JP6363742B1 - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中のＨ２成分の増加に起因する誤判定を有効に回避し、触媒の劣化の判定精度を向上させることができる触媒の劣化判定装置を提供する。【解決手段】本発明による触媒の劣化判定装置では、三元触媒１４ａの上流側及び下流側にＬＡＦセンサ２７及びＯ２センサ２８が設けられている。三元触媒１４ａへの流入酸素量ＯＳとその目標値であるリーン側限界値ＯＳＯＢＪＬ及びリッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲとの比較結果に基づき、ＬＡＦセンサ２７で検出された検出当量比ＫＡＣＴに応じて、空燃比を理論空燃比のリッチ側とリーン側に交互に切り換える空燃比切換制御中（ステップ２１、２２、図８）に検出されたＯ２センサ２８の出力ＳＶＯ２に基づいて、三元触媒１４ａの劣化を判定する（ステップ２３）。この劣化判定中には、燃料噴射時期のリタード制御及び／又は燃料の分割噴射制御を禁止する（ステップ１３、１２）。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスを浄化する触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置に関する。

従来、内燃機関の排ガスを浄化する触媒（以下、単に「触媒」という）の劣化を判定する技術が知られており、例えば特許文献１には本出願人により提案された劣化判定装置が開示されている。この劣化判定装置では、三元触媒の上流側及び下流側に第１及び第２酸素濃度センサがそれぞれ設けられており、吸入空気量と第１酸素濃度センサで検出された酸素濃度に基づいて、三元触媒に流入する流入酸素量が算出される。また、算出された流入酸素量とその目標値との比較結果に応じて、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側とリーン側に交互に切り換える空燃比切換制御（パータベーション制御）が実行される。そして、この空燃比切換制御中に第２酸素濃度センサの出力が大きく変動する場合に、三元触媒が劣化していると判定される。

特開２００７−２８５２８８号公報

しかし、この従来の判定装置では、上述した劣化判定中、これと並行して、内燃機関の暖機運転状態などにおいて燃料噴射時期のリタードや燃料の分割噴射が行われた場合に、後述する理由から、三元触媒が実際には劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定するおそれがあることが判明した。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、上述した誤判定を有効に回避し、触媒の劣化の判定精度を向上させることができる触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関１の排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気通路１２）に設けられ、酸素貯蔵能力を有し、排ガスを浄化する触媒（三元触媒１４ａ）の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、触媒の上流側に設けられた第１酸素濃度センサ（ＬＡＦセンサ２７）と、触媒の下流側に設けられた第２酸素濃度センサ（Ｏ２センサ２８）と、触媒に流入する酸素量を流入酸素量ＯＳとして算出する流入酸素量算出手段（ＥＣＵ５）と、算出された流入酸素量ＯＳと流入酸素量ＯＳの目標値（リーン側限界値ＯＳＯＢＪＬ、リッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲ）との比較結果に基づき、第１酸素濃度センサで検出された酸素濃度（検出当量比ＫＡＣＴ）に応じて、内燃機関１に供給する混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側とリーン側に交互に切り換えて制御する空燃比切換制御を実行する空燃比切換制御手段（ＥＣＵ５、図７のステップ２１、２２、図８）と、空燃比切換制御中に検出された第２酸素濃度センサの出力（Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２）に基づいて、触媒の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ５、図７のステップ２３）と、劣化判定手段による劣化判定中に、燃料の噴射時期をリタードするリタード制御及び／又は燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射制御を禁止する禁止手段（ＥＣＵ５、図３のステップ１３、１２）と、を備えることを特徴とする。

本発明が適用される触媒は酸素貯蔵能力を有しており、触媒の上流側及び下流側にはそれぞれ、第１及び第２酸素濃度センサが設けられている。本発明の劣化判定装置では、触媒に流入する流入酸素量が算出されるとともに、算出された流入酸素量とその目標値との比較結果に基づき、第１酸素濃度センサで検出された排ガス中の酸素濃度に応じて、混合気の空燃比を理論空燃比のリッチ側とリーン側に交互に切り換える空燃比切換制御（パータベーション制御）が実行される。そして、この空燃比切換制御中に検出された第２酸素濃度センサの出力に基づいて、触媒の劣化が判定される。したがって、流入酸素量の目標値を、触媒が正常のときに貯蔵可能で、劣化したときには貯蔵不能になるような酸素量に設定することによって、第２酸素濃度センサの出力に基づいて、触媒の劣化を判定することができる。

