内燃機関の触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法
【課題】上流側と下流側のＯ２センサ出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態を正確に診断できる内燃機関の触媒劣化診断装置を提供する。
【解決手段】上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号に対して、出力レベルに応じた重み付け補正処理をする手段１７と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号と所定信号の差の時間積分値を演算する手段と、該演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値に基づいて劣化判定用パラメータを演算する手段と、演算された劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて触媒コンバータ７の劣化を判定する手段と、触媒劣化が判定された際に警報を発生する警告手段１９とを備える。
【解決手段】上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号に対して、出力レベルに応じた重み付け補正処理をする手段１７と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９の出力信号と所定信号の差の時間積分値を演算する手段と、該演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値に基づいて劣化判定用パラメータを演算する手段と、演算された劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて触媒コンバータ７の劣化を判定する手段と、触媒劣化が判定された際に警報を発生する警告手段１９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気ガス浄化のために設けられた触媒コンバータの劣化状態を診断し、運転者に警告する触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化する装置として、排気系にＣＯ、ＨＣの酸化と、ＮＯｘの還元を同時に行う三元触媒コンバータ（以下、触媒コンバータあるいは単に触媒と称す）を設けると共に、該触媒の上流側及び下流側にそれぞれＯ2センサを設け、これらＯ2センサの検出信号に応じて空燃比フィードバック制御を行うことによって、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御することができ、排気系に設けられた触媒の浄化能力を高く保持することが出来るものが広く実用化されている。
【０００３】
触媒が排気ガスの熱又は硫黄被毒などにより浄化効率が次第に低下もしくは破壊された場合、有害成分を排出しながら走行することとなるため触媒を交換するなどの処置をとることが望ましいが、運転者が触媒の劣化もしくは破壊を検知することは困難である。
そこで、このような触媒の劣化状態を判定（診断）するための装置として、例えば、特開平５−９８９４９号公報（特許文献１）に提案されている内燃機関の触媒劣化検出装置や特開平７−３０５６２３号公報（特許文献２）に提案されている触媒劣化診断装置が知られている。
【０００４】
これらの特許文献で提案されている装置は、内燃機関の排気通路に介装した触媒の上流側及び下流側に設けられたＯ2センサの出力信号応じて空燃比フィードバック制御を実行すると共に、両Ｏ2センサの出力信号の比較から触媒の劣化状態を診断するものである。
図１３は、従来の内燃機関における「空燃比フィードバック制御中の上流側Ｏ2センサ及び下流側Ｏ2センサの出力波形」を示す図である。
空燃比フィードバック制御の実行中には、主に上流側Ｏ2センサの出力信号に基づいて、例えば、図１３（ａ）のような比例積分制御により燃料供給量が制御（即ち、フィードバック補正）される。
従って、上流側Ｏ2センサの出力信号は、図１３（ｂ）に示すように、リッチ／リーン判定電圧を中心に周期的にリッチ、リーンの反転を繰り返す。
【０００５】
これに対し、触媒の下流側では、触媒のＯ2ストレージ能力により残存酸素濃度の変動が非常に緩やかなものとなるので、下流側Ｏ2センサの出力信号としては、図１３（ｃ）に示すように、上流側Ｏ2センサの出力信号に比べて変動幅が小さく、かつ、変動周期が長くなる。
しかし、触媒が劣化してくると、Ｏ2ストレージ能力の低下によって、触媒の上流側と下流側とで酸素濃度がそれ程変わらなくなる。
その結果、下流側Ｏ2センサの出力信号は、図１３（ｄ）及び図１３（ｅ）に示すように、触媒の劣化度合いに応じて上流側Ｏ2センサの出力信号に近似した周期で反転を繰り返すようになり、かつその変動幅も大きくなってくる。
【０００６】
そこで、特開平５−９８９４９号公報に開示された内燃機関の触媒劣化検出装置では、触媒の上流側及び下流側に設けられたＯ2センサ出力信号と所定信号により囲まれた図形の面積（即ち、上流側及び下流側に設けられたＯ2センサ出力信号と所定信号の差の時間積分値）を演算する手段と、上流側及び下流側のＯ2センサ出力が前記所定信号に対して反転する周期を演算する手段と、これらの演算された（時間積分値）、反転周期あるいは両者の組み合わせにより触媒の劣化判定パラメータを演算する手段と、この劣化判定パラメータを所定値と比較し、劣化を判定する劣化判定手段と、劣化と判定された際に警報を発生する警告手段を設けている。
【０００７】
また、特開平７−３０５６２３号公報に開示された内燃機関の触媒劣化診断装置には、上流側及び下流側のＯ2センサの出力信号周波数をそれぞれ演算する周波数演算手段と、下流側Ｏ2センサ出力信号を上流側Ｏ2センサ出力信号の周波数に基づいてフィルタ処理する手段とを有し、このフィルタ処理された下流側Ｏ2センサの出力信号とフィルタ処理以前の上流側Ｏ2センサの出力信号による振幅比もしくは反転回数比を用いることによって、内燃機関の運転条件に応じて変動する目標空燃比と理論空燃比とのずれに伴う低周波数の変動の影響を抑制し、触媒劣化診断する際の誤診断を防止することが示されている。
【特許文献１】特開平５−９８９４９号公報（図１、段落０００７）
【特許文献２】特開平７−３０５６２３号公報（図１、図２、段落００１３、段落００１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、触媒の浄化能力を高く保持するためには、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御する必要がある。
特に、上流側Ｏ2センサは、排気ガスの熱又は硫黄被毒の影響を直接受けるため、劣化により応答速度の低下や出力電圧の低下を生じやすい。
そこで、下流側Ｏ2センサの出力信号は、触媒劣化診断の他に、上流側Ｏ2センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に対して全体的な空燃比の片寄りの補正等にも用いられるのが一般的である。
つまり、下流側Ｏ2センサの出力と下流側目標電圧との偏差に応じて上流側のリッチ／リーン判定電圧を補正することにより上流側Ｏ2センサの劣化による影響を補償し、触媒の浄化能力を高く保持することが出来る空燃比状態に制御されている。
【０００９】
図１４は、従来の一般的なＯ2センサの出力特性と、空燃比フィードバック制御中のＯ2センサ出力波形を示す図である。
図１４に示すとおり、Ｏ2センサの出力特性は、空燃比（酸素濃度）に対して非線形な特性となっている。
そのため、理論空燃比を中心としたある範囲（ａ）で空燃比フィードバック制御が行われている場合の出力電圧波形（センター特性）に対して、制御範囲がリッチ（即ち、酸素濃度が希薄）方向へシフトされた場合（ｂ）およびリーン（即ち、酸素濃度が過剰）方向へシフトされた場合（ｃ）では、同じ空燃比（酸素濃度）の変動幅であっても出力電圧波形が歪んで振幅が小さくなってしまうことがわかる。
【００１０】
図１５は、従来の内燃機関の触媒劣化診断における問題点を説明するための図である。
Ｏ2センサの劣化の影響や出力特性のばらつきによって、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合には、例えば、図１５に示すように、上流側の空燃比制御範囲がリッチ（即ち、出力電圧：高）方向へシフトした場合の上流側Ｏ2センサの出力信号振幅“ΔＶ_Ｆ２”及び面積相当値“Ｓ_Ｆ２”は、理論空燃比近傍で制御されている場合の上流側Ｏ2センサの出力信号振幅“ΔＶ_Ｆ１”及び面積相当値“Ｓ_Ｆ１”と比べて小さくなってしまう。
そのため、上流側と下流側のＯ２センサ出力信号の振幅比（ΔＶ_Ｒ１／ΔＶ_Ｆ２）及び面積相当値比（Ｓ_Ｒ１／Ｓ_Ｆ２）は、理論空燃比近傍で制御されている場合の振幅比（ΔＶ_Ｒ１／ΔＶ_Ｆ１）及び面積相当値比（Ｓ_Ｒ１／Ｓ_Ｆ１）と比べて大きくなってしまうことがわかる。
よって、これら上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値を用いて触媒の劣化状態を診断する装置において、最悪の場合、劣化状態を検出できない、もしくは劣化誤診断することがある。
【００１１】
なお、上述の説明において、面積相当値とは、「Ｏ2センサ出力信号と所定信号とで囲まれた面積に相当する値」のことであり、面積相当値は、「Ｏ2センサ出力信号と所定信号との差の時間積分値」である。
また、所定信号とは、例えば、図１５において一点鎖線で示したような「Ｏ2センサの出力信号の振幅中心近傍の電圧レベル」のことを言う。
また、図１５において、“Ｓ_Ｆ１”及び“Ｓ_Ｆ２”は、上流側Ｏ2センサ出力における
面積相当値を示しており、“Ｓ_Ｆ１”はＯ2センサ出力特性の中心近傍で振幅している際の面積相当値であり、“Ｓ_Ｆ２”はＯ2センサ出力特性の中心近傍から高電圧側にシフトした位置で振幅している際の面積相当値である。
【００１２】
一般的に下流側Ｏ2センサ出力信号に対する目標電圧は、内燃機関の運転条件に応じて触媒の浄化能力を高く保持できる空燃比状態となるように設定されるが、理論空燃比に対してわずかにリッチもしくはリーン方向にシフトされた領域で制御される場合がある。
その結果、Ｏ2センサの出力特性に対して出力電圧の振幅が小さくなってしまう範囲で空燃比フィードバック制御された場合は、理論空燃比を中心とした範囲で空燃比フィードバック制御が行われている場合に比べて、得られるＯ2センサ出力の振幅もしくは面積相当値の絶対値が小さくなってしまう。
そのため、上流側と下流側のＯ2センサ出力特性の僅かなずれによって上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値が大きく変動することとなり、そのような運転条件下では誤診断に対するロバスト性が十分に確保できないことがある。
なお、ロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）とは、制御工学の分野では、「制御対象の特徴がどのように変動しても、常に制御仕様を満足する」という意味で使われている。
ここでは、内燃機関の運転状態や目標空燃比（Ｏ2センサ出力の目標電圧）の変化等の外乱を受けた場合にも、誤診断をしない“耐性、強さ”を意味する。
【００１３】
この発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることができ、ロバスト性を十分に確保し、触媒の劣化状態を正確に診断することができる内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ2センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ2センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び下流側Ｏ2センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、前記演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、前記劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段とを備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ2センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ2センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び下流側Ｏ2センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、前記演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定ステップと、前記劣化判定ステップによって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有したものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは面積相当値（時間積分値）比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒コンバータの劣化状態を正確に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、動作を説明するための各フローチャート間において、同一処理ステップ番号を付したものは、同一または相当の処理を行うステップであることを表す。
