触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法
【課題】酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法を提供する。
【解決手段】触媒劣化診断装置（８０）は、内燃機関（１０）の排気通路（３０）に配置された触媒（６０）の劣化を診断する装置であって、触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、アクティブ制御の実行開始時における触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、触媒の酸素吸蔵量が収束するまでアクティブ制御が継続されたときの触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えている。
【解決手段】触媒劣化診断装置（８０）は、内燃機関（１０）の排気通路（３０）に配置された触媒（６０）の劣化を診断する装置であって、触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、アクティブ制御の実行開始時における触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、触媒の酸素吸蔵量が収束するまでアクティブ制御が継続されたときの触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備える内燃機関システムが知られている。この触媒の中には酸素吸蔵能を有するものがある。酸素吸蔵能を有する触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（すなわちリーンになる）と、排気ガスの過剰酸素を吸着保持し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになると吸着保持された酸素を放出する。したがって、酸素吸蔵能を有する触媒を使用することによって、運転条件によって実際の空燃比が理論空燃比から多少振れた場合であっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用によって空燃比のずれを吸収することができる。
【０００３】
しかしながら、酸素吸蔵能を有する触媒が劣化した場合、触媒の浄化能力は低下してしまう。また、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。このような燃料が供給された場合、排気ガスの硫黄成分が触媒に蓄積して、触媒の酸素吸着反応が妨げられる結果、触媒の酸素吸蔵能力が低下するおそれがある。
【０００４】
しかしながら、この硫黄蓄積による触媒の性能低下は、一時的なものであることから、触媒の劣化診断においては、硫黄濃度による影響が排除されることが好ましい。そこで、特許文献１では、触媒の下流側に配置された酸素センサの出力に基づいて、排気ガスの硫黄濃度を推定する内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、触媒上流の空燃比をリーンからリッチへ切替えたときに、触媒下流に配置された酸素センサの出力電圧が規定出力へ到達しない場合に、排気ガスの硫黄濃度が高いと判定する。
【０００５】
なお、本発明に関する他の先行技術文献として、特許文献２が挙げられる。特許文献２では、アクティブ制御、触媒劣化判定等に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４９２５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、酸素センサに個体差がある場合、酸素センサの出力が当初の設計値とずれるおそれがある。また、排気ガスの影響によって酸素センサの出力が当初の設計値とずれるおそれもある。このように酸素センサの出力が当初の設計値とずれた場合、特許文献１に係る技術では、硫黄濃度推定の精度が悪化するおそれがある。
【０００８】
本発明は、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法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】
【０００９】
本発明に係る触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、前記アクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えている。
【００１０】
本発明に係る触媒劣化診断装置によれば、硫黄濃度推定手段が酸素吸蔵量初期値と酸素吸蔵量収束値とを用いて燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することから、触媒下流に設けられた酸素センサの出力がずれた場合であっても、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。すなわち、触媒劣化診断装置によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。
【００１１】
上記構成は、前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と、前記劣化判定手段の判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定手段の推定結果に基づいて補正する補正手段と、を備えていてもよい。この構成によれば、燃料または排気ガスの硫黄濃度が触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。それにより、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【００１２】
本発明に係る触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する方法であって、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定ステップを含んでいる。
【００１３】
本発明に係る触媒劣化診断方法によれば、硫黄濃度推定ステップにおいて酸素吸蔵量初期値と酸素吸蔵量収束値とを用いて燃料または排気ガスの硫黄濃度が推定されることから、触媒下流に設けられた酸素センサの出力がずれた場合であっても、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。すなわち、触媒劣化診断方法によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。
【００１４】
上記方法は、前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定ステップと、前記劣化判定ステップの判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定ステップの推定結果に基づいて補正する補正ステップと、を含んでいてもよい。この方法によれば、燃料または排気ガスの硫黄濃度が触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。それにより、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るＥＣＵ（触媒劣化診断装置）を備える内燃機関システムの構成を示す模式図である。
【図２】触媒のＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量との関係を示す図である。
【図３】アクティブ制御が行われたときの触媒のＯＳＣの変化を示す図である。
【図４】ＥＣＵが劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。
【図５】ＥＣＵが劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係るＥＣＵ８０（触媒劣化診断装置）について説明する。図１は、ＥＣＵ８０を備える内燃機関システム５の構成を示す模式図である。内燃機関システム５は、内燃機関１０、吸気通路２０、排気通路３０、インジェクタ４０、スロットルバルブ５０、第１触媒６０、第２触媒６５、各種検出手段（クランクポジションセンサ７０、スロットルポジションセンサ７１、エアフロメータ７２、アクセルポジションセンサ７３、空燃比センサ７４および酸素センサ７５）およびＥＣＵ８０を備えている。
【００１９】
内燃機関１０は、気筒内にピストン１１を備えている。ピストン１１はコンロッドを介してクランクシャフトに接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランクポジションセンサ７０が配置されている。クランクポジションセンサ７０の出力はＥＣＵ８０に伝えられる。ＥＣＵ８０は、クランクポジションセンサ７０の出力に基づいて、クランク角および内燃機関１０の回転数を取得する。
【００２０】
内燃機関１０の吸気ポートには吸気通路２０が接続されている。内燃機関１０の排気ポートには排気通路３０が接続されている。吸気通路２０の上流には、インジェクタ４０が配置されている。インジェクタ４０は、ＥＣＵ８０に制御されて、燃料を噴射する。噴射された燃料は、吸気と共に内燃機関１０の気筒内に供給される。
