燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置
【課題】燃料の硫黄濃度を好適に推定可能な燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ上流温度センサおよび下流温度センサにより検出する。上流触媒の検出温度に基づき下流触媒の温度を推定し、この推定温度と、下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。触媒異常診断装置は、空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行し、リーン制御中およびリッチ制御中に上流触媒が吸放出する酸素量を計測する。そして計測された複数の酸素量に基づき上流触媒が正常か異常かを判定する。使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ上流温度センサおよび下流温度センサにより検出する。上流触媒の検出温度に基づき下流触媒の温度を推定し、この推定温度と、下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。触媒異常診断装置は、空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行し、リーン制御中およびリッチ制御中に上流触媒が吸放出する酸素量を計測する。そして計測された複数の酸素量に基づき上流触媒が正常か異常かを判定する。使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に係り、特に、内燃機関の使用燃料の硫黄濃度を推定可能な燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
【０００３】
一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される。
【０００４】
ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【０００５】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００６】
例えば特許文献１に記載の装置では、空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御（アクティブ制御）を行い、排気通路における空燃比又は酸素濃度の変化に基づいて触媒の酸素吸蔵能力を算出する。そして算出された酸素吸蔵能力に基づいて、酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じているか否かを判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５６７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記誤診断を防止するためには、燃料性状、特に燃料の硫黄濃度を推定ないし判定するのが好適である。かかる推定ないし判定を行えば、燃料が高硫黄濃度であると判定したときに必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できるからである。
【０００９】
そこで本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサおよび下流温度センサと、
前記上流温度センサによって検出された前記上流触媒の検出温度に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記下流温度センサによって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、所定時期における前記下流触媒の推定温度と検出温度との差、または所定期間内における前記差の積算値に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００１２】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記差またはその積算値が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定する。
【００１３】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値に応じて前記所定値を可変設定する。
【００１４】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値が高いほど、前記所定値を大きな値に設定する。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、前記上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する制御変更手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１６】
好ましくは、前記アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御が無効回であり、当該無効回については、前記計測手段が計測を行わず、または計測を行っても当該計測値を前記判定手段が判定の基礎とせず、
前記制御変更は、前記使用燃料の硫黄濃度が所定値未満の場合に比べ、前記無効回の数を増加させること、前記無効回における前記リッチ制御の振幅を増加させること、および前記無効回における前記リッチ制御から前記リーン制御への切り替えタイミングを遅らせることの少なくとも一つからなる。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、少なくとも前記計測手段による計測の前に、前記上流触媒の温度を上昇させるための昇温制御を実行する昇温制御手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１８】
好ましくは、前記昇温制御が、前記内燃機関の点火時期を遅角する遅角制御、および前記内燃機関の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御の少なくとも一つからなる。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】上流触媒温度と下流触媒温度の関係を示すグラフである。
【図７】燃料性状判定処理のフローチャートである。
【図８】触媒異常診断処理の第１実施例に係るフローチャートである。
【図９】触媒異常診断処理の第２実施例に係るフローチャートである。
【図１０】制御変更の第１例に係るタイムチャートである。
【図１１】制御変更の第２例に係るタイムチャートである。
【図１２】制御変更の第３例に係るタイムチャートである。
【図１３】触媒異常診断処理の第３実施例に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２４】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２５】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２６】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２７】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００２８】
上流触媒１１の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００２９】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００３０】
さらにＥＣＵ２０には、上流触媒１１及び下流触媒１９の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサ２１および下流温度センサ２２が図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。
【００３１】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の出力に基づきフィードバック制御する。
【００３２】
ここで、異常診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００３３】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００３４】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００３５】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３６】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を検出し、上流触媒１１の異常を診断することとしている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００３７】
本実施形態の触媒異常診断は前述のＣｍａｘ法によるものを基本とする。そして異常診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替える。
【００３８】
また、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００３９】
以下、図３及び図４を用いて、上流触媒１１の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。
【００４０】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００４１】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００４２】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）に切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００４３】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００４４】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。
【００４５】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００４６】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００４７】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００５０】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
【００５１】
ここで分かるように、「酸素吸蔵容量」とは「放出酸素量」と「吸蔵酸素量」を総称する用語である。また「放出酸素量」とはリッチ制御中に触媒１１が放出する酸素量をいい、「吸蔵酸素量」とはリーン制御中に触媒１１が吸蔵する酸素量をいう。
【００５２】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００５３】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値ＯＳＣａｖを算出する。そしてこの平均値ＯＳＣａｖを所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値αより大きいときには触媒１１を正常と判定し、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値α以下のときには触媒１１を異常と判定する。なお触媒を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００５４】
次に、本実施形態における燃料性状判定、具体的には燃料の硫黄濃度の推定について説明する。ここで、予め使用が予定されている硫黄濃度が低い燃料、即ち硫黄濃度が所定値未満の燃料を低Ｓ燃料という。また硫黄濃度が高い燃料、即ち硫黄濃度が当該所定値以上の燃料を高Ｓ燃料という。
【００５５】
一般に、触媒温度が低いほど触媒への硫黄影響は増加する。すなわち、燃料の硫黄濃度が一定であっても、触媒温度が低いほど触媒のＳ被毒度合いは大きくなり、また触媒の硫黄蓄積量は増加する。