実施の形態１．
図１は、この発明による内燃機関の触媒劣化診断装置の構成を概念的に示すブロック図である。
図に示すように、本実施の形態に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置においては、エンジン１の排気管６には三元触媒で構成された触媒コンバータ（単に触媒と称す）７が介装されている。
そして、この触媒７の上流には上流側Ｏ2センサ８が、同じく触媒７の下流には下流側Ｏ2センサ９がそれぞれ配設される。
【００１８】
これら上流側Ｏ2センサ８および下流側Ｏ2センサ９は、共に排気ガス中の残存酸素濃度に応じた起電力（以下、出力電圧と称す）を発生する。
図１４に示したように、上流側Ｏ2センサ８および下流側Ｏ2センサ９は、特に理論空燃比を境にして出力電圧が急変し、理論空燃比よりリッチ（即ち、酸素濃度が希薄）側で出力電圧は高レベル（約１Ｖ程度）になる。
一方、リーン（即ち、酸素濃度が過濃）側で出力電圧は低レベル（約１００ｍＶ程度）となるる。
このように、上流側Ｏ2センサ８は触媒７の上流側の残存酸素濃度に応じたセンサ出力“Ｖ_Ｆ”を出力し、下流側Ｏ2センサ９は触媒７の下流側の残存酸素濃度に応じたセンサ出力“Ｖ_Ｒ”を出力する。
【００１９】
一方、エンジン１の吸気管２に配設されたスロットル弁４を操作することによって吸入空気量Ｑａを調整すると共に、エアフローセンサ１０にてその吸入空気量Ｑａが検出され、インテークマニホールド３には燃料を供給するインジェクタ５が配設されている。
【００２０】
コンピュータシステムからなる電子式制御ユニット１２は、少なくともエアフローセンサ１０で検出された吸入空気量Ｑａ及び角度センサ１１により検出されるエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出される基本燃料噴射量を算出する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の出力“Ｖ_Ｆ”に基づいて算出されるフィードバック制御量に対して、下流側Ｏ2センサ９の出力“Ｖ_Ｒ”に基づいて補正を施すフィードバック制御手段１４とを備えている。
なお、“Ｖ”はセンサ出力の電圧値、“_Ｆ”はＦｒｏｎｔ（上流側）、“_Ｒ”はＲｅａｒ（下流側）を表している。
そして、これら基本噴射量設定手段１３で算出された基本燃料噴射量とフィードバック制御手段１４で算出された制御量を基に算出される燃料噴射量τに応じてインジェクタ５より供給される燃料量を調整することにより、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御している。
【００２１】
次に、重み付け補正処理手段１７を含む触媒劣化検出手段１８及び警告手段１９で実行される触媒劣化診断動作について、図２及び図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１００において、少なくともエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｑａに基づく負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出し、次にステップＳ１０１において、それらの運転状態情報に基づいて、予め設定された所定の触媒劣化診断実施領域であるか否かを判定する。
なお、触媒劣化診断実施領域は、少なくともエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｑａに基づく負荷情報によって定義（設定）される。
【００２２】
もし、ステップＳ１０１において所定の診断領域にない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、所定の診断領域にある（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進む。
ステップＳ１０２において、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒを読み込み、続いてステップＳ１０３において、読み込んだ“Ｖ_Ｆ”及び“Ｖ_Ｒ”に対して重み付け補正処理手段１７（図１参照）による重み付け補正処理を実施する。
【００２３】
重み付け補正処理手段１７における重み付け補正処理動作について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ２００において、ステップＳ１０２で読み込んだＯ2センサ出力Ｖが予め設定された高出力側判定レベルＶｔｈより大きいか否かを判定する。
もし、ステップＳ２００の判定結果がＹＥＳであれば、高出力であるとみなし、ステップＳ２０３において、重み付け補正後出力ＶＣを算出してリターンする。
一方、ステップＳ２００の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ２０１へ進み、ステップＳ１０２で読み込んだＯ2センサ出力Ｖが予め設定された低出力側判定レベルＶｔｌより小さいか否かを判定する。
【００２４】
もし、ステップＳ２０１の判定結果がＹＥＳであれば、低出力であるとみなし、ステップＳ２０４において、重み付け補正後出力ＶＣを算出してリターンする。
一方、ステップＳ２０１の判定結果がＮＯであれば、Ｏ2センサ出力Ｖは、高電圧、低電圧のいずれの状態でもないとみなして、ステップＳ２０２へ進み、「重み付け補正後出力ＶＣ＝Ｏ2センサ出力Ｖ」としてリターンする。
また、ステップＳ１０３においては、これらステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理を、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒに対してそれぞれ実施し、補正後上流側Ｏ2センサ出力ＶＣ_Ｆ及び補正後下流側Ｏ2センサ出力ＶＣ_Ｒとして記憶する。
【００２５】
図４は、実施の形態１における重み付け補正処理と補正後Ｏ2センサ出力の関係を示す図である。
図４に示すように、高出力側判定レベルＶｔｈ及び低電圧側判定レベルＶｔｌは、Ｏ2センサの出力特性に基づいて、酸素濃度に対する出力電圧の変化量が大きい理論空燃比近傍の領域と、酸素濃度に対する出力電圧の変化量が小さくなるリッチ（即ち、高出力）領域及びリーン（即ち、低出力）領域とに分割するように予め設定されている。
また、それぞれの領域毎に重み付け補正係数ＫＨ（高出力側）、ＫＬ（低出力側）を有しており、例えば、“Ｖｔｈ”及び“Ｖｔｌ”によって分割されたそれぞれの領域毎での酸素濃度に対する出力特性の傾きを用いて、以下の（１）式、（２）式より算出し、予め設定される。
このとき、理論空燃比近傍の領域における重み付け補正係数は１とする。
ＫＨ＝１／（ＳＬｈ／ＳＬｍ） ・・・ （１）
ＫＬ＝１／（ＳＬｌ／ＳＬｍ） ・・・ （２）
【００２６】
このように、高電圧側／低電圧側判定レベルに応じて、重み付け補正係数ＫＨ及びＫＬを用いた補正を行うことにより、図４に示すように、空燃比（酸素濃度）制御領域がリッチ側（ｂ）もしくはリーン側（ｃ）にシフトされている場合においても、補正前のＯ2センサ出力Ｖは振幅が歪んで小さくなっているのに対して、補正後出力ＶＣは、センター特性（ａ）と同等の出力振幅を得ることができる。
【００２７】
図２のステップＳ１０２〜ステップＳ１０３の処理（図３のステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理を含む）は、ステップＳ１０４において予め設定された所定期間が終了したと判定されるまで繰り返し実施され、ステップＳ１０４において、所定期間が終了（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０５に進む。
また、ここでは図示しないが、ステップＳ１０４において「所定期間が終了」と判定される前に、内燃機関運転状態がステップＳ１０１にて定義される所定の診断領域を外れた場合は、図２の劣化診断処理を終了してリターンする。
【００２８】
ステップＳ１０５では、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣもしくはこれらの内の少なくとも一方を算出する。
なお、所定信号とは、前述したように、「Ｏ2センサ出力信号の振幅中心近傍の電圧レベル」のことであり、面積相当値を算出するために予め定義（設定）されるものである。
また、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣとは、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号との差の時間積分値のことである。
ここで、振幅量ΔＶＣ及び面積相当値ＳＣは、所定期間中の積算値もしくは所定期間中のリッチ／リーン反転毎の平均値でもよい。
また、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣは、上流側補正後出力ＶＣ_Ｆ及び下流側補正後出力ＶＣ_Ｒに対してそれぞれ算出され、振幅量ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ及び面積相当値ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒとしてそれぞれ記憶される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５にて記憶された振幅量ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ及び面積相当値ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒを用いて、図示しない処理ルーチンにより劣化診断用パラメータＣを演算する。
ここで、劣化診断用パラメータＣは上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比（ΔＶＣ_Ｒ／ΔＶＣ_Ｆ）もしくは面積相当値比（ＳＣ_Ｒ／ＳＣ_Ｆ）もしくはこれらを組み合わせた値として求められる。
【００３０】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で演算された劣化診断用パラメータＣと予め設定された劣化判定閾値Ｃｌｉｍとを比較し、劣化診断用パラメータＣが劣化判定閾値Ｃｌｉｍ以下である（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０８にて触媒正常と判定し、図２の劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、劣化診断用パラメータＣが劣化判定閾値Ｃｌｉｍより大きい（即ち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０９にて触媒劣化と判定し、ステップＳ１１０に進み警報を発するように警告手段１９へ信号を送る。
【００３１】
以上のように、重み付け補正処理手段１７において、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒに対して、図３のステップＳ２００及びステップＳ２０１における出力レベル判定結果に応じて補正された補正後出力ＶＣ_Ｆ及びＶＣ_Ｒを基に、図２のステップＳ１０５において振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を算出する。
これにより、Ｏ2センサの出力特性のどの領域で空燃比フィードバック制御が行われている場合においても、制御量に対してほぼ一定の値として、振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を得ることができる。
【００３２】
従って、ステップＳ１０６において算出される上流側と下流側のＯ２センサ出力信号の振幅比（ΔＶＣ_Ｒ／ΔＶＣ_Ｆ）もしくは面積相当値比（ＳＣ_Ｒ／ＳＣ_Ｆ）もしくはこれらを組み合わせた値として求められる劣化診断用パラメータＣは、Ｏ2センサの劣化の影響や出力特性のばらつきによって上流側と下流側のＯ2センサ出力特性にずれが生じた場合においても触媒の劣化状態に応じた正確な値を得ることが可能となり、触媒の劣化状態を正確に診断することができる。
また、理論空燃比に対してリッチもしくはリーン状態で制御されるような運転領域においても理論空燃比相当で制御されている場合と同等の振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を得ることができるため、診断領域を限定することなく誤診断に対するロバスト性を十分に確保し、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