【００２１】
吸気通路２０のインジェクタ４０より上流には、内燃機関１０に供給される空気の量を調整するためのスロットルバルブ５０が配置されている。スロットルバルブ５０は、ＥＣＵ８０によって制御される。スロットルバルブ５０の近傍には、スロットルポジションセンサ７１が配置されている。スロットルポジションセンサ７１の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。
【００２２】
吸気通路２０のスロットルバルブ５０より上流には、エアフロメータ７２が配置されている。エアフロメータ７２の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。また、ＥＣＵ８０には、アクセル１００の操作量を検出するためのアクセルポジションセンサ７３の出力が伝えられる。ＥＣＵ８０は、クランクポジションセンサ７０、スロットルポジションセンサ７１、エアフロメータ７２およびアクセルポジションセンサ７３の出力に基づいて、適切なスロットル開度になるようにスロットルバルブ５０を制御する。
【００２３】
排気通路３０の下流には、排気を浄化するための第１触媒６０および第２触媒６５が直列に配置されている。第１触媒６０は第２触媒６５よりも上流に配置されている。第１触媒６０および第２触媒６５として、酸素吸蔵能を有する三元触媒が用いられる。このような三元触媒として、例えば、二酸化セリウム、ジルコニア等の酸素吸蔵成分を含むコート材に、微粒子状の触媒成分（Ｐｔ、Ｐｄ等）が配置されたものを用いることができる。なお、酸素吸蔵能は、第１触媒６０および第２触媒６５が現状で吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵量（ＯＳＣ；Ｏ２ Ｓｔｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００２４】
排気通路３０の第１触媒６０より上流には、空燃比センサ７４が配置されている。排気通路３０の第１触媒６０と第２触媒６５との間には、酸素センサ７５が配置されている。空燃比センサ７４および酸素センサ７５の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。
【００２５】
ここで、第１触媒６０および第２触媒６５は、流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（ストイキ）のときに、排気浄化機能を最も発揮する。そこで、ＥＣＵ８０は、空燃比センサ７４の出力が理論空燃比に一致するように、排気ガスの空燃比を制御する。具体的には、ＥＣＵ８０は、理論空燃比に近い目標空燃比を記憶しておく。ＥＣＵ８０は、空燃比センサ７４の出力が目標空燃比に一致するように、インジェクタ４０から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。それにより、第１触媒６０に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれる。その結果、第１触媒６０の排気浄化性能は、最大に発揮される。
【００２６】
ＥＣＵ８０は、演算部としてのＣＰＵ８１と、記憶部としてのＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３と、を備えるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラム等に基づいてＲＡＭ８３を一時記憶メモリとして使用しながらＣＰＵ８１が動作することによって、スロットルバルブ５０およびインジェクタ４０を制御する制御手段としての機能を有する。
【００２７】
また、ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラム等に基づいてＲＡＭ８３を一時記憶メモリとして使用しながらＣＰＵ８１が動作することによって、第１触媒６０の劣化を診断する触媒劣化診断装置としての機能も有している。
【００２８】
続いて、ＥＣＵ８０による第１触媒６０の劣化診断について説明する。これ以後の説明において、第１触媒６０のことを、「触媒」と略称する。本実施例に係るＥＣＵ８０は、触媒の劣化状態を判定する劣化判定処理を行う。劣化判定処理において、ＥＣＵ８０は、触媒のＯＳＣと基準値とを比較することによって、触媒の劣化状態を判定する。例えば触媒のＯＳＣが基準値より大きい場合、ＥＣＵ８０は、触媒が正常であると判定する。触媒のＯＳＣが基準値以下の場合、ＥＣＵ８０は、触媒が異常である（すなわち、劣化している）と判定する。
【００２９】
しかしながら、触媒の劣化判定は、燃料および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けるおそれがある。図２は、触媒のＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量との関係を示す図である。縦軸はＯＳＣを示し、横軸は触媒の硫黄蓄積量を示している。ライン２００ａは、硫黄濃度が所定値より低い通常燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。ライン２００ｂは、通常燃料より硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。ライン２００ｃは、ライン２００ｂよりも硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。
【００３０】
図２から分るように、ＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量とは、反比例の関係を有している。また、同一の硫黄蓄積量で比較した場合、燃料の硫黄濃度が高いほど、ＯＳＣは小さくなっている。燃料の硫黄濃度が高いほど排気ガスの硫黄濃度も高くなることから、触媒の硫黄蓄積量も多くなる。その結果、燃料の硫黄濃度が高いほど（または排気ガスの硫黄濃度が高いほど）、触媒のＯＳＣは低下するのである。内燃機関１０が長時間アイドリング運転された場合、低負荷で使用された場合等において、硫黄は触媒に蓄積しやすい。特に低温時において、触媒の硫黄蓄積量は多くなる傾向がある。
【００３１】
このように、触媒のＯＳＣは燃料の硫黄濃度および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けることから、触媒の劣化判定も燃料および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けるおそれがある。しかしながら、触媒の硫黄蓄積は、例えば、硫黄濃度の低い燃料が再度給油された場合等に、解消され得る。このように、硫黄被蓄積による触媒の性能低下（劣化）は一時的なものであることから、触媒の劣化判定においては、硫黄濃度による影響が排除されることが好ましい。
【００３２】
そこで、本実施例に係るＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定処理を行う。ＥＣＵ８０は、この推定結果に基づいて、劣化判定処理で用いられる触媒のＯＳＣを補正する補正処理を行う。ＥＣＵ８０は、補正処理で補正されたＯＳＣを用いて、劣化判定処理を行う。すなわち、ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段としての機能、触媒のＯＳＣを補正する補正手段としての機能および触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段としての機能を有している。
【００３３】
ＥＣＵ８０による硫黄濃度推定処理の概要は、以下のとおりである。まず、ＥＣＵ８０は、触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にしてリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を行う。すなわち、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行手段としての機能を有している。本実施例においては、中心空燃比として理論空燃比を用いる。アクティブ制御の具体的な実行手法については、特許文献２その他の公知のアクティブ制御に関する技術を用いることができるため、説明を省略する。
【００３４】
図３は、アクティブ制御が行われたときの触媒のＯＳＣの変化を示す図である。縦軸は触媒のＯＳＣを示し、横軸はアクティブ制御実行開始からの経過時間を示している。ライン２００ｄは、通常燃料が用いられた場合のＯＳＣを示し、ライン２００ｅおよびライン２００ｆは、通常燃料より硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。また、ライン２００ｅは、ＥＣＵ８０が空燃比を中心空燃比よりリーン側に切替えた場合のＯＳＣを示し、ライン２００ｆは、ＥＣＵ８０が空燃比を中心空燃比よりリッチ側に切替えた場合のＯＳＣを示している。
【００３５】