【００５６】
また、上流触媒１１と下流触媒１９を比較した場合、下流触媒１９の方がより低温の排気ガスが供給されるので、より低温となる傾向がある。
【００５７】
従って、燃料の硫黄濃度が一定の場合、上流触媒１１の温度と下流触媒１９の温度との間には一定の相関関係がある。これを図示したのが図６である。
【００５８】
図６において、菱形および実線は低Ｓ燃料使用時のデータであり、四角および破線は高Ｓ燃料使用時のデータである。まず、燃料の硫黄濃度に拘わらず、下流触媒温度Ｔ２は常に上流触媒温度Ｔ１よりも低い。そして燃料の硫黄濃度が一定の場合、すなわち低Ｓ燃料使用時と高Ｓ燃料使用時のいずれにおいても、下流触媒温度Ｔ２は上流触媒温度Ｔ１に対し比例関係にある。
【００５９】
さらに、上流触媒温度Ｔ１が一定の場合、高Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２は低Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２よりも低い。この理由は、上流触媒１１よりも低温な下流触媒１９において、高Ｓ燃料による硫黄影響が大きくなり、Ｓ被毒度合いが大きくなり、触媒の反応熱が少なくなるからである。
【００６０】
そこで本実施形態では、この特性を利用して燃料の硫黄濃度をＥＣＵ２０により推定する。すなわち、図示の如き低Ｓ燃料使用時の上流触媒温度と下流触媒温度の関係を予めマップ（関数でもよい。以下同様）の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、上流温度センサ２１によって検出された実際の上流触媒温度（上流触媒検出温度という）Ｔ１ａに対応した下流触媒温度を、当該マップから推定する。この下流触媒温度の推定値（下流触媒推定温度という）Ｔ２ｂは、図６の実線上の値となる。次いで下流触媒推定温度Ｔ２ｂと、下流温度センサ２２によって検出された実際の下流触媒温度（下流触媒検出温度という）Ｔ２ａとに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００６１】
具体的には、所定時期ないし所定の演算時期における下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２＝｜Ｔ２ｂ−Ｔ２ａ｜、またはその所定期間内ないし複数演算周期間内における積算値ΣΔＴ２が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上である、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料であると推定する。他方、差ΔＴ２またはその積算値ΣΔＴ２が所定値未満のときには、使用燃料の硫黄濃度が所定値未満である、すなわち使用燃料が低Ｓ燃料であると推定する。
【００６２】
低Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が小さい筈なので、この場合には使用燃料を低Ｓ燃料と推定できる。しかしながら、高Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が大きくなる。よってこの場合には使用燃料を高Ｓ燃料と推定する。
【００６３】
この推定方法には次の利点がある。まず、使用燃料の硫黄濃度を硫黄濃度センサにより検出する場合に比べ、二つの温度センサ２１，２２が比較的安価なため、装置構成を比較的低廉に抑えられるという利点がある。
【００６４】
次に、上流触媒１１および下流触媒１９の一方のみの検出温度低下量に基づき燃料の硫黄濃度を推定することが考えられるが、これだと、触媒劣化に起因する温度低下なのか、あるいは硫黄影響に起因する温度低下なのかを区別することができない。しかし、本実施形態の推定方法によれば、上流触媒１１および下流触媒１９の両方の検出温度ないし情報を利用する。特に上流触媒検出温度Ｔ１に基づき推定された下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２を利用する。よって、触媒劣化原因を排除し、硫黄影響原因のみに基づいて硫黄濃度を推定できる。従って好適でしかも高精度な方法により燃料の硫黄濃度を推定することが可能である。
【００６５】
ここで好ましくは、ＥＣＵ２０は、差ΔＴ２または積算値ΣΔＴ２の比較対象である所定値を、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値に応じて可変設定する。具体的には、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値が高いほど、所定値を大きな値に設定する。この設定は予め定めたマップを利用して行うことができる。
【００６６】
図６から理解されるように、下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２は、高Ｓ燃料使用時においては、上流触媒温度Ｔ１が高くなるほど大きくなる傾向がある。よってこの傾向に合わせて、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値が高いほど、所定値を大きくすることにより、図６の特性をより反映し、推定精度を一層向上することが可能となる。
【００６７】
なお、ここでの例では硫黄濃度を高低の二段階で推定したが、差ΔＴ２またはその積算値ΣΔＴ２に応じて硫黄濃度を無段階で推定してもよい。また差ΔＴ２に代わって、下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの比Ｒ＝Ｔ２ｂ／Ｔ２ａを用いてもよい。この場合比Ｒが大きいほど高い硫黄濃度を推定することになる。
【００６８】
ところで、使用燃料が高Ｓ燃料であることを推定した場合、硫黄影響を考慮して触媒の異常診断を実施するのが好ましい。そこで以下にはそのような異常診断の好適例を示す。
【００６９】
まず図７には、異常診断処理の前提として行われる燃料性状判定処理のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７０】
まずステップＳ１０１において、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフからオンになったか否か、すなわち今回がＩＧオンのタイミングであるか否かが判断される。
ＩＧオンのタイミングである場合、ステップＳ１０２で高Ｓ燃料フラグ（詳しくは後述）がオンされ、ステップＳ１０３に進む。他方、ＩＧオンのタイミングでない場合、ステップＳ１０２をスキップしてステップＳ１０３に進む。すなわち、ＩＧオンのタイミングとなる初回だけ、高Ｓ燃料フラグがオンされる。
【００７１】
ステップＳ１０３では、燃料性状判定処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（１）エンジンが暖機状態にあり、（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にあり、（３）フューエルカットが実行中でなく、（４）フューエルカットからの復帰後所定時間（例えば５秒）以上経過している場合には、前提条件が成立する。条件（１）の成否は図示しない水温センサの検出値に基づき判断され、例えば当該検出値が７５℃以上だと条件成立となる。条件（２）の成否は上流触媒検出温度Ｔ１ａと下流触媒検出温度Ｔ２ａに基づき判断される。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【００７２】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０４に進む。
【００７３】
ステップＳ１０４では、今回の下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が算出されると共に、この差ΔＴ２が積算される。
【００７４】
次いでステップＳ１０５では、積算回数が所定値Ｎ以上であるか否か、すなわち積算回数が所定値Ｎに達したか否かが判断される。所定値Ｎは比較的大きな正の値である。積算回数が所定値Ｎに達していない場合には処理が終了され、他方、積算回数が所定値Ｎに達した場合にはステップＳ１０６に進む。
【００７５】
ステップＳ１０６では、差ΔＴ２の積算値ΣΔＴ２が所定値すなわち所定の高Ｓ判定値βと比較される。
【００７６】
積算値ΣΔＴ２が高Ｓ判定値βより小さい場合、ステップＳ１０７に進んで高Ｓ燃料フラグがオフされると共に、積算値ΣΔＴ２がクリアされ、処理が終了される。
【００７７】
他方、積算値ΣΔＴ２が高Ｓ判定値β以上の場合、ステップＳ１０８に進んで高Ｓ燃料フラグがオンされると共に、積算値ΣΔＴ２がクリアされ、処理が終了される。
【００７８】
これから分かるように、高Ｓ燃料フラグは、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定されたときにオンされ、使用燃料が高Ｓ燃料でない（低Ｓ燃料である）と推定されたときにオフされるフラグである。ステップＳ１０２においては、便宜上、ＩＧオンのタイミングで高Ｓ燃料フラグをオンしている。この理由は、使用燃料が高Ｓ燃料か低Ｓ燃料か不明な状態のとき、低Ｓ燃料を前提として異常診断が通常通り実行されてしまうのを防止するためである。
【００７９】
次に、図８を参照しつつ、触媒異常診断処理の第１実施例を説明する。図示するルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００８０】
まずステップＳ２０１では、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（１）エンジンが暖機状態にあり、（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にあり、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性状態にあり、（４）エンジンが定常運転状態にあり、（５）高Ｓ燃料フラグがオフの場合には、前提条件が成立する。条件（３）の成否は、触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子インピーダンスに基づく素子温度の検出値に基づき判断される。条件（４）の成否は、例えば吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転速度Ｎｅの所定期間内における変動幅が所定範囲内に収まっているか否かによって判断される。なお吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５により検出され、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ１４の出力から計算される。条件（５）は、図７の燃料性状判定処理の結果に基づく。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【００８１】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ２０２に進む。
【００８２】
ステップＳ２０２では、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が計測される。すなわちリッチ制御とリーン制御が交互に複数回ずつ行われ、リッチ制御時には放出酸素量の値が、リーン制御時には吸蔵酸素量の値が計測される。
【００８３】
ステップＳ２０３では、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が完了したか否かが判断される。すなわち本実施形態では複数である所定数の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値を計測するようにしており、この所定数の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値を計測し終えたならば計測が完了する。
【００８４】
ステップＳ２０４では、所定数の酸素吸蔵容量計測値の平均値ＯＳＣａｖが算出され、この平均値ＯＳＣａｖが所定の異常判定値αと比較される。
【００８５】
平均値ＯＳＣａｖが異常判定値αより大きい場合には、ステップＳ２０５に進んで上流触媒１１が正常と判定され、処理が終了される。
【００８６】
他方、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値α以下の場合には、ステップＳ２０６に進んで上流触媒１１が異常と判定され、処理が終了される。
【００８７】