前述したように、上記の劣化判定中、燃料噴射時期がリタードされた場合、又は燃料が分割噴射された場合には、触媒が実際には劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定するおそれがある。その理由は、以下のように考えられる。すなわち、噴射時期がリタードされ又は分割噴射が行われると、燃料の噴射から点火時までの燃料の気化時間が短くなることで、燃料が気筒内に偏在する局所リッチが発生しやすくなり、その状態で燃焼が行われることで、排ガス中のＨ２成分が増加する。一方、第１酸素濃度センサとして用いられる酸素濃度センサは通常、検出対象のガスが多孔質の拡散層を通り抜ける際の拡散速度がガスの分子量に応じて変化するという特性を利用しており、排ガスの場合、ＣＯ及びＨ２を主成分とするリッチガスは、Ｏ２を主成分とするリーンガスと比較して分子量が小さいため、拡散速度が大きくなり、センサ出力が大きくなる。

このため、上記のように噴射時期のリタード又は分割噴射に伴って分子量の小さいＨ２成分が増加すると、拡散速度が大きくなることで、第１酸素濃度センサの出力が実際の酸素濃度よりもリッチ側にシフトし、すなわち酸素濃度がリッチ側に誤検出（誤認識）される。その結果、リッチ側に誤検出された酸素濃度に応じて、理論空燃比を中心とする空燃比切換制御がリーン側にずれた（誤補正された）状態で行われるため、空燃比切換制御中のリーン運転において、想定を上回る量の酸素が触媒に流入する結果、第２酸素濃度センサの出力が大きく変動し、触媒の劣化の誤判定に至るものと推定される。

以上の見地から、本発明によれば、触媒の劣化判定中には、燃料の噴射時期をリタードするリタード制御、及び／又は燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射制御を禁止する。これにより、燃料の噴射終了を早めることによって、気筒内での燃料の局所リッチとそれによる排ガス中のＨ２成分の増加を抑制し、第１酸素濃度センサの誤検出を回避することができる。その結果、第１酸素濃度センサで検出された酸素濃度に応じた空燃比切換制御を精度良く行うことができ、したがって、噴射時期のリタード及び／又は分割噴射に起因する触媒の劣化の誤判定を有効に回避し、その判定精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態による触媒の劣化判定装置を含む、内燃機関及びその制御装置の構成を模式的に示す図である。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 図２の噴射モード決定処理を示すフローチャートである。 エンジン水温に応じた噴射時期のリタード及び分割噴射の領域と劣化判定の実行領域との関係を示す図である。 噴射モードの決定に用いられるマップである。 触媒の劣化判定の手法を説明するための図である。 触媒の劣化判定処理のメインフローを示すフローチャートである。 図７の劣化判定処理で実行されるパータベーション制御の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えば車両（図示せず）に搭載されたＶ型６気筒のガソリンエンジンであり、図示しないが、左右２つのバンクに各３つの気筒を備えている。各気筒には、燃料噴射弁３や気筒内の混合気を点火する点火プラグなどが設けられている。燃料噴射弁３は、気筒内に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものであり、燃料ポンプ（図示せず）に接続されている。燃料噴射弁３の開弁時間及び開弁時期は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量及び燃料噴射時期が制御される。

エンジン１の吸気通路２にはスロットル弁４が設けられ、スロットル弁４には、その開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２１が設けられている。また、スロットル弁４の上流側には、吸入空気量ＧＡＩＲを検出する吸入空気量センサ２２が設けられ、スロットル弁４の下流側には、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２３と、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２４が設けられている。さらに、エンジン１の本体には、その冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出する水温センサ２５が設けられている。これらのセンサ２１〜２５の検出信号は、ＥＣＵ５に入力される。