図３から分るように、アクティブ制御実行開始からの経過時間が進行するにつれて、触媒のＯＳＣは所定の値（Ａ）に収束する。これは、触媒の硫黄蓄積量と硫黄放出量とのバランスが取れた状態になったことを意味している。この収束値（Ａ）は、硫黄濃度と触媒の温度とによって一義的に定まる。
【００３６】
そこで、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行開始時における触媒のＯＳＣ（以下、ＯＳＣ初期値と称する）と、アクティブ制御の実行が継続して触媒のＯＳＣが収束した収束値（以下、ＯＳＣ収束値と称する）と、に基づいて燃料の硫黄濃度を推定する。
【００３７】
例えば、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値を算出し、両者の比（以下、ＯＳＣ比と称する）を求める。ＥＣＵ８０は、このＯＳＣ比の大きさを用いて、燃料の硫黄濃度を推定する。例えば、燃料の硫黄濃度が低いほど、ＯＳＣ初期値の値は小さくなる。よって、ＯＳＣ初期値をＯＳＣ収束値で除したＯＳＣ比は、燃料の硫黄濃度が低いほど小さくなり、燃料の硫黄濃度が高いほど大きくなる。このように、ＯＳＣ比に基づいて、燃料の硫黄濃度を推定することができる。例えば、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ比から燃料の硫黄濃度を算出する際に参照するマップを事前に記憶部に記憶しておく。ＥＣＵ８０は、算出したＯＳＣ比に基づいてマップを参照することによって、燃料の硫黄濃度を推定することができる。
【００３８】
なお、燃料の硫黄濃度を推定するために、ＥＣＵ８０はＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値を算出する必要がある。続いて、ＥＣＵ８０によるＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値の算出手法について説明する。
【００３９】
ＯＳＣ初期値については、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣと、アクティブ制御実行開始直後のＯＳＣと、に基づいて算出する。例えば、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣとアクティブ制御実行開始直後のＯＳＣとの差によって、ＯＳＣ初期値を算出する。
【００４０】
アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣは、例えば、アクティブ制御実行直前の触媒の温度に基づいて算出することができる。触媒の温度が低い程、触媒の硫黄蓄積量は多くなることから、触媒のＯＳＣは低くなる。このように、触媒の温度と触媒のＯＳＣとは相関関係を有していることから、触媒の温度に基づいて、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣを算出することができるのである。すなわち、本実施例に係るＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒の温度と、アクティブ制御実行開始直後のＯＳＣと、に基づいて、ＯＳＣ初期値を算出している。
【００４１】
例えば、ＥＣＵ８０は、触媒の温度と触媒のＯＳＣとの関係を示すマップを記憶部に記憶しておく。そしてＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒の温度を取得し、この取得された温度に基づいてマップを参照することによって、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣを算出する。
【００４２】
なお、ＥＣＵ８０による触媒の温度の取得手法は、特に限定されない。ＥＣＵ８０は、触媒の温度を、例えば触媒に配置された温度センサの出力に基づいて取得してもよく、内燃機関１０の運転状態から推定することによって取得してもよい。この触媒温度の推定手法は、例えば特許文献２その他の公知の触媒温度推定手法を用いることができるため、説明を省略する。
【００４３】
一方、アクティブ制御実行直後の触媒のＯＳＣは、アクティブ制御が１回実行されたときの空燃比変化量に基づいて算出される。なお、アクティブ制御が１回実行されたときとしては、空燃比がリーン側に１回切替えられたときおよび空燃比がリッチ側に１回切替えられたときのいずれか一方を用いることができる。
【００４４】
具体的には、アクティブ制御実行直後の触媒のＯＳＣは、下記式（１）を用いて算出する。なお、下記式（１）において空気量に代えて燃料噴射量を用いてもよい。
ＯＳＣ＝∫（（空燃比センサ７４の検出値−理論空燃比）×空気量）ｄｔ・・・（１）
【００４５】
一方、硫黄濃度推定に用いられるＯＳＣ収束値については、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御が最後に実行されたときにおける空燃比変化量に基づいて算出する。具体的には、ＥＣＵ８０は、上記式（１）を用いてアクティブ制御が最後に実行されたときにおけるＯＳＣを求め、このＯＳＣをＯＳＣ収束値として取得する。
【００４６】
続いて、補正処理について説明する。ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響が少なくなるまたは無くなるように、触媒のＯＳＣを補正する。例えば、補正処理において、ＥＣＵ８０は、硫黄蓄積によるＯＳＣ低下分を補えるようにＯＳＣを増大させる。例えば、ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理で推定された硫黄濃度が高いほど、α×ＯＳＣの値が大きくなるようにαを算出し、算出されたαをＯＳＣに乗じる。ＥＣＵ８０は、劣化判定処理において、補正後のＯＳＣと劣化判定処理の基準値とを比較する。この場合、劣化判定処理で用いられるＯＳＣが補正処理によって燃料の硫黄濃度の影響によるＯＳＣ低下分を補うように増大補正されていることから、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響を少なくするまたは無くすことできる。
【００４７】
図４および図５は、ＥＣＵ８０が劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。なお、図４および図５は、一つのフローチャートを２つに分割して図示している。ＥＣＵ８０は、所定周期で図４および図５のフローチャートを繰り返し実行する。図４に示すように、ＥＣＵ８０は、触媒の劣化診断を開始するための開始条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０）。開始条件は、特に限定されない。例えば、ＥＣＵ８０は、内燃機関１０が定常運転状態であり、かつ触媒の温度が所定の活性温度域にある場合に、開始条件が満たされたと判定することができる。ＥＣＵ８０は、開始条件が満たされたと判定されるまで、ステップＳ１０を繰り返し実行する。
【００４８】
ステップＳ１０において開始条件が満たされたと判定された場合、ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっているか否かを判定する（ステップＳ２０）。本実施例において、ＥＣＵ８０は、後述する硫黄濃度推定処理（ステップＳ１１０）が行われた場合に、硫黄濃度推定完了フラグを設定する。一方、ＥＣＵ８０は、内燃機関１０が給油される毎に、硫黄濃度推定完了フラグをクリアにする。すなわち、本実施例において、硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっているとは、硫黄濃度推定処理が給油後に未だ行われていないことを意味している。
【００４９】
ステップＳ２０において硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっていると判定された場合、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御延長要求フラグを設定する（ステップＳ３０）。
【００５０】
次いでＥＣＵ８０は、アクティブ制御を行う（ステップＳ４０）。なお、ステップＳ２０において硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっていると判定されなかった場合（すなわち、既に硫黄濃度が推定されている場合）にも、ＥＣＵ８０は、ステップＳ４０を行う。ステップＳ４０のアクティブ制御は、ＯＳＣ初期値の算出（ステップＳ５０）のために行われるものである。本実施例に係るＥＣＵ８０は、ステップＳ４０において空燃比がリッチ側またはリーン側に１回切替わるように、アクティブ制御を実行する。
【００５１】
次いでＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値を算出し、算出結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する（ステップＳ５０）。
【００５２】