ところでこの第１実施例においては、ステップＳ２０１の前提条件に（５）高Ｓ燃料フラグがオフであるという条件が含まれている。つまり、使用燃料が低Ｓ燃料と推定された場合のみステップＳ２０２以降の実質的な診断処理が実行され、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、直ちに処理が終了され、ステップＳ２０２以降の実質的な診断処理は実行されない。
【００８８】
言い換えれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、診断が禁止される。従って高Ｓ燃料使用時に誤った診断結果が得られるのを防止し、誤診断を未然に且つ確実に防止することができる。特に、本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまうことを防止できる。なお、低Ｓ燃料使用時には通常通り診断を行うことができるので、診断頻度確保との両立も図れる。
【００８９】
次に、図９を参照しつつ、触媒異常診断処理の第２実施例を説明する。図示するルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００９０】
この第２実施例の主な特徴は、使用燃料を高Ｓ燃料と推定した場合、上流触媒１１に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する点にある。
【００９１】
まずステップＳ３０１では、前記ステップＳ２０１と同様、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。但しここでの前提条件は、前記ステップＳ２０１の前提条件と異なり、前記ステップＳ２０１の前提条件から（５）高Ｓ燃料フラグがオフという条件を除いたものとなっている。
【００９２】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ３０２に進む。
【００９３】
ステップＳ３０２では、高Ｓ燃料フラグがオンか否かが判断される。オンであればステップＳ３０３に進んで制御変更が実行され、その後ステップＳ３０４に進む。他方、オフであれば、ステップＳ３０３をスキップしてステップＳ３０４に進む。
【００９４】
ステップＳ３０４〜Ｓ３０８は前記ステップＳ２０２〜Ｓ２０６と同様である。
【００９５】
ここで、制御変更に関する幾つかの例を示す。まず図１０を用いて第１例を説明する。
【００９６】
図１０には、図４に示した如き、アクティブ空燃比制御実行時の目標空燃比Ａ／Ｆｔ、触媒前センサ出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）、および酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を示す。時刻ｔ１がアクティブ空燃比制御の開始時である。
【００９７】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御は無効回（所謂捨て山）とされている。そして当該無効回については、酸素吸蔵容量の計測が行われず、または計測が行われたとしても当該計測値が触媒正異常判定の基礎に用いられない。つまり無効回においては、実質的にアクティブ空燃比制御が実行されているだけである。
【００９８】
図示例において、ＯＳＣ１に対応する１回目はリーン制御が実行され、ＯＳＣ２に対応する２回目はリッチ制御が実行されている（以下同様）。本実施形態において、例えば最初から２回分のリーン制御およびリッチ制御（つまり２回目のリッチ制御まで）が無効回である。図示例ではこれら無効回の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２が計測されているが、これらは計測しなくてもよい。ＯＳＣ３に対応する３回目のリーン制御から酸素吸蔵容量の計測が開始される。この計測は、例えば１０回目のリッチ制御でＯＳＣ１０が計測し終わった時点で終了される（同時にアクティブ空燃比制御も終了）。無効回分を除いた残余の８個の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ３〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）に基づいて酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖが算出される。この例では合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、このうち最初の２回が無効回であり、残余の８回が有効回である。
【００９９】
このように無効回の基準値は２であり、これを基準無効回という。かかる無効回を設ける理由は、アクティブ空燃比制御開始前のエンジン運転状態の相違による触媒状態のばらつきを低減し、触媒状態を安定化させるためである。なお当然ながら、基準無効回の数は任意に定め得る。
【０１００】
基準無効回の数は、ベース燃料としての低Ｓ燃料を前提として設定されている。これに対し、高Ｓ燃料フラグがオン、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときには、無効回の数が基準無効回の数より増加され、例えば４とされる。この増加された無効回を増加無効回という。増加無効回の数も当然ながら任意に定めることが可能である。この場合、残余の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０に基づき酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖが算出されることとなる。
【０１０１】
一般に、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第１例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回の数を増加させるので、低Ｓ燃料使用時に比べ、計測前のリーン制御およびリッチ制御の数を増やすことができる。特にリッチ制御の数を増やすことで、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１０２】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には基準無効回を用いて通常通り診断を行うことができる。
【０１０３】
この第１例において、無効回の増加分だけ計測回数を増加し、低Ｓ燃料使用時と同じ計測値の数を担保するようにしてもよい。例えば無効回が２だけ増加されたら、計測回数も２だけ増加し、低Ｓ燃料使用時と同じ８つの計測値を確保する。
【０１０４】
次に、制御変更の第２例を図１１を用いて説明する。
【０１０５】
図１１は図１０と同様の図である。この第２例において、基準無効回の数は４であり、合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、判定の基礎とされる酸素吸蔵容量計測値はＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）の６回分である。
【０１０６】
この第２例では、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、無効回の数を増加するのではなく、代わり無効回におけるリッチ制御の振幅を増加させる。すなわち、図１１に示すように、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、リッチ制御の振幅が、低Ｓ燃料を前提とした基準値Ａｒから、所定値ΔＡｒだけ増加され、Ａｒ’とされる。Ａｒを基準振幅といい、Ａｒ’を増加振幅といい、ΔＡｒを振幅増加量という。
【０１０７】
例えば、Ａｒ＝０．５、Ａｒ’＝０．８、ΔＡｒ＝０．３である。ストイキＡ／Ｆｓを１４．６とした場合、低Ｓ燃料を前提とした基準時のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒは１４．１、振幅増加時のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ’は１３．８である。但しこれらの値は任意に定め得る。なおリーン制御については変更がない。
【０１０８】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第２例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回におけるリッチ制御の振幅を増加させるので、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１０９】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には無効回においても基準振幅Ａｒを用いて通常通り診断を行うことができる。
【０１１０】
次に、制御変更の第３例を図１２を用いて説明する。
【０１１１】
図１２も図１０と同様の図である。この第３例においても、基準無効回の数は４であり、合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、判定の基礎とされる酸素吸蔵容量計測値はＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）の６回分である。
【０１１２】
この第３例では、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、無効回におけるリッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングが遅らせられる。すなわち、低Ｓ燃料使用時もしくは使用燃料が低Ｓ燃料と推定された場合には、図３および図４に示したように、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達したタイミングで、リッチ制御からリーン制御への切り替えがなされる。しかしながら、図１２に示すように、高Ｓ燃料使用時もしくは使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達したタイミングｔ２，ｔ３よりも所定のディレー時間Δｔｄだけ遅れたタイミングｔ２’，ｔ３’で、リッチ制御からリーン制御への切り替えがなされる。ディレー時間Δｔｄは例えば数秒である。なおリーン制御については変更がない。
【０１１３】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第３例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回におけるリッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングを遅らせる。よって無効回においてより長い時間リッチ制御を行うことができ、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１１４】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には無効回における切り替えタイミングを通常とし、通常通り診断を行うことができる。
【０１１５】
図示例では、無効回におけるリッチ制御の最中に、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達する通常のタイミングで酸素吸蔵容量ＯＳＣ２，ＯＳＣ４の計測を終了させている。しかしながら、無効回における計測値は正異常判定の基礎とされないので、ディレー時間経過後のタイミングｔ２’ ，ｔ３’で計測を終了させてもよい。既に述べたように、無効回における計測を行わなくてもよい。
【０１１６】
上記の第１例〜第３例は適宜組み合わせることも可能である。
【０１１７】
次に、図１３を参照しつつ、触媒異常診断処理の第３実施例を説明する。図示するルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１１８】
この第３実施例の主な特徴は、使用燃料を高Ｓ燃料と推定した場合、少なくとも酸素吸蔵容量の計測前に、上流触媒１１の温度を上昇させるための昇温制御を実行する点にある。
【０１１９】
まずステップＳ４０１では、前記ステップＳ２０１と同様、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。但しここでの前提条件は、前記ステップＳ２０１の前提条件と異なり、前記ステップＳ２０１の前提条件から（５）高Ｓ燃料フラグがオフという条件を除いたものとなっている。