また、ＥＣＵ５には、クランク角センサ２６から、クランクシャフト（図示せず）の回転角度位置を表すパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号が入力される。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば３０度）ごとに出力される。ＥＣＵ５は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒において、ピストンが吸気行程の開始時の上死点（吸気ＴＤＣ）よりも若干、遅角側のクランク角度位置にあることを表す信号であり、実施形態のようにエンジン１が６気筒の場合には、クランク角度１２０度ごとに出力される。

一方、排気通路１３は、左右のバンク用の２つの排気通路で構成されており、各排気通路に、三元触媒１４ａ及び１４ｂを１つの容器内に収容した触媒ユニット１５が設けられている。三元触媒１４ａ及び１４ｂは、酸素貯蔵能力を有しており、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御され、排ガス中の酸素濃度が比較的高い排ガスリーン状態では、排ガス中の酸素を貯蔵する。逆に、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に制御され、排ガス中の酸素濃度が比較的低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排ガスリッチ状態では、三元触媒１４ａ及び１４ｂは、貯蔵した酸素によって排ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化し、浄化する機能を有する。

触媒ユニット１５の上流側には、第１酸素濃度センサとして、比例型の酸素濃度センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）２７が設けられている。ＬＡＦセンサ２７は、排ガス中の酸素濃度（空燃比）に比例する検出信号を、ＥＣＵ５に出力する。ＥＣＵ５は、この検出信号に基づき、三元触媒１４ａに流入する排ガスの実際の空燃比として、検出当量比ＫＡＣＴを算出する。

また、触媒ユニット１５の三元触媒１４ａと１４ｂの間には、第２酸素濃度センサとして、二値型の酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２８が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５２に入力される。Ｏ２センサ２８は、理論空燃比の前後において急激に変化するという出力特性を有しており、その出力（以下「Ｏ２センサ出力」という）ＳＶＯ２は、理論空燃比よりもリッチ側では高レベルになり、リーン側では低レベルになる。また、三元触媒１４ａには、その温度（以下「触媒温度」という）ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ２９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に入力される。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ５は、上記の各種のセンサ２０〜２９の検出信号などに応じて、燃料噴射弁３の燃料噴射量や噴射モードを制御する燃料噴射制御を実行するとともに、三元触媒の劣化判定を実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ５が、流入酸素量算出手段、空燃比切換制御手段、劣化判定手段、及び禁止手段に相当する。

図２は、ＥＣＵ５で実行される燃料噴射制御処理を示す。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒ごとに実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、燃料噴射弁３の燃料噴射量に相当する燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する。その算出は、次式（１）によって行われる。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・Ｋ１＋Ｋ２ ・・・（１）

ここで、ＴＩＭは、基本燃料量に相当する基本燃料噴射時間であり、検出された吸入空気量ＧＡＩＲに応じ、所定のＴＩＭテーブル（図示せず）を検索することによって、エンジン１に供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように算出される。

ＫＣＭＤは、混合気の目標空燃比に相当する目標当量比であり、通常制御中は、エンジン１の運転状態に応じて設定され、後述する三元触媒の劣化判定中は、空燃比を理論空燃比のリッチ側とリーン側に交互に制御するように設定される。

ＫＡＦは、空燃比補正係数であり、通常制御においてフィードバック制御の実行条件が成立しているときや、三元触媒の劣化判定中において、ＬＡＦセンサ２７で検出された検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御などによるフィードバック制御によって算出される。

Ｋ１及びＫ２はそれぞれ、他の補正係数及び補正量であり、前述した各種のセンサで検出されたエンジンパラメータ信号、例えば吸気温ＴＡやエンジン水温ＴＷなどに応じて適宜、算出される。

次に、ステップ２において、燃料の噴射モードを決定し、図２の処理を終了する。この噴射モードは、燃料を２回に分割して噴射する分割噴射モードと、燃料を１回で噴射するとともに噴射時期をリタードする噴射時期リタードモードと、燃料を１回で噴射するとともに噴射時期を通常時期とする通常噴射モードで構成されている。分割噴射モードと噴射時期リタードモードは、エンジン１の冷機状態において、燃料がピストンに付着することによる煤の発生を抑制することなどを目的として選択される。