次いでＥＣＵ８０は、図５に示すように、ＯＳＣ初期値が所定の基準値（以下、第１基準値と称する）より小さいか否かを判定する（ステップＳ６０）。第１基準値は、特に限定されない。本実施例においては、第１基準値以上であると判定された場合、補正処理（ステップＳ１２０）が行われることなく、劣化判定処理（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）が行われることになる。したがって、例えば、補正処理を行わなくても触媒の劣化判定を精度よく行えるような燃料の硫黄濃度に対応したＯＳＣ、すなわち燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定処理に及ぼす影響がほとんどないと考えられるような燃料の硫黄濃度に対応したＯＳＣを、第１基準値に用いることができる。
【００５３】
ステップＳ６０においてＯＳＣ初期値が第１基準値より小さいと判定された場合、ＥＣＵ８０はアクティブ制御延長要求フラグが設定されているか否かを判定する（ステップＳ７０）。
【００５４】
ステップＳ７０においてアクティブ延長要求フラグが設定されていると判定された場合、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御を行う（ステップＳ８０）。
【００５５】
次いでＥＣＵ８０は、ステップＳ８０のアクティブ制御実行開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ９０）。所定時間としては、触媒のＯＳＣが収束する時間以上の時間であれば特に限定されない。所定時間は、例えばＲＯＭ８２等の記憶部が記憶しておけばよい。ステップＳ９０において所定時間が経過したと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、ステップＳ８０を実行する。すなわち、ステップＳ８０のアクティブ制御は、ステップＳ９０の所定時間が経過したと判定されるまで、継続して実行される。
【００５６】
ステップＳ９０において所定時間が経過したと判定された場合、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ収束値を算出し、算出結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する（ステップＳ１００）。
【００５７】
次いでＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ比に基づいて、燃料の硫黄濃度を推定する。ＥＣＵ８０は、推定結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する。なお、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１１０を行った場合、硫黄濃度推定完了フラグを設定する。
【００５８】
次いでＥＣＵ８０は、補正処理を行う（ステップＳ１２０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響を少なくするまたは無くすように、ステップＳ１００で算出したＯＳＣ収束値を補正する。
【００５９】
なお、ステップＳ７０においてアクティブ制御延長要求フラグが設定されていないと判定された場合にも、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１２０を行う。ここで、ステップＳ７０においてアクティブ制御延長要求フラグが設定されていないと判定された場合は、ステップＳ２０で硫黄濃度推定完了フラグが設定されていると判定された場合に対応している。したがって、この場合においても、既にステップＳ１１０が行われており、記憶部には、燃料の硫黄濃度およびＯＳＣ収束値が記憶されている。よって、ＥＣＵ８０はステップＳ１２０において、ＯＳＣ収束値を補正することができる。
【００６０】
次いでＥＣＵ８０は、劣化判定処理を行う（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１２０が行われた後には、補正後のＯＳＣ収束値が所定の基準値（以下、第２基準値と称する）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。補正後のＯＳＣ収束値が第２基準値より大きいと判定された場合、ＥＣＵ８０は、触媒は正常であると判定する（ステップＳ１４０）。補正後のＯＳＣ収束値が第２基準値より大きいと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、触媒は異常である（つまり劣化している）と判定する（ステップＳ１５０）。なお、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１４０の判定結果およびステップＳ１５０の判定結果を例えばディスプレイ等に表示させてもよい。
【００６１】
また、ステップＳ６０においてＯＳＣ初期値が第１基準値より小さいと判定されなかった場合にも、ＥＣＵ８０はステップＳ１３０を実行する。この場合、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいか否かを判定する。ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいと判定された場合、ＥＣＵ８０は、触媒は正常であると判定する（ステップＳ１４０）。ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、触媒は異常であると判定する（ステップＳ１５０）。次いで、ＥＣＵ８０はフローチャートの実行を終了する。
【００６２】
以上のように、本実施例に係るＥＣＵ８０によれば、硫黄濃度推定処理においてＯＳＣ初期値とＯＳＣ収束値とを用いて燃料の硫黄濃度を推定していることから、酸素センサ７５の出力が当初の設計値からずれた場合であっても、硫黄濃度を推定することができる。すなわち、ＥＣＵ８０によれば、酸素センサ７５の出力のずれにかかわらず、硫黄濃度を推定することができる。
【００６３】
また、ＥＣＵ８０によれば、劣化判定処理において、硫黄濃度推定処理の推定結果に基づいて補正処理において補正されたＯＳＣを用いて触媒の劣化状態を判定している。それにより、燃料の硫黄濃度が劣化判定処理における触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。その結果、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【００６４】
なお、本実施例においてＥＣＵ８０は硫黄濃度推定処理において燃料の硫黄濃度を推定したが、これに限られない。ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理において排気ガスの硫黄濃度を推定してもよい。排気ガスの硫黄濃度推定処理は、燃料の硫黄濃度推定処理と同じ手法を用いることができる。よって、排気ガスの硫黄濃度推定処理の詳細な説明は省略する。ＥＣＵ８０が硫黄濃度推定処理において排気ガスの硫黄濃度を推定する場合、ＥＣＵ８０は、排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段としての機能を有することになる。
【００６５】
また、本実施例においてＥＣＵ８０は、第１触媒６０について劣化診断を行っているが、これに限られない。ＥＣＵ８０は、第２触媒６５の劣化を診断してもよい。第２触媒６５の劣化診断手法は、第１触媒６０の劣化診断手法を応用することができる。例えば、第２触媒６５の上流および下流にそれぞれ空燃比センサ７４および酸素センサ７５が配置されることによって、ＥＣＵ８０は、第１触媒６０の劣化診断手法と同様の手法で第２触媒６５の劣化診断を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ８０によって実現することができるため詳細な説明は省略する。具体的には、ＥＣＵ８０が行う硫黄濃度推定処理が、触媒劣化診断方法に係る硫黄濃度推定ステップに相当し、ＥＣＵ８０が行う補正処理が触媒劣化診断方法に係る補正ステップに相当し、ＥＣＵ８０が行う劣化判定処理が触媒劣化診断方法に係る劣化判定ステップに相当している。
【００６７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
４０ インジェクタ
５０ スロットルバルブ
６０ 第１触媒
６５ 第２触媒
７４ 空燃比センサ
７５ 酸素センサ
８０ ＥＣＵ
１００ アクセル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備える内燃機関システムが知られている。この触媒の中には酸素吸蔵能を有するものがある。酸素吸蔵能を有する触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（すなわちリーンになる）と、排気ガスの過剰酸素を吸着保持し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになると吸着保持された酸素を放出する。したがって、酸素吸蔵能を有する触媒を使用することによって、運転条件によって実際の空燃比が理論空燃比から多少振れた場合であっても、三元触媒による酸素の吸蔵・放出作用によって空燃比のずれを吸収することができる。
【０００３】