【０１２０】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ４０２に進む。
【０１２１】
ステップＳ４０２では高Ｓ燃料フラグがオンか否かが判断される。オンであればステップＳ４０３に進んで昇温制御が実行され、その後ステップＳ４０４において昇温制御が終了したか否かが判断される。終了していればステップＳ４０５に進み、終了していなければ処理が終了される。他方、ステップＳ４０２において高Ｓ燃料フラグがオフであれば、ステップＳ４０３，Ｓ４０４をスキップしてステップＳ４０５に進む。
【０１２２】
ステップＳ４０５〜Ｓ４０９は前記ステップＳ２０２〜Ｓ２０６と同様である。
【０１２３】
ここで、昇温制御に関する幾つかの例を示す。まず第１例は、エンジン１の点火時期を遅角する遅角制御である。この遅角制御により、エンジン１の点火時期は、低Ｓ燃料を前提とした基準点火時期から所定クランク角だけ遅角される。
【０１２４】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第１例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに点火時期が基準点火時期より遅角させられる。すると燃焼室３内の燃焼が緩慢となり、燃焼室３から排出される排気ガスにＨＣ，ＣＯといった未燃成分がより多く含まれるようになる。この未燃成分が上流触媒１１内で酸化、燃焼されるので、上流触媒１１は昇温される。これにより上流触媒１１の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１２５】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時にはかかる遅角制御を行わず通常通り診断を行うことができる。
【０１２６】
次に、昇温制御の第２例を説明する。この第２例は、エンジン１の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御である。通常、各気筒の空燃比は、目標空燃比（例えばストイキＡ／Ｆｓ）に一致するよう制御されており、またそうなるように各気筒の燃料噴射量が制御されている。一方、インバランス制御が実行されると、全気筒のうち所定の一部気筒（例えば１気筒）の空燃比のみが目標空燃比から外れた所定空燃比に制御され、またそうなるように各気筒の燃料噴射量が制御される。これにより、各気筒の空燃比は強制的にばらつかせられることとなる。
【０１２７】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第２例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに各気筒の空燃比が強制的にばらつかせられる。すると、上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比が１エンジンサイクル間でリーン側およびリッチ側に変化するので、その度に酸化還元反応が行われ、上流触媒１１が活発化し、上流触媒１１が昇温する。これにより上流触媒１１の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１２８】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時にはかかるインバランス制御を行わず通常通り診断を行うことができる。
【０１２９】
本実施例においては図１３に示したように、高Ｓ燃料と推定された場合、アクティブ空燃比制御の開始前に昇温制御を所定時間の間行う。そしてアクティブ空燃比制御開始後、基準数の無効回を経た後、酸素吸蔵容量の計測が実質的に開始される。しかしながら、アクティブ空燃比制御開始後の無効回の最中に昇温制御を行ってもよい。要は、酸素吸蔵容量の実質的な計測開始前に昇温制御が実行されていればよい。
【０１３０】
上記の第１例および第２例は組み合わせることも可能である。また第３実施例を第２実施例と組み合わせることも可能である。具体的には、第３実施例の第１例および第２例の少なくとも一つを、第２実施例の第１例〜第３例の少なくとも一つと組み合わせることが可能である。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。
【０１３２】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ 内燃機関（エンジン）
６ 排気管
１１ 上流触媒
１９ 下流触媒
１２ インジェクタ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ 上流温度センサ
２２ 下流温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に係り、特に、内燃機関の使用燃料の硫黄濃度を推定可能な燃料性状判定装置及びこれを備えた触媒異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関において、その排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒の中には酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有するものがある。この酸素吸蔵能を有する触媒は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも大きくなると、即ちリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりも小さくなると、即ちリッチになると吸蔵した酸素を放出する。例えばガソリンエンジンでは触媒に流入する排気ガスがストイキ近傍となるよう空燃比制御が行われるが、酸素吸蔵能を有する三元触媒を使用すると、運転条件により実際の空燃比がストイキから多少ズレてしまっても、三元触媒の酸素吸蔵・放出作用により、かかる空燃比ズレを吸収することができる。
【０００３】
一方、触媒が劣化すると触媒の浄化率が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。よって、酸素吸蔵能の低下を検出することで触媒の劣化ないし異常を検出することができる。一般的には、空燃比をリッチ及びリーンに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御を行い、触媒の酸素吸蔵容量を計測し、触媒の劣化を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される。
【０００４】
ところで、使用地域等によっては燃料中に硫黄（Ｓ）が比較的高濃度で含まれていることがある。このような高硫黄燃料が給油された場合、排気ガス中の硫黄成分の影響により、触媒が硫黄被毒（Ｓ被毒）することがある。Ｓ被毒が発生すると、触媒の酸素吸放出作用が妨げられて触媒の見掛け上の酸素吸蔵容量が低下する。しかしながら、硫黄濃度の低い燃料が再度給油されたり、高温且つリッチな雰囲気に触媒が曝されたりすると、被毒状態は解消する。
【０００５】
Ｓ被毒による触媒の性能低下は一時的且つ回復可能なものである。よって触媒の異常診断においては、かかるＳ被毒による一時的異常を、本来診断すべき回復不能な恒久的異常（熱劣化）と誤って診断しないようにする必要がある。
【０００６】
例えば特許文献１に記載の装置では、空燃比をリッチ状態とリーン状態との間で変化させる空燃比制御（アクティブ制御）を行い、排気通路における空燃比又は酸素濃度の変化に基づいて触媒の酸素吸蔵能力を算出する。そして算出された酸素吸蔵能力に基づいて、酸素吸蔵能力が一時的に低下する現象が生じているか否かを判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５６７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記誤診断を防止するためには、燃料性状、特に燃料の硫黄濃度を推定ないし判定するのが好適である。かかる推定ないし判定を行えば、燃料が高硫黄濃度であると判定したときに必要な措置を執ることができ、誤診断を未然に防止できるからである。
【０００９】
そこで本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサおよび下流温度センサと、
前記上流温度センサによって検出された前記上流触媒の検出温度に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記下流温度センサによって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、所定時期における前記下流触媒の推定温度と検出温度との差、または所定期間内における前記差の積算値に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００１２】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記差またはその積算値が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定する。
【００１３】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値に応じて前記所定値を可変設定する。
【００１４】
好ましくは、前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値が高いほど、前記所定値を大きな値に設定する。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、前記上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する制御変更手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１６】
好ましくは、前記アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御が無効回であり、当該無効回については、前記計測手段が計測を行わず、または計測を行っても当該計測値を前記判定手段が判定の基礎とせず、
前記制御変更は、前記使用燃料の硫黄濃度が所定値未満の場合に比べ、前記無効回の数を増加させること、前記無効回における前記リッチ制御の振幅を増加させること、および前記無効回における前記リッチ制御から前記リーン制御への切り替えタイミングを遅らせることの少なくとも一つからなる。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、少なくとも前記計測手段による計測の前に、前記上流触媒の温度を上昇させるための昇温制御を実行する昇温制御手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【００１８】
好ましくは、前記昇温制御が、前記内燃機関の点火時期を遅角する遅角制御、および前記内燃機関の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御の少なくとも一つからなる。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、
前記第１の態様の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料の硫黄濃度を好適に推定することができる燃料性状判定装置、及びこれを備えた触媒異常診断装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】触媒の構成を示す概略断面図である。
【図３】アクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】図３と同様のタイムチャートであり、酸素吸蔵容量の計測方法を説明するための図である。
【図５】触媒前センサ及び触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図６】上流触媒温度と下流触媒温度の関係を示すグラフである。
【図７】燃料性状判定処理のフローチャートである。
【図８】触媒異常診断処理の第１実施例に係るフローチャートである。
【図９】触媒異常診断処理の第２実施例に係るフローチャートである。
【図１０】制御変更の第１例に係るタイムチャートである。
【図１１】制御変更の第２例に係るタイムチャートである。
【図１２】制御変更の第３例に係るタイムチャートである。