この噴射モードの決定は、図３の処理によって行われる。本処理では、まずステップ１１において、エンジン水温ＴＷが第１所定値ＴＷ１（例えば８０℃）よりも低いか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、エンジン１が冷機状態にないとして、ステップ１２に進み、噴射モードを通常噴射モードに決定し、本処理を終了する。上述したように、この通常噴射モードでは、１燃焼に対する燃料の噴射を吸入行程において１回で行うとともに、その噴射時期は、エンジン水温や吸入空気量ＧＡＩＲなどに応じて、吸入行程中の比較的早い（進角側の）時期に設定される。

前記ステップ１１の答えがＹＥＳで、エンジン１が冷機状態にあるときには、ステップ１３において、劣化判定実行フラグＦ＿ＣＡＴＤＥＴが「１」であるか否かを判別する。後述するように、この劣化判定実行フラグＦ＿ＣＡＴＤＥＴは、三元触媒の劣化判定の実行中に「１」に設定されるものである。

図４は、エンジン水温ＴＷに応じた噴射時期リタードモード及び分割噴射モードの領域と三元触媒の劣化判定の実行領域との関係を示す。同図に示すように、劣化判定の実行領域は、三元触媒が活性状態にあるという条件から、エンジン水温ＴＷが前記第１所定値ＴＷ１よりも低い第２所定値ＴＷ２（例えば６９℃）以上の領域に設定されている。このため、エンジン水温ＴＷが第１及び第２所定値ＴＷ１、ＴＷ２の間の領域（ハッチング領域）では、劣化判定と噴射時期のリタード又は分割噴射が同時に実行される可能性がある。

前記ステップ１３の答えがＮＯで、三元触媒の劣化判定中でないときには、ステップ１４以降において、図５のマップに基づき、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、噴射モードを決定する。

図５に示すように、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが第１所定値ＮＥ１以下で、かつ吸入空気量ＧＡＩＲが第１所定値ＧＡＩＲ１以上の領域が、分割噴射領域として設定されている。また、エンジン回転数ＮＥが第１所定値ＮＥ１よりも大きい第２所定値ＮＥ２以下で、吸入空気量ＧＡＩＲが第１所定値ＧＡＩＲ１よりも小さい第２所定値ＧＡＩＲ２以上であり、かつ分割噴射領域を除く領域が、リタード領域として設定されている。さらに、分割噴射領域及びリタード領域以外の領域が、通常噴射領域として設定されている。

したがって、上記ステップ１４の答えがＹＥＳで、エンジン１が分割噴射領域にあるときには、噴射モードを分割噴射モードに決定し（ステップ１５）、本処理を終了する。前述したように、この分割噴射モードでは、１燃焼に対する燃料の噴射を吸入行程において２回に分割して行うとともに、２回目の噴射時期は、前述した通常噴射モードの場合よりも遅い（遅角側の）所定時期に設定される。

前記ステップ１４の答えがＮＯのときには、ステップ１６において、エンジン１がリタード領域にあるか否かを判別する。その答えがＹＥＳで、リタード領域にあるときには、噴射モードを噴射時期リタードモードに決定し（ステップ１７）、本処理を終了する。前述したように、この噴射時期リタードモードでは、１燃焼に対する燃料の噴射を吸入行程において１回で行うとともに、その噴射時期は、前述した通常噴射モードの場合よりも遅い所定時期に設定される。

前記ステップ１６の答えがＮＯのとき、すなわちエンジン１が通常噴射領域にあるときには、前記ステップ１２に進み、噴射モードを通常噴射モードに決定する。

一方、前記ステップ１３の答えがＹＥＳで、三元触媒の劣化判定中のときには、前記ステップ１２に進み、噴射モードを通常噴射モードに決定する。すなわち、劣化判定中のときには、エンジン１が冷機状態であっても、エンジン回転数などの運転状態にかかわらず、分割噴射及び噴射時期のリタードが禁止され、通常噴射が強制的に実行される。

次に、三元触媒の劣化判定について説明する。この劣化判定は、直接的には三元触媒１４ａを対象として行われるものであり、三元触媒１４ａが劣化していると判定されたときには、三元触媒１４ｂも同様に劣化していると推定され、例えば警告灯の点灯が行われる。

