触媒２２で吸着・浄化されるため、上流側触媒２２の下流側の空燃比は、リーンの状態を維持する。このため、図５に示すように、上流側触媒２２の上流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側へ変化し始めてから、少し遅れて下流側の空燃比がストイキ側へ変化し始める。
【００２９】
上流側触媒２２にリッチガスを流し続けると、上流側触媒２２に吸着されているＯ2 が消費されて、やがて上流側触媒２２のＯ2 吸着量が０となる。この時点Ｔ3 で、上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキとなる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、上流側触媒２２にリッチガスが流入し始めてから下流側の空燃比がストイキになるまでの期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に、上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（つまり燃料カット中に上流側触媒２２に吸着されたＯ2 を全て消費するのに要したリッチ成分量）を算出し、このリッチ成分量を上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量とする。この期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（Ｏ2 ストレージ量）は、期間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）に上流側触媒２２に流入した排ガス量と目標空燃比の変化量によって算出することができる。
【００３１】
以上説明した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量の算出は、図２乃至図４の上流側触媒劣化判定プログラムによって行われる。本プログラムは、エンジン始動後、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１〜１０７で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（劣化判定実行条件）が成立しているか否かを次のようにして判定する。まず、ステップ１０１で、上流側及び下流側の空燃比センサ２４，２５が活性済みであるか否かを判定する。両空燃比センサ２４，２５が活性していなければ、上流側触媒２２の上流側と下流側の空燃比を正確に検出できないためである。
【００３２】
両空燃比センサ２４，２５が活性済みであれば、ステップ１０２に進み、上流側触媒２２が活性済みであるか否かを判定する。上流側触媒２２が活性していなければ、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を正確に測定できないためである。
【００３３】
上流側触媒２２が活性済みであれば、ステップ１０３に進み、今回の運転中に、まだ上流側触媒２２の劣化判定が終了していないか否かを上流側触媒劣化判定フラグＸＦＳＲ１が０であるか否かによって判定する。１回の運転だけで上流側触媒２２が急激に劣化することはないため、１回の運転中に上流側触媒２２の劣化判定を１回だけ行うためである。
【００３４】
まだ、上流側触媒２２の劣化判定が終了していなければ、ステップ１０４に進み、燃料カット中であるか否かを判定する。燃料カット中に、上流側触媒２２に排ガス中のＯ2 を吸着させて上流側触媒２２のＯ2 吸着量を飽和させるためである。
【００３５】
燃料カット中であれば、ステップ１０５に進み、現在のエンジン運転状態がアイドル等の低負荷域か否かを判定する。アイドル等の低負荷域であれば、排ガス量が少なく、目標空燃比を一時的に変化させても、排気エミッションへの影響が少ないためである。
【００３６】
アイドル等の低負荷域であれば、ステップ１０６に進み、燃料カット中の上流側触媒２２のＯ2 吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）になったか否かを判定する。この際、上流側触媒２２のＯ2 吸着量を算出するために、まず、燃料カット開始から現在までに上流側触媒２２に流入した排ガス量（＝吸入空気量平均値×燃料カット継続時間）を算出し、この排ガス量に応じて図６のデータテーブル又は数式によりＯ2 吸着量を算出する。このＯ2 吸着量が所定量以上（つまり飽和レベル）でなければ、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量を正確に測定できないため、Ｏ2 吸着量が所定量以上であることをＯ2 ストレージ量測定条件の１つとしている。
Ｏ2 吸着量が所定量以上であれば、ステップ１０７に進み、誤判定を防止するために、各種のセンサ等のシステムが正常に動作しているか否かを判定する。
【００３７】
以上説明した各ステップ１０１〜１０７で、全て「Ｙｅｓ」と判定されれば、Ｏ2 ストレージ量測定条件が成立し、図３のステップ１０８に進み、燃料カットが終了するまで待って、燃料カットの終了直後に次のようにしてＯ2 ストレージ量の測定を開始する。まず、ステップ１０９で、目標空燃比をリッチに切り換える。この際、目標空燃比は予め設定したリッチ側の固定値に切り換えても良いが、前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて図７のデータテーブル又は数式により目標空燃比を算出しても良い。
【００３８】