【図１３】触媒異常診断処理の第３実施例に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関たるエンジン１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態のエンジン１は自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２４】
エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２５】
各気筒の吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気集合通路をなす吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、エンジンに流入する空気量すなわち吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式スロットルバルブ１０とが設けられている。なお吸気ポート、吸気マニホールド、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２６】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタすなわち燃料噴射弁１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストン４で圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２７】
一方、各気筒の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気集合通路をなす排気管６に接続されている。これら排気ポート、排気マニホールド及び排気管６により排気通路が形成される。排気管６には、その上流側と下流側に、酸素吸蔵能を有する三元触媒からなる触媒、即ち上流触媒１１及び下流触媒１９が直列に設けられている。例えば、上流触媒１１は排気マニホールドの直後に配置され、下流触媒１９は車両の床下などに配置される。
【００２８】
上流触媒１１の上流側及び下流側に、それぞれ、酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設けられている。図５に示すように、触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、理論空燃比を境に出力値が急変する特性（Ｚ特性）を持つ。
【００２９】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、インジェクタ１２、スロットルバルブ１０等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００３０】
さらにＥＣＵ２０には、上流触媒１１及び下流触媒１９の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサ２１および下流温度センサ２２が図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。
【００３１】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、これに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆｓ＝１４．６）のときにＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に高効率で浄化する。よってこの特性に合わせて、ＥＣＵ２０は、エンジンの通常運転時、上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキに一致するよう、燃焼室３に供給される混合気の空燃比（具体的にはインジェクタ１２からの燃料噴射量）を触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の出力に基づきフィードバック制御する。
【００３２】
ここで、異常診断の対象となる上流触媒１１についてより詳細に説明する。なお下流触媒１９も上流触媒１１と同様に構成されている。図２に示すように、触媒１１においては、図示しない担体基材の表面上にコート材３１が被覆され、このコート材３１に微粒子状の触媒成分３２が多数分散配置された状態で担持され、触媒１１内部で露出されている。触媒成分３２は主にＰｔ，Ｐｄ等の貴金属からなり、ＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯといった排ガス成分を反応させる際の活性点となる。他方、コート材３１は、排気ガスと触媒成分３２との界面における反応を促進させる助触媒の役割を担うと共に、雰囲気ガスの空燃比に応じて酸素を吸放出可能な酸素吸蔵成分を含む。酸素吸蔵成分は例えば二酸化セリウムＣｅＯ2やジルコニアからなる。なお、「吸蔵」と同義で「吸収」または「吸着」を用いることもある。
【００３３】
例えば、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリーンであると、触媒成分３２の周囲に存在する酸素吸蔵成分が雰囲気ガスから酸素を吸収し、この結果ＮＯｘが還元され、浄化される。他方、触媒内の雰囲気ガスが理論空燃比よりリッチであると、酸素吸蔵成分に吸蔵されていた酸素が放出され、この放出された酸素によりＨＣおよびＣＯが酸化され、浄化される。
【００３４】
この酸素吸放出作用により、通常のストイキ空燃比制御に際して実際の空燃比がストイキに対して多少ばらついたとしても、このばらつきを吸収することができる。
【００３５】
ところで、新品状態の触媒１１では前述したように多数の触媒成分３２が均等に分散配置されており、排気ガスと触媒成分３２との接触確率が高い状態に維持されている。しかしながら、触媒１１が劣化してくると、一部の触媒成分３２に消失が見られるほか、触媒成分３２同士が排気熱で焼き固まって焼結状態になるものがある（図の破線参照）。こうなると排気ガスと触媒成分３２との接触確率が低下し、浄化率を落としめる原因となる。そしてこのほかに、触媒成分３２の周囲に存在するコート材３１の量、即ち酸素吸蔵成分の量が減少し、酸素吸蔵能自体が低下する。
【００３６】
このように、触媒１１の劣化度と触媒１１の酸素吸蔵能低下度との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、特にエミッションへの影響が大きい上流触媒１１の酸素吸蔵能を検出することにより、上流触媒１１の劣化度を検出し、上流触媒１１の異常を診断することとしている。ここで触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００３７】
本実施形態の触媒異常診断は前述のＣｍａｘ法によるものを基本とする。そして異常診断に際しては、ＥＣＵ２０によりアクティブ空燃比制御が実行される。すなわちＥＣＵ２０は、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比、具体的には燃焼室３内の混合気の空燃比を、中心空燃比であるストイキＡ／Ｆｓを境にリッチ及びリーンに交互に且つアクティブに切り替える。
【００３８】
また、アクティブ空燃比制御および診断は、所定の前提条件が満たされているときに限って実行される。この前提条件については後述する。
【００３９】
以下、図３及び図４を用いて、上流触媒１１の酸素吸蔵容量の計測方法を説明する。
【００４０】
図３（Ａ）において、破線は目標空燃比Ａ／Ｆｔ、実線は触媒前センサ１７の出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）を示す。また図３（Ｂ）において、実線は触媒後センサ１８の出力（但しその出力電圧Ｖｒ）を示す。
【００４１】
図示するように、時刻ｔ１より前では、空燃比をリーンに切り替えるリーン制御が実行され、目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）とされ、触媒１１には、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されている。このとき触媒１１は酸素を吸蔵し続けているが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸蔵した時点でそれ以上酸素を吸蔵できなくなる。この結果、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリーン判定値ＶＬ（例えば０．２１Ｖ）に達した時点ｔ１で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ（例えば１４．１）に切り替えられる。これによりリッチ制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリッチガスが供給されるようになる。
【００４２】
リッチガスが供給されると、触媒１１は吸蔵酸素を放出し続ける。やがて触媒１１から吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で触媒１１は酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリッチ側に変化し、出力電圧Ｖｒが所定のリッチ判定値ＶＲ（例えば０．５９Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌ（例えば１５．１）に切り替えられる。これにより再びリーン制御が開始され、目標空燃比Ａ／Ｆｔと等しい空燃比のリーンガスが供給されるようになる。
【００４３】
再び、触媒１１が満杯まで酸素を吸蔵し、触媒後センサ１８の出力電圧Ｖｒがリーン判定値ＶＬに達すると、その時点ｔ３で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられ、リッチ制御が開始される。
【００４４】
こうして、触媒後センサ１８の出力が反転する毎に、リーン制御とリッチ制御とが交互に繰り返し実行される。
【００４５】
このアクティブ空燃比制御の実行中、次の方法で触媒１１の酸素吸蔵容量ＯＳＣが計測される。
【００４６】
触媒１１の有する酸素吸蔵容量が大きいほど、酸素を吸蔵或いは放出し続けることのできる時間が長くなる。つまり、触媒が劣化していない場合は触媒後センサ出力Ｖｒの反転周期（例えばｔ１からｔ２までの時間）が長くなり、触媒の劣化が進むほどその反転周期は短くなる。
【００４７】
そこで、このことを利用して酸素吸蔵容量ＯＳＣが次のようにして計測される。図４に示すように、時刻ｔ１で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替えられた直後、僅かに遅れて実際値としての触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒに切り替わる。そして触媒前空燃比Ａ／ＦｆがストイキＡ／Ｆｓに達した時点ｔ１１から、次に触媒後センサ出力Ｖｒが反転する時点ｔ２まで、次式（１）により、所定の演算周期毎の酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが逐次的に算出され、且つこの酸素吸蔵容量ｄＯＳＣが時刻ｔ１１から時刻ｔ２まで逐次的に積算される。こうして、リッチ制御時における最終積算値としての酸素吸蔵容量ＯＳＣ、すなわち図４にＯＳＣｂで示す放出酸素量が計測される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
Ｑは燃料噴射量であり、空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じるとストイキに対し不足又は過剰分の空気量を算出できる。σは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）を表す定数である。
【００５０】
リーン制御時にも同様に酸素吸蔵容量、すなわち図４にＯＳＣａで示す吸蔵酸素量が計測される。そしてリッチ制御とリーン制御が交互に行われる度に、放出酸素量と吸蔵酸素量が交互に計測される。
【００５１】
ここで分かるように、「酸素吸蔵容量」とは「放出酸素量」と「吸蔵酸素量」を総称する用語である。また「放出酸素量」とはリッチ制御中に触媒１１が放出する酸素量をいい、「吸蔵酸素量」とはリーン制御中に触媒１１が吸蔵する酸素量をいう。
【００５２】
こうして複数ずつの放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値が得られたならば、次の方法により触媒の正異常判定が行われる。
【００５３】