三元触媒の劣化判定は、エンジン１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心としてリーン側とリッチ側に交互に変化させたとき（リーン運転とリッチ運転を交互に行ったとき）のＯ２センサ出力ＳＶＯ２に基づいて行われる。このようにリーン運転とリッチ運転を交互に実行する制御を、以下「パータベーション制御」という。

具体的には、三元触媒が正常のときに貯蔵可能で、劣化したときには貯蔵不能になる程度の量の酸素を三元触媒に供給するようにリーン運転を行い、その後にリッチ運転に切り換えたときに、三元触媒に貯蔵された酸素がほぼすべて放出されるようにリッチ運転を行う。このようなパータベーション制御を実行した場合、三元触媒が正常であれば、図６（ａ）に示すように、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２はほとんど変化しないのに対し、劣化していれば、図６（ｂ）に示すように、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２は大きく変化する。したがって、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２の変化状態に基づいて、三元触媒の劣化を判定することが可能である。

図７は、このような判定手法に基づいて実行される三元触媒の劣化判定処理を示す。前述したように、この劣化判定処理は、エンジン水温ＴＷが第２所定値ＴＷ２以上であることを条件として、ＥＣＵ５により、所定時間ごとに実行される。また、劣化判定処理の実行中のときには、前述したように、分割噴射及び噴射時期のリタードが禁止される。なお、この劣化判定処理は、本出願人が出願した前記特許文献１（特開２００７−２８５２８８号公報）に記載されたものと基本的に同じであるので、図７にメインフローを示すとともに、その概要について説明するものとする。

本処理では、まずステップ２１において、パータベーション制御を実行するためのパータベーション信号を、例えば以下のようにして生成する。
ａ．ＬＡＦセンサ２７で検出された検出当量比ＫＡＣＴに応じて、排ガスの酸素濃度に比例する酸素濃度パラメータＯ２Ｎを算出する。
酸素濃度パラメータＯ２Ｎは、ＫＡＣＴ＝１．０（理論空燃比）のときに値０、ＫＡＣＴ＜１．０（理論空燃比よりもリーン）のときに正の値、ＫＡＣＴ＞１．０（理論空燃比よりもリッチ）のときに負の値をとるように算出される。
ｂ．吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、触媒の劣化の基準になる基準酸素量ＯＳＣを算出する。

ｃ．触媒温度ＴＣＡＴに応じて、第１及び第２温度補正係数ＫＴＣＡＴＲ、ＫＴＣＡＴＬを算出する。
第１温度補正係数ＫＴＣＡＴＲは、リッチ運転時用のものであり、負の値をとり、触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、より小さい値（絶対値がより大きい値）に算出される。
第２温度補正係数ＫＴＣＡＴＬは、リーン運転時用のものであり、正の値をとり、触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、より大きい値に算出される。

ｄ．次式（２）（３）に基準酸素量ＯＳＣ、第１及び第２温度補正係数ＫＴＣＡＴＲ、ＫＴＣＡＴＬを適用し、リッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲ及びリーン側限界値ＯＳＯＢＪＬを算出する。
ＯＳＯＢＪＲ＝ＯＳＣ・ＫＴＣＡＴＲ ・・・（２）
ＯＳＯＢＪＬ＝ＯＳＣ・ＫＴＣＡＴＬ ・・・（３）
リッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲ及びリーン側限界値ＯＳＯＢＪＬは、後述のｅで算出される流入酸素量ＯＳの目標値であり、パータベーション制御において空燃比をリッチ−リーン間で切り換える際のしきい値として用いられる。
リーン側限界値ＯＳＯＢＪＬは、三元触媒が正常のときに貯蔵可能で、劣化したときに貯蔵不能になる程度の流入酸素量に相当し、リッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲは、リーン側限界値ＯＳＯＢＪＬと絶対値がほぼ等しい負の値に設定される。