なお、図３のステップＳ２０３及びステップＳ２０４において、重み付け補正係数ＫＨ及びＫＬは定数として設定したが、例えば、Ｏ2センサ出力（Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｒ）に応じたマップデータとして設定してもよい。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路６に介装された触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７の上流に設けられた上流側Ｏ2センサ８と、触媒コンバータ７の下流に設けられた下流側Ｏ2センサ９と、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に下流側Ｏ2センサ９の信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段１４と、このフィードバック制御１４による制御量に応じて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段１７と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号と所定信号の差の時間時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、該演算手段で演算される振幅量と時間時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、触媒コンバータ７の劣化を判定する劣化判定手段と、該劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段１９とを備えている。
【００３４】
そのため、本実施の形態によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは時間積分値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒の劣化状態を正確に診断することが可能な内燃機関の触媒劣化診断装置を提供できる。
【００３５】
また、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路６に介装された触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７の上流に設けられた上流側Ｏ2センサ８と、触媒コンバータ７の下流に設けられた下流側Ｏ2センサ９と、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に下流側Ｏ2センサ９の信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段１４と、このフィードバック制御１４による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、該演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、該劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、触媒コンバータ７の劣化を判定する劣化判定ステップと、該劣化判定ステップによって触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有している。
【００３６】
そのため、本実施の形態によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは時間積分値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒コンバータの劣化状態を正確に診断することが可能な内燃機関の触媒劣化診断方法を提供できる。
【００３７】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
実施の形態２について、図２及び図５のフローチャートを参照しながら説明する。
本実施の形態では、図１に示した重み付け補正処理手段１７において、図５のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
図５のフローチャートでは、図３のフローチャートに対して、ステップＳ３００〜ステップＳ３０２の処理が追加されており、まず、ステップＳ３００においてＯ2センサ素子温度検出手段１５（図１参照）により得られる上流側及び下流側のＯ2センサ素子温度を読み込む。
なお、ここでは詳述しないが、Ｏ2センサ素子温度検出手段１５にて検出されるＯ2センサ素子温度は実測値もしくは排気温度等による推定温度とし、排気温度は実測値もしくは機関運転状態や吸入空気量Ｑａの積算値に基づく推定温度でもよい。
また、Ｏ2センサがヒーター機能を有する場合は、ヒーター駆動積算時間を加味したＯ2センサ素子温度推定温度でもよい。
【００３８】
図６は、Ｏ2センサの素子温度に対する出力特性と温度補正値（Ｋｔｈ、Ｋｔｌ）の関係を示す図である。
図６（ａ）に示すように、素子温度によってＯ2センサの出力特性の変曲点がシフトすることが知られている。
そこで、ある基準温度における高出力判定レベルをＶｔｈ０、及び低出力判定レベルをＶｔｌ０として設定すると共に、素子温度と高出力判定レベル及び低出力判定レベルとの関係をそれぞれ図６（ｂ）に示す関数Ｆｈ（素子温度）及びＦｌ（素子温度）として予め記憶しておく。
そして、ステップＳ３０１において、ステップＳ３００で読み込んだ上流側及び下流側のＯ2センサ素子温度に応じて温度補正値Ｋｔｈ_Ｆ、Ｋｔｌ_Ｆ及びＫｔｈ_Ｒ、Ｋｔｌ_Ｒを算出し、次に、ステップＳ３０２において、温度補正後高出力判定レベルＶｔｈ_Ｆ、Ｖｔｈ_Ｒ及び温度補正後低出力判定レベルＶｔｌ_Ｆ、Ｖｔｌ_Ｒを算出する。
【００３９】
以降、実施の形態１と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図２に示したステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
本実施の形態においては、重み付け補正処理手段１７によって、Ｏ2センサの素子温度に応じてＯ2センサ出力の出力レベルを判定するための高電圧判定レベル及び低電圧側判定レベルを補正する（即ち、Ｏ2センサ素子温度に基づいて上流側Ｏ2センサの信号及び下流側Ｏ2センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正する）ことにより、Ｏ2センサの素子温度による出力特性の変化を補償し、より正確な補正後出力を得ることができる。従って、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
【００４０】
即ち、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置の重み付け補正処理手段１７は、Ｏ2センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ2センサ素子温度検出手段１５を含み、検出あるいは推定されるＯ2センサ素子温度を基にして上流側Ｏ2センサ８の信号及び下流側Ｏ2センサ９の信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をする。
これにより、触媒劣化診断の精度をさらに向上させることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置におけるオフセット補正値算出処理ルーチンを示すフローチャートである。
また、図８は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置における劣化診断動作を示すフローチャートである。
また、図９は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
以下、本実施の形態について、図７、図８及び図９のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４２】
本実施の形態では、まず、オフセット補正値算出手段１６（図１参照）の動作を示す図７のフローチャートの処理ルーチンによってオフセット補正値の算出処理が実行される。
ステップＳ４００において、オフセット補正値算出処理実施が許可される所定の運転状態（例えば、アイドル運転状態）であるか否かを判定する。
もし、ステップＳ４００において所定の運転状態にない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、図７のオフセット補正値算出処理を終了してリターンする。
一方、所定の運転状態にある（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ４０１以下の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４０１においては、図示しない処理ルーチンによって予め設定された所定の振幅量で空燃比の加振制御が実行される。
加振制御とは、図１４に示したように、所定の振幅／周期でリッチ／リーンの両方向に
Ｏ2センサ出力を変動させることである。
空燃比の加振制御は、例えば、空燃比フィードバック制御における比例ゲイン及び積分ゲインを予め設定した所定値に切り替えることによって行われる。
次にステップＳ４０２において、上流側Ｏ2センサ出力電圧Ｖ_Ｆを読み込み、ステップＳ４０３において予め設定された所定期間が終了したと判定されるまで繰り返し実施され、ステップＳ４０３において、所定期間が終了（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ４０４にて加振制御を終了し、通常の空燃比フィードバック制御に戻してステップＳ４０５に進む。
また、ここでは図示しないが、加振制御の実行中に機関運転状態がステップＳ４００にて定義される所定の運転状態を外れた場合は、加振制御を終了し、通常の空燃比フィードバック制御に戻して、図７のオフセット補正値算出処理を終了してリターンする。
【００４４】
ステップＳ４０５では、図示しない処理ルーチンによって加振制御中に読み込んだ上流側Ｏ2センサ出力電圧Ｖ_Ｆよりリッチ／リーン反転毎の最大値平均値及び最小値平均値を算出しそれぞれＶ_Ｆｍａｘ、Ｖ_Ｆｍｉｎとして記憶する。
次に、ステップＳ４０６において、予め設定しておいた最大値平均値初期値Ｖｍａｘ０及び最小値平均値初期値Ｖｍｉｎ０とステップＳ４０５で記憶した最大値平均値Ｖ_Ｆｍａｘ及び最小値平均値Ｖ_Ｆｍｉｎとの偏差を算出し、高電圧側判定レベル初期値Ｖｔｈ０に対するオフセット補正値Ｋｓｈ及び低電圧側判定レベル初期値Ｖｔｌ０に対するオフセット補正値Ｋｓｌとして記憶し、ステップＳ４０７において、オフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓを１にセットしてリターンする。
【００４５】
次に、図８に示す触媒劣化診断動作について説明する。
図８では、実施の形態１及び実施の形態２における触媒劣化診断処理ルーチンを示す図２に対してステップＳ５００の処理が追加されており、ここでオフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓが１か否かによって、オフセット補正値算出処理が完了しているか否かを判定する。
もし、ステップＳ５００においてＦｌａｇＫｓが１でない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、図８に示した劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、ＦｌａｇＫｓ＝１（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進み、触媒劣化診断処理を継続する。
【００４６】
また、重み付け補正処理手段１７では、図９のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
ここでは、実施の形態１における重み付け補正処理ルーチンを示す図３に対してステップＳ５０１及びステップＳ５０２の処理が追加されており、まず、ステップＳ５０１において、オフセット補正値算出処理にて記憶された高電圧側判定レベル初期値Ｖｔｈ０に対するオフセット補正値Ｋｓｈ及び低電圧側判定レベル初期値Ｖｔｌ０に対するオフセット補正値Ｋｓｌを読み込み、ステップＳ５０２において、上流側用の高出力／低出力判定レベルのみ補正後値Ｖｔｈ_Ｆ及びＶｔｌ_Ｆを算出し、下流側用の高出力／低出力判定レベルＶｔｈ_Ｒ及びＶｔｌ_Ｒに関しては初期値Ｖｔｈ０及びＶｔｌ０のままとする。
以降、実施の形態１、実施の形態２と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図８のステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
【００４７】
図１０は、Ｏ2センサ出力特性がシフトした場合の出力波形とオフセット補正値（Ｋｓｈ、Ｋｓｌ）の関係を示すグラフである。
オフセット補正値による高電圧側／低電圧側判定レベルの補正動作について、図１０を用いて詳述する。
図１０（ａ）における実線波形は、加振制御実施中の基準となる上流側Ｏ2センサの出力であり、この加振制御実施中の基準となる上流側Ｏ2センサの出力におけるリッチ／リーン反転毎の最大電圧の平均値Ｖｍａｘ０及び最小電圧の平均値Ｖｍｉｎ０を、それぞれ最大電圧平均値及び最小電圧平均値の基準値として予め設定しておく。