まずＥＣＵ２０は、これら放出酸素量と吸蔵酸素量との計測値の平均値ＯＳＣａｖを算出する。そしてこの平均値ＯＳＣａｖを所定の異常判定値αと比較する。ＥＣＵ２０は、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値αより大きいときには触媒１１を正常と判定し、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値α以下のときには触媒１１を異常と判定する。なお触媒を異常と判定した場合、その事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置（図示せず）を起動させるのが好ましい。
【００５４】
次に、本実施形態における燃料性状判定、具体的には燃料の硫黄濃度の推定について説明する。ここで、予め使用が予定されている硫黄濃度が低い燃料、即ち硫黄濃度が所定値未満の燃料を低Ｓ燃料という。また硫黄濃度が高い燃料、即ち硫黄濃度が当該所定値以上の燃料を高Ｓ燃料という。
【００５５】
一般に、触媒温度が低いほど触媒への硫黄影響は増加する。すなわち、燃料の硫黄濃度が一定であっても、触媒温度が低いほど触媒のＳ被毒度合いは大きくなり、また触媒の硫黄蓄積量は増加する。
【００５６】
また、上流触媒１１と下流触媒１９を比較した場合、下流触媒１９の方がより低温の排気ガスが供給されるので、より低温となる傾向がある。
【００５７】
従って、燃料の硫黄濃度が一定の場合、上流触媒１１の温度と下流触媒１９の温度との間には一定の相関関係がある。これを図示したのが図６である。
【００５８】
図６において、菱形および実線は低Ｓ燃料使用時のデータであり、四角および破線は高Ｓ燃料使用時のデータである。まず、燃料の硫黄濃度に拘わらず、下流触媒温度Ｔ２は常に上流触媒温度Ｔ１よりも低い。そして燃料の硫黄濃度が一定の場合、すなわち低Ｓ燃料使用時と高Ｓ燃料使用時のいずれにおいても、下流触媒温度Ｔ２は上流触媒温度Ｔ１に対し比例関係にある。
【００５９】
さらに、上流触媒温度Ｔ１が一定の場合、高Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２は低Ｓ燃料使用時の下流触媒温度Ｔ２よりも低い。この理由は、上流触媒１１よりも低温な下流触媒１９において、高Ｓ燃料による硫黄影響が大きくなり、Ｓ被毒度合いが大きくなり、触媒の反応熱が少なくなるからである。
【００６０】
そこで本実施形態では、この特性を利用して燃料の硫黄濃度をＥＣＵ２０により推定する。すなわち、図示の如き低Ｓ燃料使用時の上流触媒温度と下流触媒温度の関係を予めマップ（関数でもよい。以下同様）の形でＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、上流温度センサ２１によって検出された実際の上流触媒温度（上流触媒検出温度という）Ｔ１ａに対応した下流触媒温度を、当該マップから推定する。この下流触媒温度の推定値（下流触媒推定温度という）Ｔ２ｂは、図６の実線上の値となる。次いで下流触媒推定温度Ｔ２ｂと、下流温度センサ２２によって検出された実際の下流触媒温度（下流触媒検出温度という）Ｔ２ａとに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する。
【００６１】
具体的には、所定時期ないし所定の演算時期における下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２＝｜Ｔ２ｂ−Ｔ２ａ｜、またはその所定期間内ないし複数演算周期間内における積算値ΣΔＴ２が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上である、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料であると推定する。他方、差ΔＴ２またはその積算値ΣΔＴ２が所定値未満のときには、使用燃料の硫黄濃度が所定値未満である、すなわち使用燃料が低Ｓ燃料であると推定する。
【００６２】
低Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が小さい筈なので、この場合には使用燃料を低Ｓ燃料と推定できる。しかしながら、高Ｓ燃料使用時であれば、低Ｓ燃料を前提とした下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が大きくなる。よってこの場合には使用燃料を高Ｓ燃料と推定する。
【００６３】
この推定方法には次の利点がある。まず、使用燃料の硫黄濃度を硫黄濃度センサにより検出する場合に比べ、二つの温度センサ２１，２２が比較的安価なため、装置構成を比較的低廉に抑えられるという利点がある。
【００６４】
次に、上流触媒１１および下流触媒１９の一方のみの検出温度低下量に基づき燃料の硫黄濃度を推定することが考えられるが、これだと、触媒劣化に起因する温度低下なのか、あるいは硫黄影響に起因する温度低下なのかを区別することができない。しかし、本実施形態の推定方法によれば、上流触媒１１および下流触媒１９の両方の検出温度ないし情報を利用する。特に上流触媒検出温度Ｔ１に基づき推定された下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２を利用する。よって、触媒劣化原因を排除し、硫黄影響原因のみに基づいて硫黄濃度を推定できる。従って好適でしかも高精度な方法により燃料の硫黄濃度を推定することが可能である。
【００６５】
ここで好ましくは、ＥＣＵ２０は、差ΔＴ２または積算値ΣΔＴ２の比較対象である所定値を、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値に応じて可変設定する。具体的には、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値が高いほど、所定値を大きな値に設定する。この設定は予め定めたマップを利用して行うことができる。
【００６６】
図６から理解されるように、下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａとの差ΔＴ２は、高Ｓ燃料使用時においては、上流触媒温度Ｔ１が高くなるほど大きくなる傾向がある。よってこの傾向に合わせて、所定時期の上流触媒検出温度Ｔ１または所定期間内の上流触媒検出温度Ｔ１の平均値もしくは積算値が高いほど、所定値を大きくすることにより、図６の特性をより反映し、推定精度を一層向上することが可能となる。
【００６７】
なお、ここでの例では硫黄濃度を高低の二段階で推定したが、差ΔＴ２またはその積算値ΣΔＴ２に応じて硫黄濃度を無段階で推定してもよい。また差ΔＴ２に代わって、下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの比Ｒ＝Ｔ２ｂ／Ｔ２ａを用いてもよい。この場合比Ｒが大きいほど高い硫黄濃度を推定することになる。
【００６８】
ところで、使用燃料が高Ｓ燃料であることを推定した場合、硫黄影響を考慮して触媒の異常診断を実施するのが好ましい。そこで以下にはそのような異常診断の好適例を示す。
【００６９】
まず図７には、異常診断処理の前提として行われる燃料性状判定処理のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７０】
まずステップＳ１０１において、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフからオンになったか否か、すなわち今回がＩＧオンのタイミングであるか否かが判断される。
ＩＧオンのタイミングである場合、ステップＳ１０２で高Ｓ燃料フラグ（詳しくは後述）がオンされ、ステップＳ１０３に進む。他方、ＩＧオンのタイミングでない場合、ステップＳ１０２をスキップしてステップＳ１０３に進む。すなわち、ＩＧオンのタイミングとなる初回だけ、高Ｓ燃料フラグがオンされる。
【００７１】
ステップＳ１０３では、燃料性状判定処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（１）エンジンが暖機状態にあり、（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にあり、（３）フューエルカットが実行中でなく、（４）フューエルカットからの復帰後所定時間（例えば５秒）以上経過している場合には、前提条件が成立する。条件（１）の成否は図示しない水温センサの検出値に基づき判断され、例えば当該検出値が７５℃以上だと条件成立となる。条件（２）の成否は上流触媒検出温度Ｔ１ａと下流触媒検出温度Ｔ２ａに基づき判断される。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【００７２】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ１０４に進む。
【００７３】
ステップＳ１０４では、今回の下流触媒推定温度Ｔ２ｂと下流触媒検出温度Ｔ２ａの差ΔＴ２が算出されると共に、この差ΔＴ２が積算される。
【００７４】
次いでステップＳ１０５では、積算回数が所定値Ｎ以上であるか否か、すなわち積算回数が所定値Ｎに達したか否かが判断される。所定値Ｎは比較的大きな正の値である。積算回数が所定値Ｎに達していない場合には処理が終了され、他方、積算回数が所定値Ｎに達した場合にはステップＳ１０６に進む。
【００７５】
ステップＳ１０６では、差ΔＴ２の積算値ΣΔＴ２が所定値すなわち所定の高Ｓ判定値βと比較される。
【００７６】
積算値ΣΔＴ２が高Ｓ判定値βより小さい場合、ステップＳ１０７に進んで高Ｓ燃料フラグがオフされると共に、積算値ΣΔＴ２がクリアされ、処理が終了される。
【００７７】
他方、積算値ΣΔＴ２が高Ｓ判定値β以上の場合、ステップＳ１０８に進んで高Ｓ燃料フラグがオンされると共に、積算値ΣΔＴ２がクリアされ、処理が終了される。
【００７８】
これから分かるように、高Ｓ燃料フラグは、使用燃料が高Ｓ燃料であると推定されたときにオンされ、使用燃料が高Ｓ燃料でない（低Ｓ燃料である）と推定されたときにオフされるフラグである。ステップＳ１０２においては、便宜上、ＩＧオンのタイミングで高Ｓ燃料フラグをオンしている。この理由は、使用燃料が高Ｓ燃料か低Ｓ燃料か不明な状態のとき、低Ｓ燃料を前提として異常診断が通常通り実行されてしまうのを防止するためである。
【００７９】
次に、図８を参照しつつ、触媒異常診断処理の第１実施例を説明する。図示するルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００８０】
まずステップＳ２０１では、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（１）エンジンが暖機状態にあり、（２）上流触媒１１および下流触媒１９が暖機状態にあり、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性状態にあり、（４）エンジンが定常運転状態にあり、（５）高Ｓ燃料フラグがオフの場合には、前提条件が成立する。条件（３）の成否は、触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子インピーダンスに基づく素子温度の検出値に基づき判断される。条件（４）の成否は、例えば吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転速度Ｎｅの所定期間内における変動幅が所定範囲内に収まっているか否かによって判断される。なお吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５により検出され、エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ１４の出力から計算される。条件（５）は、図７の燃料性状判定処理の結果に基づく。なお前提条件についてはこれ以外の例も可能である。
【００８１】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ２０２に進む。
【００８２】
ステップＳ２０２では、アクティブ空燃比制御が実行されると共に、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値が計測される。すなわちリッチ制御とリーン制御が交互に複数回ずつ行われ、リッチ制御時には放出酸素量の値が、リーン制御時には吸蔵酸素量の値が計測される。
【００８３】