ｅ．次式（４）にａの酸素濃度パラメータＯ２Ｎを適用して、流入酸素流量Ｏ２を算出し、次式（５）に流入酸素流量Ｏ２を適用して、流入酸素量ＯＳを算出する。
Ｏ２＝Ｏ２Ｎ・ＧＡＩＲＡＶＥ ・・・（４）
ＯＳ＝ＯＳ＋Ｏ２ ・・・（５）
ここで、ＧＡＩＲＡＶＥは、吸入空気量ＧＡＩＲの所定の複数個分の移動平均値、式（５）の右辺のＯＳは前回値である。
また、ａにおける酸素濃度パラメータＯ２Ｎの算出方法と式（４）（５）から、リーン運転では、流入酸素流量Ｏ２は正の値をとり、流入酸素量ＯＳは漸増する一方、リッチ運転では、流入酸素流量Ｏ２は負の値をとり、流入酸素量ＯＳは漸減するとともに、リッチ運転が進行するにつれて負の値をとるようになる。

ｆ．流入酸素量ＯＳがｄのリーン側限界値ＯＳＯＢＪＬを上回ると、流入酸素量ＯＳがリーン運転時の目標値に達したとして、リッチ運転に切り換えるために空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢを「１」に設定する。
同様に、流入酸素量ＯＳがリッチ側限界値ＯＳＯＢＪＲを下回ると、流入酸素量ＯＳがリッチ運転時の目標値に達したとして、リーン運転に切り換えるために空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢを「−１」に設定する。
以上の設定により、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢは、流入酸素量ＯＳがリーン運転時又はリッチ運転時の目標値に達するごとに、図８（ａ）に示すように、「１」と「−１」の間で交互に切り換えられる。

図７のステップ２１においてパータベーション信号を上記のように生成した後、ステップ２２では、目標当量比ＫＣＭＤを算出する。この算出は、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢに応じて、リーン運転用及びリッチ運転用の目標当量比ＫＣＭＤを設定し、それによりパータベーション制御を実行するものであり、例えば次のように行われる。

ｇ．空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢが「１」のときには、「−１」から切り換わった直後に、目標当量比ＫＣＭＤを理論空燃比に相当する値１．０に設定するとともに、その後は次式（６）によって目標当量比ＫＣＭＤを更新する。
ＫＣＭＤ＝ＫＣＭＤ＋ΔＫＣＭＤ ・・・（６）
ここで、ΔＫＣＭＤは更新用の所定値である。

この式（６）による更新が繰り返されることにより、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢが「１」のときには、目標当量比ＫＣＭＤは値１．０から徐々に増加し、すなわち空燃比が徐々にリッチ方向に変化する。また、増加した目標当量比ＫＣＭＤには、所定の上限値ＫＣＭＤＨによるリミット処理が施される（図８（ｂ）参照）。

ｈ．一方、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢが「−１」のときには、「１」から切り換わった直後に、目標当量比ＫＣＭＤを値１．０に設定するとともに、その後は、前記所定値ΔＫＣＭＤを用い、次式（７）によって目標当量比ＫＣＭＤを更新する。
ＫＣＭＤ＝ＫＣＭＤ−ΔＫＣＭＤ ・・・（７）

この式（７）による更新が繰り返されることにより、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢが「−１」のときには、目標当量比ＫＣＭＤは値１．０から徐々に減少し、すなわち空燃比が徐々にリーン方向に変化する。また、減少した目標当量比ＫＣＭＤには、所定の下限値ＫＣＭＤＬによるリミット処理が施される（図８（ｂ）参照）。

以上の算出処理により、パータベーション制御中、目標当量比ＫＣＭＤは、図８に示すように、空燃比切換パラメータＫＯＳＦＢの値（同図（ａ））に応じて、同図（ｂ）に示すように変化する。また、パータベーション制御中、ＬＡＦセンサ２７による検出当量比ＫＡＣＴが算出された目標当量比ＫＣＭＤに一致するように、前記式（１）の空燃比補正係数ＫＡＦが算出されることによって、空燃比がフィードバック制御される。

図７のステップ２２において目標当量比ＫＣＭＤを上記のように算出した後、ステップ２３では、劣化判定を実行する。この劣化判定は、パータベーション制御中に検出されたＯ２センサ出力ＳＶＯ２に基づいて、三元触媒１４ａの劣化を判定するものであり、例えば次のように行われる。