図１０（ａ）における破線または一点鎖線の波形は、実測された加振制御実施中の上流側Ｏ２センサ出力であり、この実測された加振制御実施中の上流側Ｏ２センサ出力におけるリッチ／リーン反転毎の最大電圧の平均値Ｖ_Ｆｍａｘ（もしくはＶ_Ｆｍａｘ’）、最小電圧の平均値Ｖ_Ｆｍｉｎ（もしくはＶ_Ｆｍｉｎ’）を用いて、最大電圧側、最小電圧側それぞれの基準値との偏差として、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）が算出される。
【００４８】
このＫｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）を、基準となる上流側Ｏ2センサ出力（図１０（ｂ）の実線）に対する実測状態での上流側Ｏ2センサ出力（図１０（ｂ）の破線もしくは一点鎖線）のオフセット分であるとみなし、基準となる上流側Ｏ2センサ出力特性に対して予め設定されていた高電圧側判定レベルＶｔｈ０及び低電圧側判定レベルＶｔｌ０に対して、Ｋｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）を加算することにより、高電圧側判定レベルＶｔｈ０及び低電圧側判定レベルＶｔｌ０の補正を実施する。
【００４９】
これによって、直接排気ガスが当たることで熱や硫黄被毒による影響を受けやすい上流側Ｏ2センサ８に対して、劣化による出力特性のオフセットの影響を補償し、より正確な補正後出力ＶＣを得ることが可能となるため、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
なお、図９のステップＳ５０２において、高電圧／低電圧側判定レベルを、それぞれオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌによって補正を実施して高電圧側判定レベルＶｔｈ_Ｆ及び低電圧側判定レベルＶｔｌ_Ｆを算出したが、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの平均値Ｋｓを用いて、Ｖｔｈ_Ｆ＝Ｖｔｈ０＋Ｋｓ、Ｖｔｌ_Ｆ＝Ｖｔｌ０＋Ｋｓ として算出してもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置は、Ｏ2センサ出力特性のオフセット補正値算出手段１６と、オフセット補正値算出手段１６によるオフセット補正値の算出処理が未完了時には触媒の劣化診断を中断する手段を備え、重み付け補正処理手段１７は、オフセット補正値算出手段１６により算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ2センサ８の信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をする。
これにより、熱や硫黄被毒による影響を受けやすい上流側Ｏ2センサ８に対して劣化による出力特性のオフセットの影響を補償し、より正確な補正後出力ＶＣを得ることができるので、触媒劣化診断の精度をなお一層向上させることができる。
【００５１】
実施の形態４．
図１１は、実施の形態４による内燃機関の触媒劣化診断装置における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
また、図１２は、実施の形態４による内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
以下、実施の形態４について、図１１及び図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５２】
本実施の形態における触媒劣化診断動作を示す図１１では、実施の形態３の触媒劣化診断処理ルーチンを示す図８に対して、ステップＳ６００の処理が追加されている。
なお、オフセット補正値算出手段１６（図１参照）の動作は、実施の形態３と同様に、
図７に示す処理ルーチンによって完了しているものとする。
即ち、オフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓを“１”にセットしてリターンしている。
【００５３】
ステップＳ６００においては、事前にオフセット補正値算出手段１６よって算出されたオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値が共に所定値以下であるか否かを判定する。
もし、ステップＳ６００においてオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値のいずれかが所定値以上である（即ち、ＮＯ）と判定されれば、上流側Ｏ２センサ出力特性が異常にオフセットしているものとみなして、図１１の劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値が共に所定値以下である（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進み、触媒劣化診断処理を継続する。
ここで、ステップＳ６００における判定は、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌのどちらか一方のみで判定を実施するか、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの平均値Ｋｓを用いて判定を実施してもよい。
【００５４】
次に、重み付け補正処理手段１７では、図１２のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
ここでは、実施の形態３における重み付け補正処理ルーチンを示す図９に対して、実施の形態２と同様に温度補正値を算出するステップＳ３００及びステップＳ３０１の処理が追加されている。
そして、ステップＳ６０１において、温度補正値（Ｋｔｈ_Ｆ、Ｋｔｈ_Ｒ、Ｋｔｌ_Ｆ、Ｋｔｌ_Ｒ）及びオフセット補正値（Ｋｓｈ、Ｋｓｌ）に基づいて、補正後値として上流側用、下流側用にそれぞれ高出力判定レベルＶｔｈ_Ｆ、Ｖｔｈ_Ｒ及び低出力判定レベルＶｔｌ_Ｆ、Ｖｔｌ_Ｒを算出する。
以降、実施の形態１〜実施の形態３と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図１１のステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態では、オフセット補正値が所定値以上であった場合に触媒劣化診断処理を中断するので、上流側Ｏ2センサ出力特性が劣化の影響等により大きくオフセットしたことで下流側Ｏ2センサ出力特性とのずれが極端に大きくなった場合の誤診断の危険を回避することができる。
また、実施の形態２におけるＯ2センサ素子温度に基づく温度補正処理及び実施の形態３におけるオフセット補正値算出処理を含むオフセット補正処理を組合すことで、さらに精度よく触媒の劣化診断を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態を正確に診断することができる内燃機関の触媒劣化診断装置の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１における重み付け補正処理と補正後Ｏ２センサ出力の関係を示す図である。
【図５】実施の形態２における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】Ｏ2センサの素子温度に対する出力特性と温度補正値の関係を示す図である。
【図７】実施の形態３におけるオフセット補正値算出処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】実施の形態３における劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態３において、Ｏ2センサ出力特性がシフトした場合の出力波形とオフセット補正値の関係を示すグラフである。
【図１１】実施の形態４における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態４における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】従来の内燃機関における空燃比フィードバック制御中の上流側Ｏ2センサ及び下流側Ｏ2センサの出力波形を示す図である。
【図１４】従来の一般的なＯ2センサの出力特性と空燃比フィードバック制御中のＯ2センサ出力波形を示す図である。
【図１５】従来の内燃機関の触媒劣化診断における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ エンジン ６ 排気
７ 触媒コンバータ ８ 上流側Ｏ2センサ
９ 下流側Ｏ２センサ
１０ エアフローセンサ １１ 角度センサ
１２ 電子式制御ユニット １３ 基本噴射量設定手段
１４ フィードバック制御手段 １５ Ｏ2センサ素子温度検出手段
１６ オフセット補正値算出手段 １７ 重み付け補正処理手段
１８ 触媒劣化検出手段 １９ 警告手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気ガス浄化のために設けられた触媒コンバータの劣化状態を診断し、運転者に警告する触媒劣化診断装置及び触媒劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化する装置として、排気系にＣＯ、ＨＣの酸化と、ＮＯｘの還元を同時に行う三元触媒コンバータ（以下、触媒コンバータあるいは単に触媒と称す）を設けると共に、該触媒の上流側及び下流側にそれぞれＯ2センサを設け、これらＯ2センサの検出信号に応じて空燃比フィードバック制御を行うことによって、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御することができ、排気系に設けられた触媒の浄化能力を高く保持することが出来るものが広く実用化されている。
【０００３】
触媒が排気ガスの熱又は硫黄被毒などにより浄化効率が次第に低下もしくは破壊された場合、有害成分を排出しながら走行することとなるため触媒を交換するなどの処置をとることが望ましいが、運転者が触媒の劣化もしくは破壊を検知することは困難である。
そこで、このような触媒の劣化状態を判定（診断）するための装置として、例えば、特開平５−９８９４９号公報（特許文献１）に提案されている内燃機関の触媒劣化検出装置や特開平７−３０５６２３号公報（特許文献２）に提案されている触媒劣化診断装置が知られている。
【０００４】
これらの特許文献で提案されている装置は、内燃機関の排気通路に介装した触媒の上流側及び下流側に設けられたＯ2センサの出力信号応じて空燃比フィードバック制御を実行すると共に、両Ｏ2センサの出力信号の比較から触媒の劣化状態を診断するものである。
図１３は、従来の内燃機関における「空燃比フィードバック制御中の上流側Ｏ2センサ及び下流側Ｏ2センサの出力波形」を示す図である。
空燃比フィードバック制御の実行中には、主に上流側Ｏ2センサの出力信号に基づいて、例えば、図１３（ａ）のような比例積分制御により燃料供給量が制御（即ち、フィードバック補正）される。
従って、上流側Ｏ2センサの出力信号は、図１３（ｂ）に示すように、リッチ／リーン判定電圧を中心に周期的にリッチ、リーンの反転を繰り返す。
【０００５】
これに対し、触媒の下流側では、触媒のＯ2ストレージ能力により残存酸素濃度の変動が非常に緩やかなものとなるので、下流側Ｏ2センサの出力信号としては、図１３（ｃ）に示すように、上流側Ｏ2センサの出力信号に比べて変動幅が小さく、かつ、変動周期が長くなる。
しかし、触媒が劣化してくると、Ｏ2ストレージ能力の低下によって、触媒の上流側と下流側とで酸素濃度がそれ程変わらなくなる。
その結果、下流側Ｏ2センサの出力信号は、図１３（ｄ）及び図１３（ｅ）に示すように、触媒の劣化度合いに応じて上流側Ｏ2センサの出力信号に近似した周期で反転を繰り返すようになり、かつその変動幅も大きくなってくる。
【０００６】
そこで、特開平５−９８９４９号公報に開示された内燃機関の触媒劣化検出装置では、触媒の上流側及び下流側に設けられたＯ2センサ出力信号と所定信号により囲まれた図形の面積（即ち、上流側及び下流側に設けられたＯ2センサ出力信号と所定信号の差の時間積分値）を演算する手段と、上流側及び下流側のＯ2センサ出力が前記所定信号に対して反転する周期を演算する手段と、これらの演算された（時間積分値）、反転周期あるいは両者の組み合わせにより触媒の劣化判定パラメータを演算する手段と、この劣化判定パラメータを所定値と比較し、劣化を判定する劣化判定手段と、劣化と判定された際に警報を発生する警告手段を設けている。
【０００７】
また、特開平７−３０５６２３号公報に開示された内燃機関の触媒劣化診断装置には、上流側及び下流側のＯ2センサの出力信号周波数をそれぞれ演算する周波数演算手段と、下流側Ｏ2センサ出力信号を上流側Ｏ2センサ出力信号の周波数に基づいてフィルタ処理する手段とを有し、このフィルタ処理された下流側Ｏ2センサの出力信号とフィルタ処理以前の上流側Ｏ2センサの出力信号による振幅比もしくは反転回数比を用いることによって、内燃機関の運転条件に応じて変動する目標空燃比と理論空燃比とのずれに伴う低周波数の変動の影響を抑制し、触媒劣化診断する際の誤診断を防止することが示されている。
【特許文献１】特開平５−９８９４９号公報（図１、段落０００７）