この際、予め設定した目標空燃比（又は前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて設定された目標空燃比）を吸入空気量に応じて補正しても良い。この補正は、例えば、吸入空気量に応じて図８のデータテーブルにより補正係数を算出し、この補正係数を目標空燃比に掛け算して最終的な目標空燃比を求めれば良い。このように、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正すれば、吸入空気量に応じた適正な目標空燃比を設定することができ、Ｏ2 ストレージ量が減少している場合でも、排気エミッションを悪化させずに、Ｏ2 ストレージ量を測定することができる。
【００３９】
尚、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正しても良い。この補正は、例えば、吸入空気量に応じて図９のデータテーブルにより補正係数を算出し、この補正係数を現在のゲインに掛け算して最終的なゲインを求めれば良い。このように、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正すれば、吸入空気量が増加するほど、空燃比フィードバック制御の応答性（目標空燃比への追従性）が速くなるため、吸入空気量に応じて目標空燃比を補正する場合とほぼ同じ効果を得ることができる。
【００４０】
燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えると、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比がリッチに変化するため、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４の出力がストイキ側へ変化し始める（図５参照）。そして、上流側空燃比センサ２４の出力がストイキになった時点Ｔ1 で、タイマをスタートさせると共に（ステップ１１０，１１１）、上流側触媒２２に流入する排ガス流量（吸入空気量）の測定を開始する（ステップ１１２）。
【００４１】
目標空燃比をリッチに切り換えても、暫くの間は、上流側触媒２２に流入する排ガスのリッチ成分が全て上流側触媒２２で吸着・浄化されるため、上流側触媒２２の下流側の空燃比は、リーンの状態を維持する。このため、図５に示すように、上流側触媒２２の上流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側へ変化し始めてから、少し遅れて上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキ側へ変化し始める。
【００４２】
そして、下流側空燃比センサ２５の出力がストイキに対して所定値以内に近付いた時点Ｔ2 で、図５に示すように、目標空燃比をストイキ側へ徐変する（ステップ１１３，１１４）。これにより、上流側触媒２２の下流側の空燃比がストイキを越えてリッチ側にオーバーシュートすることを防止する。
【００４３】
その後、下流側空燃比センサ２５の出力がストイキになった時点Ｔ3 で、目標空燃比をストイキにセットすると共に（ステップ１１５，１１６）、タイマをストップして空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）を読み込む（ステップ１１７）。この後、ステップ１１８で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を次式により算出する。
Ｓ1 ＝（１４．７−目標空燃比）×排ガス流量平均値×空燃比ずれ時間
【００４４】
ここで、排ガス流量平均値×空燃比ずれ時間は、空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）内に上流側触媒２２に流入した排ガス量に相当する。つまり、上流側触媒２２にリッチガスが流入し始めてから下流側の空燃比がストイキになるまでの空燃比ずれ時間（Ｔ1 〜Ｔ3 ）内に、上流側触媒２２に流入した排ガスのリッチ成分量（つまり上流側触媒２２に吸着されているＯ2 を全て消費するのに要したリッチ成分量）を算出し、このリッチ成分量を上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 とするものである。尚、このステップ１１８の処理が特許請求の範囲でいうストレージ量算出手段としての役割を果たす。
【００４５】
その後、ステップ１１９で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を判定値Ａと比較し、Ｏ2 ストレージ量Ｓ1 が判定値Ａより多ければ、ステップ１２０に進み、上流側触媒２２の劣化無しと判定し、次のステップ１２３で、上流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ１を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００４６】
一方、Ｏ2 ストレージ量Ｓ1 が判定値Ａ以下であれば、ステップ１２１に進み、上流側触媒２２の劣化有りと判定し、次のステップ１２２で、警告ランプの点灯、異常コードの記憶等のフェール処理を行った後、ステップ１２３に進み、上流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ１を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。尚、ステップ１１９〜１２１の処理が特許請求の範囲でいう劣化状態判定手段としての役割を果たす。
【００４７】
次に、下流側触媒２３の劣化判定方法について説明する。下流側触媒２３の上流側には、上流側触媒２２が存在するため、下流側触媒２３の上流側の空燃比は上流側触媒２２の影響を受けて変動する。このため、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量Ｓ2 を、上流側触媒２２と同じ方法で算出することはできない。
【００４８】