ステップＳ２０３では、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測が完了したか否かが判断される。すなわち本実施形態では複数である所定数の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値を計測するようにしており、この所定数の酸素吸蔵容量ＯＳＣの値を計測し終えたならば計測が完了する。
【００８４】
ステップＳ２０４では、所定数の酸素吸蔵容量計測値の平均値ＯＳＣａｖが算出され、この平均値ＯＳＣａｖが所定の異常判定値αと比較される。
【００８５】
平均値ＯＳＣａｖが異常判定値αより大きい場合には、ステップＳ２０５に進んで上流触媒１１が正常と判定され、処理が終了される。
【００８６】
他方、平均値ＯＳＣａｖが異常判定値α以下の場合には、ステップＳ２０６に進んで上流触媒１１が異常と判定され、処理が終了される。
【００８７】
ところでこの第１実施例においては、ステップＳ２０１の前提条件に（５）高Ｓ燃料フラグがオフであるという条件が含まれている。つまり、使用燃料が低Ｓ燃料と推定された場合のみステップＳ２０２以降の実質的な診断処理が実行され、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、直ちに処理が終了され、ステップＳ２０２以降の実質的な診断処理は実行されない。
【００８８】
言い換えれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、診断が禁止される。従って高Ｓ燃料使用時に誤った診断結果が得られるのを防止し、誤診断を未然に且つ確実に防止することができる。特に、本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまうことを防止できる。なお、低Ｓ燃料使用時には通常通り診断を行うことができるので、診断頻度確保との両立も図れる。
【００８９】
次に、図９を参照しつつ、触媒異常診断処理の第２実施例を説明する。図示するルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００９０】
この第２実施例の主な特徴は、使用燃料を高Ｓ燃料と推定した場合、上流触媒１１に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する点にある。
【００９１】
まずステップＳ３０１では、前記ステップＳ２０１と同様、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。但しここでの前提条件は、前記ステップＳ２０１の前提条件と異なり、前記ステップＳ２０１の前提条件から（５）高Ｓ燃料フラグがオフという条件を除いたものとなっている。
【００９２】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ３０２に進む。
【００９３】
ステップＳ３０２では、高Ｓ燃料フラグがオンか否かが判断される。オンであればステップＳ３０３に進んで制御変更が実行され、その後ステップＳ３０４に進む。他方、オフであれば、ステップＳ３０３をスキップしてステップＳ３０４に進む。
【００９４】
ステップＳ３０４〜Ｓ３０８は前記ステップＳ２０２〜Ｓ２０６と同様である。
【００９５】
ここで、制御変更に関する幾つかの例を示す。まず図１０を用いて第１例を説明する。
【００９６】
図１０には、図４に示した如き、アクティブ空燃比制御実行時の目標空燃比Ａ／Ｆｔ、触媒前センサ出力（但し触媒前空燃比Ａ／Ｆｆへの換算値）、および酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を示す。時刻ｔ１がアクティブ空燃比制御の開始時である。
【００９７】
本実施形態では、アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御は無効回（所謂捨て山）とされている。そして当該無効回については、酸素吸蔵容量の計測が行われず、または計測が行われたとしても当該計測値が触媒正異常判定の基礎に用いられない。つまり無効回においては、実質的にアクティブ空燃比制御が実行されているだけである。
【００９８】
図示例において、ＯＳＣ１に対応する１回目はリーン制御が実行され、ＯＳＣ２に対応する２回目はリッチ制御が実行されている（以下同様）。本実施形態において、例えば最初から２回分のリーン制御およびリッチ制御（つまり２回目のリッチ制御まで）が無効回である。図示例ではこれら無効回の酸素吸蔵容量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２が計測されているが、これらは計測しなくてもよい。ＯＳＣ３に対応する３回目のリーン制御から酸素吸蔵容量の計測が開始される。この計測は、例えば１０回目のリッチ制御でＯＳＣ１０が計測し終わった時点で終了される（同時にアクティブ空燃比制御も終了）。無効回分を除いた残余の８個の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ３〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）に基づいて酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖが算出される。この例では合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、このうち最初の２回が無効回であり、残余の８回が有効回である。
【００９９】
このように無効回の基準値は２であり、これを基準無効回という。かかる無効回を設ける理由は、アクティブ空燃比制御開始前のエンジン運転状態の相違による触媒状態のばらつきを低減し、触媒状態を安定化させるためである。なお当然ながら、基準無効回の数は任意に定め得る。
【０１００】
基準無効回の数は、ベース燃料としての低Ｓ燃料を前提として設定されている。これに対し、高Ｓ燃料フラグがオン、すなわち使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときには、無効回の数が基準無効回の数より増加され、例えば４とされる。この増加された無効回を増加無効回という。増加無効回の数も当然ながら任意に定めることが可能である。この場合、残余の酸素吸蔵容量計測値ＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０に基づき酸素吸蔵容量平均値ＯＳＣａｖが算出されることとなる。
【０１０１】
一般に、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第１例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回の数を増加させるので、低Ｓ燃料使用時に比べ、計測前のリーン制御およびリッチ制御の数を増やすことができる。特にリッチ制御の数を増やすことで、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１０２】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には基準無効回を用いて通常通り診断を行うことができる。
【０１０３】
この第１例において、無効回の増加分だけ計測回数を増加し、低Ｓ燃料使用時と同じ計測値の数を担保するようにしてもよい。例えば無効回が２だけ増加されたら、計測回数も２だけ増加し、低Ｓ燃料使用時と同じ８つの計測値を確保する。
【０１０４】
次に、制御変更の第２例を図１１を用いて説明する。
【０１０５】
図１１は図１０と同様の図である。この第２例において、基準無効回の数は４であり、合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、判定の基礎とされる酸素吸蔵容量計測値はＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）の６回分である。
【０１０６】
この第２例では、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、無効回の数を増加するのではなく、代わり無効回におけるリッチ制御の振幅を増加させる。すなわち、図１１に示すように、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、リッチ制御の振幅が、低Ｓ燃料を前提とした基準値Ａｒから、所定値ΔＡｒだけ増加され、Ａｒ’とされる。Ａｒを基準振幅といい、Ａｒ’を増加振幅といい、ΔＡｒを振幅増加量という。
【０１０７】
例えば、Ａｒ＝０．５、Ａｒ’＝０．８、ΔＡｒ＝０．３である。ストイキＡ／Ｆｓを１４．６とした場合、低Ｓ燃料を前提とした基準時のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒは１４．１、振幅増加時のリッチ空燃比Ａ／Ｆｒ’は１３．８である。但しこれらの値は任意に定め得る。なおリーン制御については変更がない。
【０１０８】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第２例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回におけるリッチ制御の振幅を増加させるので、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１０９】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には無効回においても基準振幅Ａｒを用いて通常通り診断を行うことができる。
【０１１０】
次に、制御変更の第３例を図１２を用いて説明する。
【０１１１】
図１２も図１０と同様の図である。この第３例においても、基準無効回の数は４であり、合計で１０回のリーン制御およびリッチ制御が実行され、判定の基礎とされる酸素吸蔵容量計測値はＯＳＣ５〜ＯＳＣ１０（ＯＳＣ８まで図示）の６回分である。
【０１１２】
この第３例では、使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合、無効回におけるリッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングが遅らせられる。すなわち、低Ｓ燃料使用時もしくは使用燃料が低Ｓ燃料と推定された場合には、図３および図４に示したように、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達したタイミングで、リッチ制御からリーン制御への切り替えがなされる。しかしながら、図１２に示すように、高Ｓ燃料使用時もしくは使用燃料が高Ｓ燃料と推定された場合には、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達したタイミングｔ２，ｔ３よりも所定のディレー時間Δｔｄだけ遅れたタイミングｔ２’，ｔ３’で、リッチ制御からリーン制御への切り替えがなされる。ディレー時間Δｔｄは例えば数秒である。なおリーン制御については変更がない。
【０１１３】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第３例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに無効回におけるリッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングを遅らせる。よって無効回においてより長い時間リッチ制御を行うことができ、無効回を実施する間に触媒の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１１４】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時には無効回における切り替えタイミングを通常とし、通常通り診断を行うことができる。
【０１１５】
図示例では、無効回におけるリッチ制御の最中に、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達する通常のタイミングで酸素吸蔵容量ＯＳＣ２，ＯＳＣ４の計測を終了させている。しかしながら、無効回における計測値は正異常判定の基礎とされないので、ディレー時間経過後のタイミングｔ２’ ，ｔ３’で計測を終了させてもよい。既に述べたように、無効回における計測を行わなくてもよい。
【０１１６】
上記の第１例〜第３例は適宜組み合わせることも可能である。
【０１１７】
次に、図１３を参照しつつ、触媒異常診断処理の第３実施例を説明する。図示するルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【０１１８】