【特許文献２】特開平７−３０５６２３号公報（図１、図２、段落００１３、段落００１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、触媒の浄化能力を高く保持するためには、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御する必要がある。
特に、上流側Ｏ2センサは、排気ガスの熱又は硫黄被毒の影響を直接受けるため、劣化により応答速度の低下や出力電圧の低下を生じやすい。
そこで、下流側Ｏ2センサの出力信号は、触媒劣化診断の他に、上流側Ｏ2センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に対して全体的な空燃比の片寄りの補正等にも用いられるのが一般的である。
つまり、下流側Ｏ2センサの出力と下流側目標電圧との偏差に応じて上流側のリッチ／リーン判定電圧を補正することにより上流側Ｏ2センサの劣化による影響を補償し、触媒の浄化能力を高く保持することが出来る空燃比状態に制御されている。
【０００９】
図１４は、従来の一般的なＯ2センサの出力特性と、空燃比フィードバック制御中のＯ2センサ出力波形を示す図である。
図１４に示すとおり、Ｏ2センサの出力特性は、空燃比（酸素濃度）に対して非線形な特性となっている。
そのため、理論空燃比を中心としたある範囲（ａ）で空燃比フィードバック制御が行われている場合の出力電圧波形（センター特性）に対して、制御範囲がリッチ（即ち、酸素濃度が希薄）方向へシフトされた場合（ｂ）およびリーン（即ち、酸素濃度が過剰）方向へシフトされた場合（ｃ）では、同じ空燃比（酸素濃度）の変動幅であっても出力電圧波形が歪んで振幅が小さくなってしまうことがわかる。
【００１０】
図１５は、従来の内燃機関の触媒劣化診断における問題点を説明するための図である。
Ｏ2センサの劣化の影響や出力特性のばらつきによって、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合には、例えば、図１５に示すように、上流側の空燃比制御範囲がリッチ（即ち、出力電圧：高）方向へシフトした場合の上流側Ｏ2センサの出力信号振幅“ΔＶ_Ｆ２”及び面積相当値“Ｓ_Ｆ２”は、理論空燃比近傍で制御されている場合の上流側Ｏ2センサの出力信号振幅“ΔＶ_Ｆ１”及び面積相当値“Ｓ_Ｆ１”と比べて小さくなってしまう。
そのため、上流側と下流側のＯ２センサ出力信号の振幅比（ΔＶ_Ｒ１／ΔＶ_Ｆ２）及び面積相当値比（Ｓ_Ｒ１／Ｓ_Ｆ２）は、理論空燃比近傍で制御されている場合の振幅比（ΔＶ_Ｒ１／ΔＶ_Ｆ１）及び面積相当値比（Ｓ_Ｒ１／Ｓ_Ｆ１）と比べて大きくなってしまうことがわかる。
よって、これら上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値を用いて触媒の劣化状態を診断する装置において、最悪の場合、劣化状態を検出できない、もしくは劣化誤診断することがある。
【００１１】
なお、上述の説明において、面積相当値とは、「Ｏ2センサ出力信号と所定信号とで囲まれた面積に相当する値」のことであり、面積相当値は、「Ｏ2センサ出力信号と所定信号との差の時間積分値」である。
また、所定信号とは、例えば、図１５において一点鎖線で示したような「Ｏ2センサの出力信号の振幅中心近傍の電圧レベル」のことを言う。
また、図１５において、“Ｓ_Ｆ１”及び“Ｓ_Ｆ２”は、上流側Ｏ2センサ出力における
面積相当値を示しており、“Ｓ_Ｆ１”はＯ2センサ出力特性の中心近傍で振幅している際の面積相当値であり、“Ｓ_Ｆ２”はＯ2センサ出力特性の中心近傍から高電圧側にシフトした位置で振幅している際の面積相当値である。
【００１２】
一般的に下流側Ｏ2センサ出力信号に対する目標電圧は、内燃機関の運転条件に応じて触媒の浄化能力を高く保持できる空燃比状態となるように設定されるが、理論空燃比に対してわずかにリッチもしくはリーン方向にシフトされた領域で制御される場合がある。
その結果、Ｏ2センサの出力特性に対して出力電圧の振幅が小さくなってしまう範囲で空燃比フィードバック制御された場合は、理論空燃比を中心とした範囲で空燃比フィードバック制御が行われている場合に比べて、得られるＯ2センサ出力の振幅もしくは面積相当値の絶対値が小さくなってしまう。
そのため、上流側と下流側のＯ2センサ出力特性の僅かなずれによって上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値が大きく変動することとなり、そのような運転条件下では誤診断に対するロバスト性が十分に確保できないことがある。
なお、ロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）とは、制御工学の分野では、「制御対象の特徴がどのように変動しても、常に制御仕様を満足する」という意味で使われている。
ここでは、内燃機関の運転状態や目標空燃比（Ｏ2センサ出力の目標電圧）の変化等の外乱を受けた場合にも、誤診断をしない“耐性、強さ”を意味する。
【００１３】
この発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは面積相当値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることができ、ロバスト性を十分に確保し、触媒の劣化状態を正確に診断することができる内燃機関の触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ2センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ2センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び下流側Ｏ2センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、前記演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、前記劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段とを備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ2センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ2センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ2センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び下流側Ｏ2センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ2センサの出力信号及び前記下流側Ｏ2センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、前記演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定ステップと、前記劣化判定ステップによって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有したものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは面積相当値（時間積分値）比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒コンバータの劣化状態を正確に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、動作を説明するための各フローチャート間において、同一処理ステップ番号を付したものは、同一または相当の処理を行うステップであることを表す。
実施の形態１．
図１は、この発明による内燃機関の触媒劣化診断装置の構成を概念的に示すブロック図である。
図に示すように、本実施の形態に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置においては、エンジン１の排気管６には三元触媒で構成された触媒コンバータ（単に触媒と称す）７が介装されている。
そして、この触媒７の上流には上流側Ｏ2センサ８が、同じく触媒７の下流には下流側Ｏ2センサ９がそれぞれ配設される。
【００１８】
これら上流側Ｏ2センサ８および下流側Ｏ2センサ９は、共に排気ガス中の残存酸素濃度に応じた起電力（以下、出力電圧と称す）を発生する。
図１４に示したように、上流側Ｏ2センサ８および下流側Ｏ2センサ９は、特に理論空燃比を境にして出力電圧が急変し、理論空燃比よりリッチ（即ち、酸素濃度が希薄）側で出力電圧は高レベル（約１Ｖ程度）になる。
一方、リーン（即ち、酸素濃度が過濃）側で出力電圧は低レベル（約１００ｍＶ程度）となるる。
このように、上流側Ｏ2センサ８は触媒７の上流側の残存酸素濃度に応じたセンサ出力“Ｖ_Ｆ”を出力し、下流側Ｏ2センサ９は触媒７の下流側の残存酸素濃度に応じたセンサ出力“Ｖ_Ｒ”を出力する。
【００１９】
一方、エンジン１の吸気管２に配設されたスロットル弁４を操作することによって吸入空気量Ｑａを調整すると共に、エアフローセンサ１０にてその吸入空気量Ｑａが検出され、インテークマニホールド３には燃料を供給するインジェクタ５が配設されている。
【００２０】
コンピュータシステムからなる電子式制御ユニット１２は、少なくともエアフローセンサ１０で検出された吸入空気量Ｑａ及び角度センサ１１により検出されるエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出される基本燃料噴射量を算出する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の出力“Ｖ_Ｆ”に基づいて算出されるフィードバック制御量に対して、下流側Ｏ2センサ９の出力“Ｖ_Ｒ”に基づいて補正を施すフィードバック制御手段１４とを備えている。
なお、“Ｖ”はセンサ出力の電圧値、“_Ｆ”はＦｒｏｎｔ（上流側）、“_Ｒ”はＲｅａｒ（下流側）を表している。
そして、これら基本噴射量設定手段１３で算出された基本燃料噴射量とフィードバック制御手段１４で算出された制御量を基に算出される燃料噴射量τに応じてインジェクタ５より供給される燃料量を調整することにより、空燃比を理論空燃比付近の非常に狭い範囲に制御している。
【００２１】
次に、重み付け補正処理手段１７を含む触媒劣化検出手段１８及び警告手段１９で実行される触媒劣化診断動作について、図２及び図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１００において、少なくともエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｑａに基づく負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出し、次にステップＳ１０１において、それらの運転状態情報に基づいて、予め設定された所定の触媒劣化診断実施領域であるか否かを判定する。
なお、触媒劣化診断実施領域は、少なくともエンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ｑａに基づく負荷情報によって定義（設定）される。
【００２２】
もし、ステップＳ１０１において所定の診断領域にない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、所定の診断領域にある（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進む。
ステップＳ１０２において、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒを読み込み、続いてステップＳ１０３において、読み込んだ“Ｖ_Ｆ”及び“Ｖ_Ｒ”に対して重み付け補正処理手段１７（図１参照）による重み付け補正処理を実施する。
【００２３】
重み付け補正処理手段１７における重み付け補正処理動作について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ２００において、ステップＳ１０２で読み込んだＯ2センサ出力Ｖが予め設定された高出力側判定レベルＶｔｈより大きいか否かを判定する。
もし、ステップＳ２００の判定結果がＹＥＳであれば、高出力であるとみなし、ステップＳ２０３において、重み付け補正後出力ＶＣを算出してリターンする。
一方、ステップＳ２００の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ２０１へ進み、ステップＳ１０２で読み込んだＯ2センサ出力Ｖが予め設定された低出力側判定レベルＶｔｌより小さいか否かを判定する。
【００２４】
もし、ステップＳ２０１の判定結果がＹＥＳであれば、低出力であるとみなし、ステップＳ２０４において、重み付け補正後出力ＶＣを算出してリターンする。
一方、ステップＳ２０１の判定結果がＮＯであれば、Ｏ2センサ出力Ｖは、高電圧、低電圧のいずれの状態でもないとみなして、ステップＳ２０２へ進み、「重み付け補正後出力ＶＣ＝Ｏ2センサ出力Ｖ」としてリターンする。
また、ステップＳ１０３においては、これらステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理を、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒに対してそれぞれ実施し、補正後上流側Ｏ2センサ出力ＶＣ_Ｆ及び補正後下流側Ｏ2センサ出力ＶＣ_Ｒとして記憶する。