ｉ．パータベーション制御中に、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が理論空燃比よりもリーン側の所定のしきい値を超えた場合、その超過回数をカウントする。
ｊ．そして、パータベーション制御中、この超過回数が所定回数に達しなかったときには、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が図６（ａ）に示すような状態にあるとして、三元触媒１４ａが正常であると判定する。一方、超過回数が所定回数に達したときには、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が図６（ｂ）に示すような状態にあるとして、三元触媒１４ａが異常であると判定し、そのことを知らせるために、例えば警告灯を点灯させる。

以上のように、本実施形態によれば、三元触媒の劣化判定中には、燃料の噴射時期をリタードする噴射時期リタードモード、及び燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射モードが禁止される。これにより、燃料の噴射終了を早めることによって、気筒内での燃料の局所リッチとそれによる排ガス中のＨ２成分の増加を抑制し、ＬＡＦセンサ２７の誤検出を回避することができる。その結果、ＬＡＦセンサ２７で検出された検出当量比ＫＡＣＴに応じたパータベーション制御を精度良く行うことができ、したがって、噴射時期のリタード及び分割噴射に起因する三元触媒の劣化の誤判定を有効に回避し、その判定精度を向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、エンジン１が冷機状態のときに、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、燃料の噴射時期のリタードと燃料の分割噴射を使い分けるように構成されるとともに、三元触媒の劣化判定中に、噴射時期のリタード及び分割噴射がいずれも禁止される。本発明はこれに限らず、噴射時期のリタードのみが設定されている場合に、劣化判定中に噴射時期のリタードを禁止してもよく、あるいは分割噴射のみが設定されている場合に、劣化判定中に分割噴射を禁止してもよい。

また、実施形態では、劣化判定の対象である触媒は、三元触媒であるが、酸素貯蔵能力を有し、排ガスを浄化するものであればよく、例えばＮＯｘ触媒でもよい。さらに、実施形態では、三元触媒１４ａ、１４ｂの間にＯ２センサ２８が配置され、すなわちＯ２センサ２８の下流側に三元触媒１４ｂが設けられているが、Ｏ２センサ２８の下流側に三元触媒が設けられていない場合にも、本発明を適用することが可能である。

また、実施形態では、エンジンは車両用のエンジンであるが、本発明は、これに限らず、車両用以外のエンジン、例えばクランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに用いられる排気浄化用の触媒にも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ エンジン（内燃機関）
５ ＥＣＵ（流入酸素量算出手段、空燃比切換制御手段、劣化判定手段、禁止手段）
１２ 排気通路（排気系）
１４ａ 三元触媒（触媒）
２７ ＬＡＦセンサ（第１酸素濃度センサ）
２８ Ｏ２センサ（第２酸素濃度センサ）
ＫＡＣＴ 検出当量比（第１酸素濃度センサで検出された酸素濃度）
ＯＳ 流入酸素量
ＯＳＯＢＪＬ リーン側限界値（流入酸素量の目標値）
ＯＳＯＢＪＲ リッチ側限界値（流入酸素量の目標値）
ＳＶＯ２ Ｏ２センサの出力（第２酸素濃度センサの出力）

Claims (1)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、酸素貯蔵能力を有し、排ガスを浄化する触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、
   前記触媒の上流側に設けられた第１酸素濃度センサと、
   前記触媒の下流側に設けられた第２酸素濃度センサと、
   前記触媒に流入する酸素量を流入酸素量として算出する流入酸素量算出手段と、
   前記算出された流入酸素量と当該流入酸素量の目標値との比較結果に基づき、前記第１酸素濃度センサで検出された酸素濃度に応じて、前記内燃機関に供給する混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側とリーン側に交互に切り換えて制御する空燃比切換制御を実行する空燃比切換制御手段と、
   当該空燃比切換制御中に検出された前記第２酸素濃度センサの出力に基づいて、前記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
   当該劣化判定手段による劣化判定中に、燃料の噴射時期をリタードするリタード制御及び／又は燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射制御を禁止する禁止手段と、
   を備えることを特徴とする触媒の劣化判定装置。

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