この第３実施例の主な特徴は、使用燃料を高Ｓ燃料と推定した場合、少なくとも酸素吸蔵容量の計測前に、上流触媒１１の温度を上昇させるための昇温制御を実行する点にある。
【０１１９】
まずステップＳ４０１では、前記ステップＳ２０１と同様、触媒異常診断処理をするのに適した前提条件が成立しているか否かが判断される。但しここでの前提条件は、前記ステップＳ２０１の前提条件と異なり、前記ステップＳ２０１の前提条件から（５）高Ｓ燃料フラグがオフという条件を除いたものとなっている。
【０１２０】
前提条件が成立していない場合には処理が終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ４０２に進む。
【０１２１】
ステップＳ４０２では高Ｓ燃料フラグがオンか否かが判断される。オンであればステップＳ４０３に進んで昇温制御が実行され、その後ステップＳ４０４において昇温制御が終了したか否かが判断される。終了していればステップＳ４０５に進み、終了していなければ処理が終了される。他方、ステップＳ４０２において高Ｓ燃料フラグがオフであれば、ステップＳ４０３，Ｓ４０４をスキップしてステップＳ４０５に進む。
【０１２２】
ステップＳ４０５〜Ｓ４０９は前記ステップＳ２０２〜Ｓ２０６と同様である。
【０１２３】
ここで、昇温制御に関する幾つかの例を示す。まず第１例は、エンジン１の点火時期を遅角する遅角制御である。この遅角制御により、エンジン１の点火時期は、低Ｓ燃料を前提とした基準点火時期から所定クランク角だけ遅角される。
【０１２４】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第１例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに点火時期が基準点火時期より遅角させられる。すると燃焼室３内の燃焼が緩慢となり、燃焼室３から排出される排気ガスにＨＣ，ＣＯといった未燃成分がより多く含まれるようになる。この未燃成分が上流触媒１１内で酸化、燃焼されるので、上流触媒１１は昇温される。これにより上流触媒１１の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１２５】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時にはかかる遅角制御を行わず通常通り診断を行うことができる。
【０１２６】
次に、昇温制御の第２例を説明する。この第２例は、エンジン１の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御である。通常、各気筒の空燃比は、目標空燃比（例えばストイキＡ／Ｆｓ）に一致するよう制御されており、またそうなるように各気筒の燃料噴射量が制御されている。一方、インバランス制御が実行されると、全気筒のうち所定の一部気筒（例えば１気筒）の空燃比のみが目標空燃比から外れた所定空燃比に制御され、またそうなるように各気筒の燃料噴射量が制御される。これにより、各気筒の空燃比は強制的にばらつかせられることとなる。
【０１２７】
前述したように、触媒の硫黄被毒は、触媒が高温であるほど、また触媒雰囲気がリッチであるほど、解消する傾向にある。この第２例によれば、使用燃料が高Ｓ燃料と推定されたときに各気筒の空燃比が強制的にばらつかせられる。すると、上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比が１エンジンサイクル間でリーン側およびリッチ側に変化するので、その度に酸化還元反応が行われ、上流触媒１１が活発化し、上流触媒１１が昇温する。これにより上流触媒１１の硫黄被毒を解消し、その上で計測を開始することができる。
【０１２８】
よって結果的に触媒に対する硫黄影響を低減し、誤差の少ない計測値を得て、精度の良い診断を実行することが可能である。そして本来異常でない触媒を誤って異常と診断してしまう誤診断を未然に防止することができる。なお、低Ｓ燃料使用時にはかかるインバランス制御を行わず通常通り診断を行うことができる。
【０１２９】
本実施例においては図１３に示したように、高Ｓ燃料と推定された場合、アクティブ空燃比制御の開始前に昇温制御を所定時間の間行う。そしてアクティブ空燃比制御開始後、基準数の無効回を経た後、酸素吸蔵容量の計測が実質的に開始される。しかしながら、アクティブ空燃比制御開始後の無効回の最中に昇温制御を行ってもよい。要は、酸素吸蔵容量の実質的な計測開始前に昇温制御が実行されていればよい。
【０１３０】
上記の第１例および第２例は組み合わせることも可能である。また第３実施例を第２実施例と組み合わせることも可能である。具体的には、第３実施例の第１例および第２例の少なくとも一つを、第２実施例の第１例〜第３例の少なくとも一つと組み合わせることが可能である。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよいし、直噴式等であってもよい。
【０１３２】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ 内燃機関（エンジン）
６ 排気管
１１ 上流触媒
１９ 下流触媒
１２ インジェクタ
１７ 触媒前センサ
１８ 触媒後センサ
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ 上流温度センサ
２２ 下流温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサおよび下流温度センサと、
前記上流温度センサによって検出された前記上流触媒の検出温度に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記下流温度センサによって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記硫黄濃度推定手段は、所定時期における前記下流触媒の推定温度と検出温度との差、または所定期間内における前記差の積算値に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記硫黄濃度推定手段は、前記差またはその積算値が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値に応じて前記所定値を可変設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値が高いほど、前記所定値を大きな値に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、前記上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する制御変更手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御が無効回であり、当該無効回については、前記計測手段が計測を行わず、または計測を行っても当該計測値を前記判定手段が判定の基礎とせず、
前記制御変更は、前記使用燃料の硫黄濃度が所定値未満の場合に比べ、前記無効回の数を増加させること、前記無効回における前記リッチ制御の振幅を増加させること、および前記無効回における前記リッチ制御から前記リーン制御への切り替えタイミングを遅らせることの少なくとも一つからなる
ことを特徴とする請求項６に記載の触媒異常診断装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、少なくとも前記計測手段による計測の前に、前記上流触媒の温度を上昇させるための昇温制御を実行する昇温制御手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項９】
前記昇温制御が、前記内燃機関の点火時期を遅角する遅角制御、および前記内燃機関の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御の少なくとも一つからなる
ことを特徴とする請求項８に記載の触媒異常診断装置。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた上流触媒および下流触媒と、
これら上流触媒および下流触媒の温度をそれぞれ検出するための上流温度センサおよび下流温度センサと、
前記上流温度センサによって検出された前記上流触媒の検出温度に基づき前記下流触媒の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段によって推定された前記下流触媒の推定温度と、前記下流温度センサによって検出された前記下流触媒の検出温度とに基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記硫黄濃度推定手段は、所定時期における前記下流触媒の推定温度と検出温度との差、または所定期間内における前記差の積算値に基づき、使用燃料の硫黄濃度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記硫黄濃度推定手段は、前記差またはその積算値が所定値以上のとき、使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値に応じて前記所定値を可変設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記硫黄濃度推定手段は、前記上流触媒の検出温度の前記所定時期における値または前記所定期間内における平均値もしくは積算値が高いほど、前記所定値を大きな値に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料性状判定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、前記上流触媒に対する硫黄影響を低減するための制御変更を実行する制御変更手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記アクティブ空燃比制御のうち、その開始から所定回数分のリーン制御またはリッチ制御が無効回であり、当該無効回については、前記計測手段が計測を行わず、または計測を行っても当該計測値を前記判定手段が判定の基礎とせず、
前記制御変更は、前記使用燃料の硫黄濃度が所定値未満の場合に比べ、前記無効回の数を増加させること、前記無効回における前記リッチ制御の振幅を増加させること、および前記無効回における前記リッチ制御から前記リーン制御への切り替えタイミングを遅らせることの少なくとも一つからなる
ことを特徴とする請求項６に記載の触媒異常診断装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記上流触媒の上流側の空燃比をリーンおよびリッチに交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行するアクティブ空燃比制御手段と、
前記空燃比のリーン制御中およびリッチ制御中に前記上流触媒が吸放出する酸素量を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された複数の酸素量に基づき前記上流触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、少なくとも前記計測手段による計測の前に、前記上流触媒の温度を上昇させるための昇温制御を実行する昇温制御手段と、
を備えたことを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項９】
前記昇温制御が、前記内燃機関の点火時期を遅角する遅角制御、および前記内燃機関の各気筒の空燃比を強制的にばらつかせるインバランス制御の少なくとも一つからなる
ことを特徴とする請求項８に記載の触媒異常診断装置。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状判定装置を備えると共に、前記上流触媒が正常か異常かを診断する触媒異常診断装置であって、
前記硫黄濃度推定手段により前記使用燃料の硫黄濃度が所定値以上であると推定されたとき、診断を禁止することを特徴とする触媒異常診断装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１９８０３（Ｐ２０１２−２１９８０３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０１００（Ｐ２０１１−９０１００）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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