【００２５】
図４は、実施の形態１における重み付け補正処理と補正後Ｏ2センサ出力の関係を示す図である。
図４に示すように、高出力側判定レベルＶｔｈ及び低電圧側判定レベルＶｔｌは、Ｏ2センサの出力特性に基づいて、酸素濃度に対する出力電圧の変化量が大きい理論空燃比近傍の領域と、酸素濃度に対する出力電圧の変化量が小さくなるリッチ（即ち、高出力）領域及びリーン（即ち、低出力）領域とに分割するように予め設定されている。
また、それぞれの領域毎に重み付け補正係数ＫＨ（高出力側）、ＫＬ（低出力側）を有しており、例えば、“Ｖｔｈ”及び“Ｖｔｌ”によって分割されたそれぞれの領域毎での酸素濃度に対する出力特性の傾きを用いて、以下の（１）式、（２）式より算出し、予め設定される。
このとき、理論空燃比近傍の領域における重み付け補正係数は１とする。
ＫＨ＝１／（ＳＬｈ／ＳＬｍ） ・・・ （１）
ＫＬ＝１／（ＳＬｌ／ＳＬｍ） ・・・ （２）
【００２６】
このように、高電圧側／低電圧側判定レベルに応じて、重み付け補正係数ＫＨ及びＫＬを用いた補正を行うことにより、図４に示すように、空燃比（酸素濃度）制御領域がリッチ側（ｂ）もしくはリーン側（ｃ）にシフトされている場合においても、補正前のＯ2センサ出力Ｖは振幅が歪んで小さくなっているのに対して、補正後出力ＶＣは、センター特性（ａ）と同等の出力振幅を得ることができる。
【００２７】
図２のステップＳ１０２〜ステップＳ１０３の処理（図３のステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理を含む）は、ステップＳ１０４において予め設定された所定期間が終了したと判定されるまで繰り返し実施され、ステップＳ１０４において、所定期間が終了（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０５に進む。
また、ここでは図示しないが、ステップＳ１０４において「所定期間が終了」と判定される前に、内燃機関運転状態がステップＳ１０１にて定義される所定の診断領域を外れた場合は、図２の劣化診断処理を終了してリターンする。
【００２８】
ステップＳ１０５では、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣもしくはこれらの内の少なくとも一方を算出する。
なお、所定信号とは、前述したように、「Ｏ2センサ出力信号の振幅中心近傍の電圧レベル」のことであり、面積相当値を算出するために予め定義（設定）されるものである。
また、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣとは、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号との差の時間積分値のことである。
ここで、振幅量ΔＶＣ及び面積相当値ＳＣは、所定期間中の積算値もしくは所定期間中のリッチ／リーン反転毎の平均値でもよい。
また、補正後出力ＶＣの振幅量ΔＶＣ及び補正後出力ＶＣと所定信号により囲まれた図形の面積相当値ＳＣは、上流側補正後出力ＶＣ_Ｆ及び下流側補正後出力ＶＣ_Ｒに対してそれぞれ算出され、振幅量ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ及び面積相当値ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒとしてそれぞれ記憶される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５にて記憶された振幅量ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ及び面積相当値ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒを用いて、図示しない処理ルーチンにより劣化診断用パラメータＣを演算する。
ここで、劣化診断用パラメータＣは上流側と下流側のＯ2センサ出力信号の振幅比（ΔＶＣ_Ｒ／ΔＶＣ_Ｆ）もしくは面積相当値比（ＳＣ_Ｒ／ＳＣ_Ｆ）もしくはこれらを組み合わせた値として求められる。
【００３０】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で演算された劣化診断用パラメータＣと予め設定された劣化判定閾値Ｃｌｉｍとを比較し、劣化診断用パラメータＣが劣化判定閾値Ｃｌｉｍ以下である（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０８にて触媒正常と判定し、図２の劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、劣化診断用パラメータＣが劣化判定閾値Ｃｌｉｍより大きい（即ち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０９にて触媒劣化と判定し、ステップＳ１１０に進み警報を発するように警告手段１９へ信号を送る。
【００３１】
以上のように、重み付け補正処理手段１７において、上流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｆ及び下流側Ｏ2センサ出力Ｖ_Ｒに対して、図３のステップＳ２００及びステップＳ２０１における出力レベル判定結果に応じて補正された補正後出力ＶＣ_Ｆ及びＶＣ_Ｒを基に、図２のステップＳ１０５において振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を算出する。
これにより、Ｏ2センサの出力特性のどの領域で空燃比フィードバック制御が行われている場合においても、制御量に対してほぼ一定の値として、振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を得ることができる。
【００３２】
従って、ステップＳ１０６において算出される上流側と下流側のＯ２センサ出力信号の振幅比（ΔＶＣ_Ｒ／ΔＶＣ_Ｆ）もしくは面積相当値比（ＳＣ_Ｒ／ＳＣ_Ｆ）もしくはこれらを組み合わせた値として求められる劣化診断用パラメータＣは、Ｏ2センサの劣化の影響や出力特性のばらつきによって上流側と下流側のＯ2センサ出力特性にずれが生じた場合においても触媒の劣化状態に応じた正確な値を得ることが可能となり、触媒の劣化状態を正確に診断することができる。
また、理論空燃比に対してリッチもしくはリーン状態で制御されるような運転領域においても理論空燃比相当で制御されている場合と同等の振幅量（ΔＶＣ_Ｆ、ΔＶＣ_Ｒ）及び面積相当値（ＳＣ_Ｆ、ＳＣ_Ｒ）を得ることができるため、診断領域を限定することなく誤診断に対するロバスト性を十分に確保し、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
なお、図３のステップＳ２０３及びステップＳ２０４において、重み付け補正係数ＫＨ及びＫＬは定数として設定したが、例えば、Ｏ2センサ出力（Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｒ）に応じたマップデータとして設定してもよい。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路６に介装された触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７の上流に設けられた上流側Ｏ2センサ８と、触媒コンバータ７の下流に設けられた下流側Ｏ2センサ９と、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に下流側Ｏ2センサ９の信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段１４と、このフィードバック制御１４による制御量に応じて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段１７と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号と所定信号の差の時間時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、該演算手段で演算される振幅量と時間時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、触媒コンバータ７の劣化を判定する劣化判定手段と、該劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段１９とを備えている。
【００３４】
そのため、本実施の形態によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは時間積分値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒の劣化状態を正確に診断することが可能な内燃機関の触媒劣化診断装置を提供できる。
【００３５】
また、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路６に介装された触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７の上流に設けられた上流側Ｏ2センサ８と、触媒コンバータ７の下流に設けられた下流側Ｏ2センサ９と、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段１３と、上流側Ｏ2センサ８の信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に下流側Ｏ2センサ９の信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段１４と、このフィードバック制御１４による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の上流側Ｏ2センサ８の出力信号及び下流側Ｏ2センサ９の出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、該演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、該劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、触媒コンバータ７の劣化を判定する劣化判定ステップと、該劣化判定ステップによって触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有している。
【００３６】
そのため、本実施の形態によれば、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態に応じた適切な振幅比もしくは時間積分値比もしくはこれらを組み合わせた値を得ることが可能であり、ロバスト性を十分に確保し、触媒コンバータの劣化状態を正確に診断することが可能な内燃機関の触媒劣化診断方法を提供できる。
【００３７】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
実施の形態２について、図２及び図５のフローチャートを参照しながら説明する。
本実施の形態では、図１に示した重み付け補正処理手段１７において、図５のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
図５のフローチャートでは、図３のフローチャートに対して、ステップＳ３００〜ステップＳ３０２の処理が追加されており、まず、ステップＳ３００においてＯ2センサ素子温度検出手段１５（図１参照）により得られる上流側及び下流側のＯ2センサ素子温度を読み込む。
なお、ここでは詳述しないが、Ｏ2センサ素子温度検出手段１５にて検出されるＯ2センサ素子温度は実測値もしくは排気温度等による推定温度とし、排気温度は実測値もしくは機関運転状態や吸入空気量Ｑａの積算値に基づく推定温度でもよい。
また、Ｏ2センサがヒーター機能を有する場合は、ヒーター駆動積算時間を加味したＯ2センサ素子温度推定温度でもよい。
【００３８】
図６は、Ｏ2センサの素子温度に対する出力特性と温度補正値（Ｋｔｈ、Ｋｔｌ）の関係を示す図である。
図６（ａ）に示すように、素子温度によってＯ2センサの出力特性の変曲点がシフトすることが知られている。
そこで、ある基準温度における高出力判定レベルをＶｔｈ０、及び低出力判定レベルをＶｔｌ０として設定すると共に、素子温度と高出力判定レベル及び低出力判定レベルとの関係をそれぞれ図６（ｂ）に示す関数Ｆｈ（素子温度）及びＦｌ（素子温度）として予め記憶しておく。
そして、ステップＳ３０１において、ステップＳ３００で読み込んだ上流側及び下流側のＯ2センサ素子温度に応じて温度補正値Ｋｔｈ_Ｆ、Ｋｔｌ_Ｆ及びＫｔｈ_Ｒ、Ｋｔｌ_Ｒを算出し、次に、ステップＳ３０２において、温度補正後高出力判定レベルＶｔｈ_Ｆ、Ｖｔｈ_Ｒ及び温度補正後低出力判定レベルＶｔｌ_Ｆ、Ｖｔｌ_Ｒを算出する。
【００３９】
以降、実施の形態１と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図２に示したステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