そこで、本実施形態では、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなして両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallを算出し、この合計ストレージ量Ｓtotallから上流側触媒２２のストレージ量Ｓ1 を引き算することで、下流側触媒２３のストレージ量Ｓ2 を求め、このストレージ量Ｓ2 に基づいて下流側触媒２３の劣化の有無を判定する。以下、この処理を行う図１０の下流側触媒劣化判定プログラムについて説明する。
【００４９】
図１０の下流側触媒劣化判定プログラムは、エンジン始動後、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（劣化判定実行条件）が成立しているか否かを判定する。上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件も、前述した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件（ステップ１０１〜１０７）と同様の条件である。
【００５０】
上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量測定条件が成立していれば、ステップ２０２に進み、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなして両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallを算出する。合計ストレージ量Ｓtotallの算出は、上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 の算出処理（ステップ１０８〜１１８）と同様の方法で行えば良い。このステップ２０２の処理が特許請求の範囲でいうストレージ量算出手段としての役割を果たす。
【００５１】
この後、ステップ２０３で、図４のステップ１１８で算出した上流側触媒２２のＯ2 ストレージ量Ｓ1 を読み込み、次のステップ２０４で、両触媒２２，２３の合計ストレージ量Ｓtotallから上流側触媒２２のストレージ量Ｓ1 を引き算することで、下流側触媒２３のストレージ量Ｓ2 を求める。
【００５２】
この後、ステップ２０５で、下流側触媒２３のＯ2 ストレージ量Ｓ2 を判定値Ｂと比較し、Ｏ2 ストレージ量Ｓ2 が判定値Ｂより多ければ、ステップ２０６に進み、下流側触媒２３の劣化無しと判定し、次のステップ２０９で、下流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ２を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００５３】
一方、Ｏ2 ストレージ量Ｓ2 が判定値Ｂ以下であれば、ステップ２０７に進み、下流側触媒２３の劣化有りと判定し、次のステップ２０８で、警告ランプの点灯、異常コードの記憶等のフェール処理を行った後、ステップ２０９に進み、下流側触媒劣化判定フラグＸＦＲＳ２を判定済みを意味する「１」にセットして、本プログラムを終了する。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒２２，２３のＯ2 ストレージ量を算出するようにしたので、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてＯ2 ストレージ量を算出できる。これにより、排気エミッションを悪化させずに、Ｏ2 ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うことができる。
【００５５】
但し、本発明は、燃料カット終了直後以外の時期にＯ2 ストレージ量の算出（触媒劣化の検出）を行うようにしても良い。例えば、運転中に、触媒のＯ2 吸着量が多くなる領域で、排ガスの空燃比をリッチ側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてＯ2 ストレージ量を算出しても良い。或は、運転中に、触媒のＨＣ等のリッチ成分吸着量が多くなる領域で、排ガスの空燃比をリーン側（つまり排ガス浄化効率を向上させる方向）に変化させてリッチ成分のストレージ量を算出しても良い。これらいずれの場合でも、排気エミッションを悪化させずに、触媒のストレージ量を算出することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、触媒の上流側と下流側に空燃比センサを設置したが、酸素濃度、ＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度等のガス濃度を検出するセンサを設置しても良い。
【００５７】
また、触媒のストレージ量の算出値に基づいて、センサの異常、触媒の目詰まり等を検出する機能を追加しても良い。例えば、ストレージ量の算出値が新品触媒のストレージ量よりも大きい場合は、センサの異常か、触媒の目詰まり等の異常が考えられるため、異常有りと判定する。これにより、システムの信頼性を向上できる。
【００５８】
その他、本発明は、排気管に触媒を１個のみ設置したシステムにも適用できる等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】上流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その３）
【図５】上流側触媒のＯ2 ストレージ量の測定方法を説明するためのタイムチャート
【図６】燃料カット中の上流側触媒のＯ2 吸着量の算出テーブルの一例を示す図
【図７】前回走行時に算出したＯ2 ストレージ量に応じて目標空燃比を設定する場合のデータテーブルの一例を示す図
【図８】吸入空気量に応じた目標空燃比の補正係数の算出テーブルの一例を示す図
【図９】吸入空気量に応じた空燃比フィードバックゲインの補正係数の算出テーブルの一例を示す図
【図１０】下流側触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排ガス通路）、２２…上流側触媒、２３…下流側触媒、２４〜２６…空燃比センサ、２９…ＥＣＵ（ストレージ量算出手段，劣化状態判定手段）。