しかしながら、酸素吸蔵能を有する触媒が劣化した場合、触媒の浄化能力は低下してしまう。また、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。このような燃料が供給された場合、排気ガスの硫黄成分が触媒に蓄積して、触媒の酸素吸着反応が妨げられる結果、触媒の酸素吸蔵能力が低下するおそれがある。
【０００４】
しかしながら、この硫黄蓄積による触媒の性能低下は、一時的なものであることから、触媒の劣化診断においては、硫黄濃度による影響が排除されることが好ましい。そこで、特許文献１では、触媒の下流側に配置された酸素センサの出力に基づいて、排気ガスの硫黄濃度を推定する内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、触媒上流の空燃比をリーンからリッチへ切替えたときに、触媒下流に配置された酸素センサの出力電圧が規定出力へ到達しない場合に、排気ガスの硫黄濃度が高いと判定する。
【０００５】
なお、本発明に関する他の先行技術文献として、特許文献２が挙げられる。特許文献２では、アクティブ制御、触媒劣化判定等に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４９２５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、酸素センサに個体差がある場合、酸素センサの出力が当初の設計値とずれるおそれがある。また、排気ガスの影響によって酸素センサの出力が当初の設計値とずれるおそれもある。このように酸素センサの出力が当初の設計値とずれた場合、特許文献１に係る技術では、硫黄濃度推定の精度が悪化するおそれがある。
【０００８】
本発明は、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法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】
【０００９】
本発明に係る触媒劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、前記アクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えている。
【００１０】
本発明に係る触媒劣化診断装置によれば、硫黄濃度推定手段が酸素吸蔵量初期値と酸素吸蔵量収束値とを用いて燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することから、触媒下流に設けられた酸素センサの出力がずれた場合であっても、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。すなわち、触媒劣化診断装置によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。
【００１１】
上記構成は、前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と、前記劣化判定手段の判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定手段の推定結果に基づいて補正する補正手段と、を備えていてもよい。この構成によれば、燃料または排気ガスの硫黄濃度が触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。それにより、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【００１２】
本発明に係る触媒劣化診断方法は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する方法であって、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定ステップを含んでいる。
【００１３】
本発明に係る触媒劣化診断方法によれば、硫黄濃度推定ステップにおいて酸素吸蔵量初期値と酸素吸蔵量収束値とを用いて燃料または排気ガスの硫黄濃度が推定されることから、触媒下流に設けられた酸素センサの出力がずれた場合であっても、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。すなわち、触媒劣化診断方法によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる。
【００１４】
上記方法は、前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定ステップと、前記劣化判定ステップの判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定ステップの推定結果に基づいて補正する補正ステップと、を含んでいてもよい。この方法によれば、燃料または排気ガスの硫黄濃度が触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。それにより、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、酸素センサの出力のずれにかかわらず、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定することができる触媒劣化診断装置および触媒劣化診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るＥＣＵ（触媒劣化診断装置）を備える内燃機関システムの構成を示す模式図である。
【図２】触媒のＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量との関係を示す図である。
【図３】アクティブ制御が行われたときの触媒のＯＳＣの変化を示す図である。
【図４】ＥＣＵが劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。
【図５】ＥＣＵが劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係るＥＣＵ８０（触媒劣化診断装置）について説明する。図１は、ＥＣＵ８０を備える内燃機関システム５の構成を示す模式図である。内燃機関システム５は、内燃機関１０、吸気通路２０、排気通路３０、インジェクタ４０、スロットルバルブ５０、第１触媒６０、第２触媒６５、各種検出手段（クランクポジションセンサ７０、スロットルポジションセンサ７１、エアフロメータ７２、アクセルポジションセンサ７３、空燃比センサ７４および酸素センサ７５）およびＥＣＵ８０を備えている。
【００１９】
内燃機関１０は、気筒内にピストン１１を備えている。ピストン１１はコンロッドを介してクランクシャフトに接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランクポジションセンサ７０が配置されている。クランクポジションセンサ７０の出力はＥＣＵ８０に伝えられる。ＥＣＵ８０は、クランクポジションセンサ７０の出力に基づいて、クランク角および内燃機関１０の回転数を取得する。
【００２０】
内燃機関１０の吸気ポートには吸気通路２０が接続されている。内燃機関１０の排気ポートには排気通路３０が接続されている。吸気通路２０の上流には、インジェクタ４０が配置されている。インジェクタ４０は、ＥＣＵ８０に制御されて、燃料を噴射する。噴射された燃料は、吸気と共に内燃機関１０の気筒内に供給される。
【００２１】
吸気通路２０のインジェクタ４０より上流には、内燃機関１０に供給される空気の量を調整するためのスロットルバルブ５０が配置されている。スロットルバルブ５０は、ＥＣＵ８０によって制御される。スロットルバルブ５０の近傍には、スロットルポジションセンサ７１が配置されている。スロットルポジションセンサ７１の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。
【００２２】
吸気通路２０のスロットルバルブ５０より上流には、エアフロメータ７２が配置されている。エアフロメータ７２の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。また、ＥＣＵ８０には、アクセル１００の操作量を検出するためのアクセルポジションセンサ７３の出力が伝えられる。ＥＣＵ８０は、クランクポジションセンサ７０、スロットルポジションセンサ７１、エアフロメータ７２およびアクセルポジションセンサ７３の出力に基づいて、適切なスロットル開度になるようにスロットルバルブ５０を制御する。
【００２３】
排気通路３０の下流には、排気を浄化するための第１触媒６０および第２触媒６５が直列に配置されている。第１触媒６０は第２触媒６５よりも上流に配置されている。第１触媒６０および第２触媒６５として、酸素吸蔵能を有する三元触媒が用いられる。このような三元触媒として、例えば、二酸化セリウム、ジルコニア等の酸素吸蔵成分を含むコート材に、微粒子状の触媒成分（Ｐｔ、Ｐｄ等）が配置されたものを用いることができる。なお、酸素吸蔵能は、第１触媒６０および第２触媒６５が現状で吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵量（ＯＳＣ；Ｏ２ Ｓｔｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ、単位はｇ）の大きさによって表される。
【００２４】