本実施の形態においては、重み付け補正処理手段１７によって、Ｏ2センサの素子温度に応じてＯ2センサ出力の出力レベルを判定するための高電圧判定レベル及び低電圧側判定レベルを補正する（即ち、Ｏ2センサ素子温度に基づいて上流側Ｏ2センサの信号及び下流側Ｏ2センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正する）ことにより、Ｏ2センサの素子温度による出力特性の変化を補償し、より正確な補正後出力を得ることができる。従って、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
【００４０】
即ち、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置の重み付け補正処理手段１７は、Ｏ2センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ2センサ素子温度検出手段１５を含み、検出あるいは推定されるＯ2センサ素子温度を基にして上流側Ｏ2センサ８の信号及び下流側Ｏ2センサ９の信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をする。
これにより、触媒劣化診断の精度をさらに向上させることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置におけるオフセット補正値算出処理ルーチンを示すフローチャートである。
また、図８は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置における劣化診断動作を示すフローチャートである。
また、図９は、実施の形態３による内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
以下、本実施の形態について、図７、図８及び図９のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４２】
本実施の形態では、まず、オフセット補正値算出手段１６（図１参照）の動作を示す図７のフローチャートの処理ルーチンによってオフセット補正値の算出処理が実行される。
ステップＳ４００において、オフセット補正値算出処理実施が許可される所定の運転状態（例えば、アイドル運転状態）であるか否かを判定する。
もし、ステップＳ４００において所定の運転状態にない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、図７のオフセット補正値算出処理を終了してリターンする。
一方、所定の運転状態にある（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ４０１以下の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４０１においては、図示しない処理ルーチンによって予め設定された所定の振幅量で空燃比の加振制御が実行される。
加振制御とは、図１４に示したように、所定の振幅／周期でリッチ／リーンの両方向に
Ｏ2センサ出力を変動させることである。
空燃比の加振制御は、例えば、空燃比フィードバック制御における比例ゲイン及び積分ゲインを予め設定した所定値に切り替えることによって行われる。
次にステップＳ４０２において、上流側Ｏ2センサ出力電圧Ｖ_Ｆを読み込み、ステップＳ４０３において予め設定された所定期間が終了したと判定されるまで繰り返し実施され、ステップＳ４０３において、所定期間が終了（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ４０４にて加振制御を終了し、通常の空燃比フィードバック制御に戻してステップＳ４０５に進む。
また、ここでは図示しないが、加振制御の実行中に機関運転状態がステップＳ４００にて定義される所定の運転状態を外れた場合は、加振制御を終了し、通常の空燃比フィードバック制御に戻して、図７のオフセット補正値算出処理を終了してリターンする。
【００４４】
ステップＳ４０５では、図示しない処理ルーチンによって加振制御中に読み込んだ上流側Ｏ2センサ出力電圧Ｖ_Ｆよりリッチ／リーン反転毎の最大値平均値及び最小値平均値を算出しそれぞれＶ_Ｆｍａｘ、Ｖ_Ｆｍｉｎとして記憶する。
次に、ステップＳ４０６において、予め設定しておいた最大値平均値初期値Ｖｍａｘ０及び最小値平均値初期値Ｖｍｉｎ０とステップＳ４０５で記憶した最大値平均値Ｖ_Ｆｍａｘ及び最小値平均値Ｖ_Ｆｍｉｎとの偏差を算出し、高電圧側判定レベル初期値Ｖｔｈ０に対するオフセット補正値Ｋｓｈ及び低電圧側判定レベル初期値Ｖｔｌ０に対するオフセット補正値Ｋｓｌとして記憶し、ステップＳ４０７において、オフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓを１にセットしてリターンする。
【００４５】
次に、図８に示す触媒劣化診断動作について説明する。
図８では、実施の形態１及び実施の形態２における触媒劣化診断処理ルーチンを示す図２に対してステップＳ５００の処理が追加されており、ここでオフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓが１か否かによって、オフセット補正値算出処理が完了しているか否かを判定する。
もし、ステップＳ５００においてＦｌａｇＫｓが１でない（即ち、ＮＯ）と判定されれば、図８に示した劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、ＦｌａｇＫｓ＝１（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進み、触媒劣化診断処理を継続する。
【００４６】
また、重み付け補正処理手段１７では、図９のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
ここでは、実施の形態１における重み付け補正処理ルーチンを示す図３に対してステップＳ５０１及びステップＳ５０２の処理が追加されており、まず、ステップＳ５０１において、オフセット補正値算出処理にて記憶された高電圧側判定レベル初期値Ｖｔｈ０に対するオフセット補正値Ｋｓｈ及び低電圧側判定レベル初期値Ｖｔｌ０に対するオフセット補正値Ｋｓｌを読み込み、ステップＳ５０２において、上流側用の高出力／低出力判定レベルのみ補正後値Ｖｔｈ_Ｆ及びＶｔｌ_Ｆを算出し、下流側用の高出力／低出力判定レベルＶｔｈ_Ｒ及びＶｔｌ_Ｒに関しては初期値Ｖｔｈ０及びＶｔｌ０のままとする。
以降、実施の形態１、実施の形態２と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図８のステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
【００４７】
図１０は、Ｏ2センサ出力特性がシフトした場合の出力波形とオフセット補正値（Ｋｓｈ、Ｋｓｌ）の関係を示すグラフである。
オフセット補正値による高電圧側／低電圧側判定レベルの補正動作について、図１０を用いて詳述する。
図１０（ａ）における実線波形は、加振制御実施中の基準となる上流側Ｏ2センサの出力であり、この加振制御実施中の基準となる上流側Ｏ2センサの出力におけるリッチ／リーン反転毎の最大電圧の平均値Ｖｍａｘ０及び最小電圧の平均値Ｖｍｉｎ０を、それぞれ最大電圧平均値及び最小電圧平均値の基準値として予め設定しておく。
図１０（ａ）における破線または一点鎖線の波形は、実測された加振制御実施中の上流側Ｏ２センサ出力であり、この実測された加振制御実施中の上流側Ｏ２センサ出力におけるリッチ／リーン反転毎の最大電圧の平均値Ｖ_Ｆｍａｘ（もしくはＶ_Ｆｍａｘ’）、最小電圧の平均値Ｖ_Ｆｍｉｎ（もしくはＶ_Ｆｍｉｎ’）を用いて、最大電圧側、最小電圧側それぞれの基準値との偏差として、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）が算出される。
【００４８】
このＫｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）を、基準となる上流側Ｏ2センサ出力（図１０（ｂ）の実線）に対する実測状態での上流側Ｏ2センサ出力（図１０（ｂ）の破線もしくは一点鎖線）のオフセット分であるとみなし、基準となる上流側Ｏ2センサ出力特性に対して予め設定されていた高電圧側判定レベルＶｔｈ０及び低電圧側判定レベルＶｔｌ０に対して、Ｋｓｈ、Ｋｓｌ（もしくはＫｓｈ’、Ｋｓｌ’）を加算することにより、高電圧側判定レベルＶｔｈ０及び低電圧側判定レベルＶｔｌ０の補正を実施する。
【００４９】
これによって、直接排気ガスが当たることで熱や硫黄被毒による影響を受けやすい上流側Ｏ2センサ８に対して、劣化による出力特性のオフセットの影響を補償し、より正確な補正後出力ＶＣを得ることが可能となるため、触媒劣化診断の精度を向上させることができる。
なお、図９のステップＳ５０２において、高電圧／低電圧側判定レベルを、それぞれオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌによって補正を実施して高電圧側判定レベルＶｔｈ_Ｆ及び低電圧側判定レベルＶｔｌ_Ｆを算出したが、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの平均値Ｋｓを用いて、Ｖｔｈ_Ｆ＝Ｖｔｈ０＋Ｋｓ、Ｖｔｌ_Ｆ＝Ｖｔｌ０＋Ｋｓ として算出してもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の触媒劣化診断装置は、Ｏ2センサ出力特性のオフセット補正値算出手段１６と、オフセット補正値算出手段１６によるオフセット補正値の算出処理が未完了時には触媒の劣化診断を中断する手段を備え、重み付け補正処理手段１７は、オフセット補正値算出手段１６により算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ2センサ８の信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をする。
これにより、熱や硫黄被毒による影響を受けやすい上流側Ｏ2センサ８に対して劣化による出力特性のオフセットの影響を補償し、より正確な補正後出力ＶＣを得ることができるので、触媒劣化診断の精度をなお一層向上させることができる。
【００５１】
実施の形態４．
図１１は、実施の形態４による内燃機関の触媒劣化診断装置における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
また、図１２は、実施の形態４による内燃機関の触媒劣化診断装置における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
以下、実施の形態４について、図１１及び図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５２】
本実施の形態における触媒劣化診断動作を示す図１１では、実施の形態３の触媒劣化診断処理ルーチンを示す図８に対して、ステップＳ６００の処理が追加されている。
なお、オフセット補正値算出手段１６（図１参照）の動作は、実施の形態３と同様に、
図７に示す処理ルーチンによって完了しているものとする。
即ち、オフセット補正値算出処理完了フラグＦｌａｇＫｓを“１”にセットしてリターンしている。
【００５３】
ステップＳ６００においては、事前にオフセット補正値算出手段１６よって算出されたオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値が共に所定値以下であるか否かを判定する。
もし、ステップＳ６００においてオフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値のいずれかが所定値以上である（即ち、ＮＯ）と判定されれば、上流側Ｏ２センサ出力特性が異常にオフセットしているものとみなして、図１１の劣化診断処理を終了してリターンする。
一方、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの絶対値が共に所定値以下である（即ち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０２以下の処理に進み、触媒劣化診断処理を継続する。
ここで、ステップＳ６００における判定は、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌのどちらか一方のみで判定を実施するか、オフセット補正値Ｋｓｈ、Ｋｓｌの平均値Ｋｓを用いて判定を実施してもよい。
【００５４】
次に、重み付け補正処理手段１７では、図１２のフローチャートに示す処理ルーチンによって重み付け補正処理が実施される。
ここでは、実施の形態３における重み付け補正処理ルーチンを示す図９に対して、実施の形態２と同様に温度補正値を算出するステップＳ３００及びステップＳ３０１の処理が追加されている。
そして、ステップＳ６０１において、温度補正値（Ｋｔｈ_Ｆ、Ｋｔｈ_Ｒ、Ｋｔｌ_Ｆ、Ｋｔｌ_Ｒ）及びオフセット補正値（Ｋｓｈ、Ｋｓｌ）に基づいて、補正後値として上流側用、下流側用にそれぞれ高出力判定レベルＶｔｈ_Ｆ、Ｖｔｈ_Ｒ及び低出力判定レベルＶｔｌ_Ｆ、Ｖｔｌ_Ｒを算出する。