Claims (10)
- 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に前記触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するストレージ量算出手段と、
前記ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて前記触媒の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを備え、
前記ストレージ量算出手段は、燃料カット中の触媒のリーン成分の吸着量が所定量以上になったときに、燃料カット終了直後に目標空燃比をリッチに切り換えて触媒のストレージ量を算出することを特徴とする触媒劣化状態検出装置。 - 前記ストレージ量算出手段は、目標空燃比の変化により前記上流側センサの出力が所定値に変化してから前記下流側センサの出力が所定値に変化するまでの間に前記触媒に流入した排ガス量と前記目標空燃比の変化量とに基づいて触媒のストレージ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化状態検出装置。
- 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に前記触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するストレージ量算出手段と、
前記ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて前記触媒の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを備え、
前記ストレージ量算出手段は、前回の飽和ストレージ量の算出値に応じて前記目標空燃比を設定して触媒のストレージ量を算出することを特徴とする触媒劣化状態検出装置。 - 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に前記触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するストレージ量算出手段と、
前記ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて前記触媒の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを備え、
前記ストレージ量算出手段は、吸入空気量に応じて前記目標空燃比を補正して触媒のストレージ量を算出することを特徴とする触媒劣化状態検出装置。 - 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の触媒を設置すると共に、該触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
目標空燃比の変化により上流側センサの出力が変化してから下流側センサの出力が変化するまでの間に前記触媒に流入した排ガス量に基づいて触媒のストレージ量を算出するストレージ量算出手段と、
前記ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて前記触媒の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを備え、
前記ストレージ量算出手段は、吸入空気量に応じて空燃比フィードバック制御のゲインを補正して触媒のストレージ量を算出することを特徴とする触媒劣化状態検出装置。 - 前記ストレージ量算出手段は、内燃機関の運転状態がアイドル等の低負荷の時に触媒のストレージ量を算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の触媒劣化状態検出装置。
- 前記ストレージ量算出手段で算出したストレージ量に基づいて触媒劣化以外の異常の有無を判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の触媒劣化状態検出装置。
- 内燃機関の排ガス通路に上流側触媒と下流側触媒を設け、該上流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
前記前記ストレージ量算出手段は、前記上流側触媒のストレージ量を算出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の触媒劣化状態検出装置。 - 内燃機関の排ガス通路に上流側触媒と下流側触媒を設け、前記上流側触媒の上流側と前記下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
前記前記ストレージ量算出手段は、前記上流側触媒と前記下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の触媒劣化状態検出装置。 - 内燃機関の排ガス通路に上流側触媒と下流側触媒を設け、前記上流側触媒の上流側と下流側及び前記下流側触媒の下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設置したものにおいて、
前記前記ストレージ量算出手段は、前記上流側触媒と前記下流側触媒とを１つの触媒とみなして両触媒の合計ストレージ量を算出すると共に、前記上流側触媒のストレージ量を算出し、前記両触媒の合計ストレージ量から前記上流側触媒のストレージ量を引き算することで、前記下流側触媒のストレージ量を求めることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の触媒劣化状態検出装置。
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