排気通路３０の第１触媒６０より上流には、空燃比センサ７４が配置されている。排気通路３０の第１触媒６０と第２触媒６５との間には、酸素センサ７５が配置されている。空燃比センサ７４および酸素センサ７５の出力は、ＥＣＵ８０に伝えられる。
【００２５】
ここで、第１触媒６０および第２触媒６５は、流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（ストイキ）のときに、排気浄化機能を最も発揮する。そこで、ＥＣＵ８０は、空燃比センサ７４の出力が理論空燃比に一致するように、排気ガスの空燃比を制御する。具体的には、ＥＣＵ８０は、理論空燃比に近い目標空燃比を記憶しておく。ＥＣＵ８０は、空燃比センサ７４の出力が目標空燃比に一致するように、インジェクタ４０から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。それにより、第１触媒６０に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれる。その結果、第１触媒６０の排気浄化性能は、最大に発揮される。
【００２６】
ＥＣＵ８０は、演算部としてのＣＰＵ８１と、記憶部としてのＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３と、を備えるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラム等に基づいてＲＡＭ８３を一時記憶メモリとして使用しながらＣＰＵ８１が動作することによって、スロットルバルブ５０およびインジェクタ４０を制御する制御手段としての機能を有する。
【００２７】
また、ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラム等に基づいてＲＡＭ８３を一時記憶メモリとして使用しながらＣＰＵ８１が動作することによって、第１触媒６０の劣化を診断する触媒劣化診断装置としての機能も有している。
【００２８】
続いて、ＥＣＵ８０による第１触媒６０の劣化診断について説明する。これ以後の説明において、第１触媒６０のことを、「触媒」と略称する。本実施例に係るＥＣＵ８０は、触媒の劣化状態を判定する劣化判定処理を行う。劣化判定処理において、ＥＣＵ８０は、触媒のＯＳＣと基準値とを比較することによって、触媒の劣化状態を判定する。例えば触媒のＯＳＣが基準値より大きい場合、ＥＣＵ８０は、触媒が正常であると判定する。触媒のＯＳＣが基準値以下の場合、ＥＣＵ８０は、触媒が異常である（すなわち、劣化している）と判定する。
【００２９】
しかしながら、触媒の劣化判定は、燃料および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けるおそれがある。図２は、触媒のＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量との関係を示す図である。縦軸はＯＳＣを示し、横軸は触媒の硫黄蓄積量を示している。ライン２００ａは、硫黄濃度が所定値より低い通常燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。ライン２００ｂは、通常燃料より硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。ライン２００ｃは、ライン２００ｂよりも硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。
【００３０】
図２から分るように、ＯＳＣと触媒の硫黄蓄積量とは、反比例の関係を有している。また、同一の硫黄蓄積量で比較した場合、燃料の硫黄濃度が高いほど、ＯＳＣは小さくなっている。燃料の硫黄濃度が高いほど排気ガスの硫黄濃度も高くなることから、触媒の硫黄蓄積量も多くなる。その結果、燃料の硫黄濃度が高いほど（または排気ガスの硫黄濃度が高いほど）、触媒のＯＳＣは低下するのである。内燃機関１０が長時間アイドリング運転された場合、低負荷で使用された場合等において、硫黄は触媒に蓄積しやすい。特に低温時において、触媒の硫黄蓄積量は多くなる傾向がある。
【００３１】
このように、触媒のＯＳＣは燃料の硫黄濃度および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けることから、触媒の劣化判定も燃料および排気ガスの硫黄濃度によって影響を受けるおそれがある。しかしながら、触媒の硫黄蓄積は、例えば、硫黄濃度の低い燃料が再度給油された場合等に、解消され得る。このように、硫黄被蓄積による触媒の性能低下（劣化）は一時的なものであることから、触媒の劣化判定においては、硫黄濃度による影響が排除されることが好ましい。
【００３２】
そこで、本実施例に係るＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定処理を行う。ＥＣＵ８０は、この推定結果に基づいて、劣化判定処理で用いられる触媒のＯＳＣを補正する補正処理を行う。ＥＣＵ８０は、補正処理で補正されたＯＳＣを用いて、劣化判定処理を行う。すなわち、ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段としての機能、触媒のＯＳＣを補正する補正手段としての機能および触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段としての機能を有している。
【００３３】
ＥＣＵ８０による硫黄濃度推定処理の概要は、以下のとおりである。まず、ＥＣＵ８０は、触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にしてリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を行う。すなわち、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行手段としての機能を有している。本実施例においては、中心空燃比として理論空燃比を用いる。アクティブ制御の具体的な実行手法については、特許文献２その他の公知のアクティブ制御に関する技術を用いることができるため、説明を省略する。
【００３４】
図３は、アクティブ制御が行われたときの触媒のＯＳＣの変化を示す図である。縦軸は触媒のＯＳＣを示し、横軸はアクティブ制御実行開始からの経過時間を示している。ライン２００ｄは、通常燃料が用いられた場合のＯＳＣを示し、ライン２００ｅおよびライン２００ｆは、通常燃料より硫黄濃度が高い燃料が用いられた場合のＯＳＣを示している。また、ライン２００ｅは、ＥＣＵ８０が空燃比を中心空燃比よりリーン側に切替えた場合のＯＳＣを示し、ライン２００ｆは、ＥＣＵ８０が空燃比を中心空燃比よりリッチ側に切替えた場合のＯＳＣを示している。
【００３５】
図３から分るように、アクティブ制御実行開始からの経過時間が進行するにつれて、触媒のＯＳＣは所定の値（Ａ）に収束する。これは、触媒の硫黄蓄積量と硫黄放出量とのバランスが取れた状態になったことを意味している。この収束値（Ａ）は、硫黄濃度と触媒の温度とによって一義的に定まる。
【００３６】
そこで、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行開始時における触媒のＯＳＣ（以下、ＯＳＣ初期値と称する）と、アクティブ制御の実行が継続して触媒のＯＳＣが収束した収束値（以下、ＯＳＣ収束値と称する）と、に基づいて燃料の硫黄濃度を推定する。
【００３７】
例えば、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値を算出し、両者の比（以下、ＯＳＣ比と称する）を求める。ＥＣＵ８０は、このＯＳＣ比の大きさを用いて、燃料の硫黄濃度を推定する。例えば、燃料の硫黄濃度が低いほど、ＯＳＣ初期値の値は小さくなる。よって、ＯＳＣ初期値をＯＳＣ収束値で除したＯＳＣ比は、燃料の硫黄濃度が低いほど小さくなり、燃料の硫黄濃度が高いほど大きくなる。このように、ＯＳＣ比に基づいて、燃料の硫黄濃度を推定することができる。例えば、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ比から燃料の硫黄濃度を算出する際に参照するマップを事前に記憶部に記憶しておく。ＥＣＵ８０は、算出したＯＳＣ比に基づいてマップを参照することによって、燃料の硫黄濃度を推定することができる。
【００３８】
なお、燃料の硫黄濃度を推定するために、ＥＣＵ８０はＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値を算出する必要がある。続いて、ＥＣＵ８０によるＯＳＣ初期値およびＯＳＣ収束値の算出手法について説明する。
【００３９】
ＯＳＣ初期値については、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣと、アクティブ制御実行開始直後のＯＳＣと、に基づいて算出する。例えば、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣとアクティブ制御実行開始直後のＯＳＣとの差によって、ＯＳＣ初期値を算出する。
【００４０】
アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣは、例えば、アクティブ制御実行直前の触媒の温度に基づいて算出することができる。触媒の温度が低い程、触媒の硫黄蓄積量は多くなることから、触媒のＯＳＣは低くなる。このように、触媒の温度と触媒のＯＳＣとは相関関係を有していることから、触媒の温度に基づいて、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣを算出することができるのである。すなわち、本実施例に係るＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒の温度と、アクティブ制御実行開始直後のＯＳＣと、に基づいて、ＯＳＣ初期値を算出している。
【００４１】
例えば、ＥＣＵ８０は、触媒の温度と触媒のＯＳＣとの関係を示すマップを記憶部に記憶しておく。そしてＥＣＵ８０は、アクティブ制御実行直前の触媒の温度を取得し、この取得された温度に基づいてマップを参照することによって、アクティブ制御実行直前の触媒のＯＳＣを算出する。
【００４２】
なお、ＥＣＵ８０による触媒の温度の取得手法は、特に限定されない。ＥＣＵ８０は、触媒の温度を、例えば触媒に配置された温度センサの出力に基づいて取得してもよく、内燃機関１０の運転状態から推定することによって取得してもよい。この触媒温度の推定手法は、例えば特許文献２その他の公知の触媒温度推定手法を用いることができるため、説明を省略する。
【００４３】
一方、アクティブ制御実行直後の触媒のＯＳＣは、アクティブ制御が１回実行されたときの空燃比変化量に基づいて算出される。なお、アクティブ制御が１回実行されたときとしては、空燃比がリーン側に１回切替えられたときおよび空燃比がリッチ側に１回切替えられたときのいずれか一方を用いることができる。
【００４４】
具体的には、アクティブ制御実行直後の触媒のＯＳＣは、下記式（１）を用いて算出する。なお、下記式（１）において空気量に代えて燃料噴射量を用いてもよい。
ＯＳＣ＝∫（（空燃比センサ７４の検出値−理論空燃比）×空気量）ｄｔ・・・（１）
【００４５】
一方、硫黄濃度推定に用いられるＯＳＣ収束値については、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御が最後に実行されたときにおける空燃比変化量に基づいて算出する。具体的には、ＥＣＵ８０は、上記式（１）を用いてアクティブ制御が最後に実行されたときにおけるＯＳＣを求め、このＯＳＣをＯＳＣ収束値として取得する。
【００４６】
続いて、補正処理について説明する。ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響が少なくなるまたは無くなるように、触媒のＯＳＣを補正する。例えば、補正処理において、ＥＣＵ８０は、硫黄蓄積によるＯＳＣ低下分を補えるようにＯＳＣを増大させる。例えば、ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理で推定された硫黄濃度が高いほど、α×ＯＳＣの値が大きくなるようにαを算出し、算出されたαをＯＳＣに乗じる。ＥＣＵ８０は、劣化判定処理において、補正後のＯＳＣと劣化判定処理の基準値とを比較する。この場合、劣化判定処理で用いられるＯＳＣが補正処理によって燃料の硫黄濃度の影響によるＯＳＣ低下分を補うように増大補正されていることから、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響を少なくするまたは無くすことできる。
【００４７】
図４および図５は、ＥＣＵ８０が劣化診断を行う際のフローチャートの一例を示す図である。なお、図４および図５は、一つのフローチャートを２つに分割して図示している。ＥＣＵ８０は、所定周期で図４および図５のフローチャートを繰り返し実行する。図４に示すように、ＥＣＵ８０は、触媒の劣化診断を開始するための開始条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０）。開始条件は、特に限定されない。例えば、ＥＣＵ８０は、内燃機関１０が定常運転状態であり、かつ触媒の温度が所定の活性温度域にある場合に、開始条件が満たされたと判定することができる。ＥＣＵ８０は、開始条件が満たされたと判定されるまで、ステップＳ１０を繰り返し実行する。
【００４８】
ステップＳ１０において開始条件が満たされたと判定された場合、ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっているか否かを判定する（ステップＳ２０）。本実施例において、ＥＣＵ８０は、後述する硫黄濃度推定処理（ステップＳ１１０）が行われた場合に、硫黄濃度推定完了フラグを設定する。一方、ＥＣＵ８０は、内燃機関１０が給油される毎に、硫黄濃度推定完了フラグをクリアにする。すなわち、本実施例において、硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっているとは、硫黄濃度推定処理が給油後に未だ行われていないことを意味している。
【００４９】
ステップＳ２０において硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっていると判定された場合、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御延長要求フラグを設定する（ステップＳ３０）。
【００５０】
次いでＥＣＵ８０は、アクティブ制御を行う（ステップＳ４０）。なお、ステップＳ２０において硫黄濃度推定完了フラグがクリアになっていると判定されなかった場合（すなわち、既に硫黄濃度が推定されている場合）にも、ＥＣＵ８０は、ステップＳ４０を行う。ステップＳ４０のアクティブ制御は、ＯＳＣ初期値の算出（ステップＳ５０）のために行われるものである。本実施例に係るＥＣＵ８０は、ステップＳ４０において空燃比がリッチ側またはリーン側に１回切替わるように、アクティブ制御を実行する。
【００５１】
次いでＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値を算出し、算出結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する（ステップＳ５０）。
【００５２】
次いでＥＣＵ８０は、図５に示すように、ＯＳＣ初期値が所定の基準値（以下、第１基準値と称する）より小さいか否かを判定する（ステップＳ６０）。第１基準値は、特に限定されない。本実施例においては、第１基準値以上であると判定された場合、補正処理（ステップＳ１２０）が行われることなく、劣化判定処理（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）が行われることになる。したがって、例えば、補正処理を行わなくても触媒の劣化判定を精度よく行えるような燃料の硫黄濃度に対応したＯＳＣ、すなわち燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定処理に及ぼす影響がほとんどないと考えられるような燃料の硫黄濃度に対応したＯＳＣを、第１基準値に用いることができる。
【００５３】
ステップＳ６０においてＯＳＣ初期値が第１基準値より小さいと判定された場合、ＥＣＵ８０はアクティブ制御延長要求フラグが設定されているか否かを判定する（ステップＳ７０）。
【００５４】
ステップＳ７０においてアクティブ延長要求フラグが設定されていると判定された場合、ＥＣＵ８０は、アクティブ制御を行う（ステップＳ８０）。
【００５５】
次いでＥＣＵ８０は、ステップＳ８０のアクティブ制御実行開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ９０）。所定時間としては、触媒のＯＳＣが収束する時間以上の時間であれば特に限定されない。所定時間は、例えばＲＯＭ８２等の記憶部が記憶しておけばよい。ステップＳ９０において所定時間が経過したと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、ステップＳ８０を実行する。すなわち、ステップＳ８０のアクティブ制御は、ステップＳ９０の所定時間が経過したと判定されるまで、継続して実行される。
【００５６】
ステップＳ９０において所定時間が経過したと判定された場合、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ収束値を算出し、算出結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する（ステップＳ１００）。
【００５７】
次いでＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ比に基づいて、燃料の硫黄濃度を推定する。ＥＣＵ８０は、推定結果をＲＡＭ８３等の記憶部に記憶する。なお、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１１０を行った場合、硫黄濃度推定完了フラグを設定する。
【００５８】
次いでＥＣＵ８０は、補正処理を行う（ステップＳ１２０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、燃料の硫黄濃度が触媒の劣化判定に及ぼす影響を少なくするまたは無くすように、ステップＳ１００で算出したＯＳＣ収束値を補正する。
【００５９】