以降、実施の形態１〜実施の形態３と同様に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０４の処理ルーチンによって重み付け補正処理を実施し、図１１のステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の処理ルーチンによって触媒劣化診断処理が実施される。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態では、オフセット補正値が所定値以上であった場合に触媒劣化診断処理を中断するので、上流側Ｏ2センサ出力特性が劣化の影響等により大きくオフセットしたことで下流側Ｏ2センサ出力特性とのずれが極端に大きくなった場合の誤診断の危険を回避することができる。
また、実施の形態２におけるＯ2センサ素子温度に基づく温度補正処理及び実施の形態３におけるオフセット補正値算出処理を含むオフセット補正処理を組合すことで、さらに精度よく触媒の劣化診断を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、上流側と下流側のＯ2センサの出力特性にずれが生じた場合でも、触媒の劣化状態を正確に診断することができる内燃機関の触媒劣化診断装置の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明に係わる内燃機関の触媒劣化診断装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１における重み付け補正処理と補正後Ｏ２センサ出力の関係を示す図である。
【図５】実施の形態２における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】Ｏ2センサの素子温度に対する出力特性と温度補正値の関係を示す図である。
【図７】実施の形態３におけるオフセット補正値算出処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】実施の形態３における劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態３において、Ｏ2センサ出力特性がシフトした場合の出力波形とオフセット補正値の関係を示すグラフである。
【図１１】実施の形態４における触媒の劣化診断動作を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態４における重み付け補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】従来の内燃機関における空燃比フィードバック制御中の上流側Ｏ2センサ及び下流側Ｏ2センサの出力波形を示す図である。
【図１４】従来の一般的なＯ2センサの出力特性と空燃比フィードバック制御中のＯ2センサ出力波形を示す図である。
【図１５】従来の内燃機関の触媒劣化診断における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ エンジン ６ 排気
７ 触媒コンバータ ８ 上流側Ｏ2センサ
９ 下流側Ｏ２センサ
１０ エアフローセンサ １１ 角度センサ
１２ 電子式制御ユニット １３ 基本噴射量設定手段
１４ フィードバック制御手段 １５ Ｏ2センサ素子温度検出手段
１６ オフセット補正値算出手段 １７ 重み付け補正処理手段
１８ 触媒劣化検出手段 １９ 警告手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ２センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ２センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、
前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び下流側Ｏ２センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段と、
重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、
劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記重み付け補正処理手段はＯ２センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ２センサ素子温度検出手段を含み、検出あるいは推定されるＯ２センサ素子温度を基にして上流側Ｏ２センサの信号及び下流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
Ｏ２センサ出力特性のオフセット補正値算出手段と、前記オフセット補正値算出手段によるオフセット補正値の算出処理が未完了時には触媒コンバータの劣化診断を中断する手段を備え、
前記重み付け補正処理手段は、前記オフセット補正値算出手段により算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記オフセット補正値算出手段により算出されるオフセット補正値が所定値以上の場合、触媒コンバータの劣化診断を中断することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ２センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ２センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、
前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び下流側Ｏ２センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、
重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、
劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップによって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有したことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項６】
前記重み付け補正処理ステップはＯ２センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ２センサ素子温度検出ステップを含み、検出あるいは推定されるＯ２センサ素子温度を基にして上流側Ｏ２センサの信号及び下流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項７】
Ｏ２センサ出力特性のオフセット補正値算出ステップと、前記オフセット補正値算出ステップにおけるオフセット補正値の算出処理が未完了時には、触媒コンバータの劣化診断を中断するステップを有し、
前記重み付け補正処理ステップは、前記オフセット補正値算出ステップにより算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項８】
前記オフセット補正値算出ステップにおいて算出されるオフセット補正値が所定値以上の場合、触媒コンバータの劣化診断を中断することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ２センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ２センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断装置であって、
前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び下流側Ｏ２センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理手段と、
重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算手段と、
劣化診断用パラメータ演算手段で演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段によって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記重み付け補正処理手段はＯ２センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ２センサ素子温度検出手段を含み、検出あるいは推定されるＯ２センサ素子温度を基にして上流側Ｏ２センサの信号及び下流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
Ｏ２センサ出力特性のオフセット補正値算出手段と、前記オフセット補正値算出手段によるオフセット補正値の算出処理が未完了時には触媒コンバータの劣化診断を中断する手段を備え、
前記重み付け補正処理手段は、前記オフセット補正値算出手段により算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記オフセット補正値算出手段により算出されるオフセット補正値が所定値以上の場合、触媒コンバータの劣化診断を中断することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流に設けられた上流側Ｏ２センサと、前記触媒コンバータの下流に設けられた下流側Ｏ２センサと、エンジン回転数と負荷情報を含む内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段からの運転状態情報に応じて基本燃料噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、前記上流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を実行すると共に前記下流側Ｏ２センサの信号に基づいてフィードバック制御を補正するフィードバック制御手段と、このフィードバック制御による制御量に応じて前記基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を有した内燃機関の触媒劣化診断方法であって、
前記運転状態情報に基づいて、予め設定された触媒劣化診断実施領域であると判定すると、前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び下流側Ｏ２センサの出力信号に対して出力レベルに応じた重み付け補正処理をする重み付け補正処理ステップと、
重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号の振幅量と、重み付け補正処理後の前記上流側Ｏ２センサの出力信号及び前記下流側Ｏ２センサの出力信号と所定信号の差の時間積分値の両方もしくは一方を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算される前記振幅量と時間積分値の組み合わせもしくはこれらの内の一方に基づいて、劣化判定用パラメータを演算する劣化診断用パラメータ演算ステップと、
劣化診断用パラメータ演算ステップで演算される劣化診断用パラメータと所定の劣化判定閾値との比較結果に基づいて、前記触媒コンバータの劣化を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップによって前記触媒コンバータが劣化していると判定された際に警報を発生する警告ステップとを有したことを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項６】
前記重み付け補正処理ステップはＯ２センサ素子温度を検出あるいは推定するＯ２センサ素子温度検出ステップを含み、検出あるいは推定されるＯ２センサ素子温度を基にして上流側Ｏ２センサの信号及び下流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項７】
Ｏ２センサ出力特性のオフセット補正値算出ステップと、前記オフセット補正値算出ステップにおけるオフセット補正値の算出処理が未完了時には、触媒コンバータの劣化診断を中断するステップを有し、
前記重み付け補正処理ステップは、前記オフセット補正値算出ステップにより算出されるオフセット補正値を基にして上流側Ｏ２センサの信号の出力レベル判定ゾーンを補正して重み付け補正処理をすることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【請求項８】
前記オフセット補正値算出ステップにおいて算出されるオフセット補正値が所定値以上の場合、触媒コンバータの劣化診断を中断することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の触媒劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２８５２１８（Ｐ２００７−２８５２１８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４５６０（Ｐ２００６−１１４５６０）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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