なお、ステップＳ７０においてアクティブ制御延長要求フラグが設定されていないと判定された場合にも、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１２０を行う。ここで、ステップＳ７０においてアクティブ制御延長要求フラグが設定されていないと判定された場合は、ステップＳ２０で硫黄濃度推定完了フラグが設定されていると判定された場合に対応している。したがって、この場合においても、既にステップＳ１１０が行われており、記憶部には、燃料の硫黄濃度およびＯＳＣ収束値が記憶されている。よって、ＥＣＵ８０はステップＳ１２０において、ＯＳＣ収束値を補正することができる。
【００６０】
次いでＥＣＵ８０は、劣化判定処理を行う（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１２０が行われた後には、補正後のＯＳＣ収束値が所定の基準値（以下、第２基準値と称する）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。補正後のＯＳＣ収束値が第２基準値より大きいと判定された場合、ＥＣＵ８０は、触媒は正常であると判定する（ステップＳ１４０）。補正後のＯＳＣ収束値が第２基準値より大きいと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、触媒は異常である（つまり劣化している）と判定する（ステップＳ１５０）。なお、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１４０の判定結果およびステップＳ１５０の判定結果を例えばディスプレイ等に表示させてもよい。
【００６１】
また、ステップＳ６０においてＯＳＣ初期値が第１基準値より小さいと判定されなかった場合にも、ＥＣＵ８０はステップＳ１３０を実行する。この場合、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ８０は、ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいか否かを判定する。ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいと判定された場合、ＥＣＵ８０は、触媒は正常であると判定する（ステップＳ１４０）。ＯＳＣ初期値が第２基準値より大きいと判定されなかった場合、ＥＣＵ８０は、触媒は異常であると判定する（ステップＳ１５０）。次いで、ＥＣＵ８０はフローチャートの実行を終了する。
【００６２】
以上のように、本実施例に係るＥＣＵ８０によれば、硫黄濃度推定処理においてＯＳＣ初期値とＯＳＣ収束値とを用いて燃料の硫黄濃度を推定していることから、酸素センサ７５の出力が当初の設計値からずれた場合であっても、硫黄濃度を推定することができる。すなわち、ＥＣＵ８０によれば、酸素センサ７５の出力のずれにかかわらず、硫黄濃度を推定することができる。
【００６３】
また、ＥＣＵ８０によれば、劣化判定処理において、硫黄濃度推定処理の推定結果に基づいて補正処理において補正されたＯＳＣを用いて触媒の劣化状態を判定している。それにより、燃料の硫黄濃度が劣化判定処理における触媒の劣化判定に与える影響を少なくするまたは無くすことができる。その結果、触媒の劣化を精度よく診断することができる。
【００６４】
なお、本実施例においてＥＣＵ８０は硫黄濃度推定処理において燃料の硫黄濃度を推定したが、これに限られない。ＥＣＵ８０は、硫黄濃度推定処理において排気ガスの硫黄濃度を推定してもよい。排気ガスの硫黄濃度推定処理は、燃料の硫黄濃度推定処理と同じ手法を用いることができる。よって、排気ガスの硫黄濃度推定処理の詳細な説明は省略する。ＥＣＵ８０が硫黄濃度推定処理において排気ガスの硫黄濃度を推定する場合、ＥＣＵ８０は、排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段としての機能を有することになる。
【００６５】
また、本実施例においてＥＣＵ８０は、第１触媒６０について劣化診断を行っているが、これに限られない。ＥＣＵ８０は、第２触媒６５の劣化を診断してもよい。第２触媒６５の劣化診断手法は、第１触媒６０の劣化診断手法を応用することができる。例えば、第２触媒６５の上流および下流にそれぞれ空燃比センサ７４および酸素センサ７５が配置されることによって、ＥＣＵ８０は、第１触媒６０の劣化診断手法と同様の手法で第２触媒６５の劣化診断を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明に係る触媒劣化診断方法は、ＥＣＵ８０によって実現することができるため詳細な説明は省略する。具体的には、ＥＣＵ８０が行う硫黄濃度推定処理が、触媒劣化診断方法に係る硫黄濃度推定ステップに相当し、ＥＣＵ８０が行う補正処理が触媒劣化診断方法に係る補正ステップに相当し、ＥＣＵ８０が行う劣化判定処理が触媒劣化診断方法に係る劣化判定ステップに相当している。
【００６７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
４０ インジェクタ
５０ スロットルバルブ
６０ 第１触媒
６５ 第２触媒
７４ 空燃比センサ
７５ 酸素センサ
８０ ＥＣＵ
１００ アクセル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、
前記アクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備える触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段の判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定手段の推定結果に基づいて補正する補正手段と、を備える請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する方法であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定ステップを含む触媒劣化診断方法。
【請求項４】
前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップの判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定ステップの推定結果に基づいて補正する補正ステップと、を含む請求項３記載の触媒劣化診断方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御を実行するアクティブ制御実行手段と、
前記アクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備える触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と、
前記劣化判定手段の判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定手段の推定結果に基づいて補正する補正手段と、を備える請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の劣化を診断する方法であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を中心空燃比を境にリッチおよびリーンに交互に切替えるアクティブ制御の実行開始時における前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量初期値と、前記触媒の酸素吸蔵量が収束するまで前記アクティブ制御が継続されたときの前記触媒の酸素吸蔵量である酸素吸蔵量収束値と、を用いて、燃料または排気ガスの硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定ステップを含む触媒劣化診断方法。
【請求項４】
前記触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記触媒の劣化状態を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップの判定に用いられる前記触媒の酸素吸蔵量を、前記硫黄濃度推定ステップの推定結果に基づいて補正する補正ステップと、を含む請求項３記載の触媒劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６７６３６（Ｐ２０１２−６７６３６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１３９６（Ｐ２０１０−２１１３９６）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【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４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【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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