触媒異常診断装置
【課題】診断精度を向上して誤診断を抑制する。
【解決手段】触媒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。触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、触媒前空燃比がストイキに到達した時点で触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と参照値との差がなくなるよう閾値をフィードバック補正する。差がなくなったときの閾値に基づいて触媒が正常か異常かを判定する。
【解決手段】触媒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。触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、触媒前空燃比がストイキに到達した時点で触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と参照値との差がなくなるよう閾値をフィードバック補正する。差がなくなったときの閾値に基づいて触媒が正常か異常かを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置に関する。
【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、触媒上流側の空燃比をリッチおよびリーンに交互に制御するアクティブ空燃比制御を行い、それらリーン制御中およびリッチ制御中に前記触媒が吸放出する酸素量を計測し、この酸素量に基づき触媒の異常を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでこのＣｍａｘ法では、触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを設け、触媒後センサの出力が反転するのと同時にリーン制御とリッチ制御を切り替え、且つ酸素量の計測を終了するようにしている。
【０００６】
しかしながら酸素量の計測に際して、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、従来のＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断することに繋がりかねない。また正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。
【０００７】
そこで本発明は以上の事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、診断精度を向上して誤診断を抑制し得る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】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
触媒上流側の空燃比をストイキを境に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手段と、
触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記参照値との差がなくなるよう、前記差に基づき前記閾値をフィードバック補正する補正手段と、
前記差がなくなったときの前記閾値に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記判定手段は、前記差がなくなったときの前記閾値と、前記閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【００１０】
好ましくは、前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値であり、
前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値である。
【００１１】
好ましくは、前記参照値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリーン参照値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリッチ参照値とからなり、
前記リーン参照値は、前記リーン閾値よりもリーン側の値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ閾値よりもリッチ側の値である。
【００１２】
好ましくは、前記リーン参照値は、前記リーン判定値と等しい値であり、前記リッチ参照値は、前記リッチ判定値と等しい値である。
【００１３】
好ましくは、前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リッチ閾値に達し、これと同時に前記リッチ制御から前記リーン制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リッチ参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リッチ参照値との差であるリッチストイキ出力差に基づき、前記リッチ閾値をリーン側に移動するよう補正する。
【００１４】
好ましくは、前記判定手段は、前記リッチストイキ出力差がなくなったときの前記リッチ閾値と、前記リッチ閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【００１５】
好ましくは、前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リーン閾値に達し、これと同時に前記リーン制御から前記リッチ制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リーン参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リーン参照値との差であるリーンストイキ出力差に基づき、前記リーン閾値をリッチ側に移動するよう補正する。
【００１６】
好ましくは、前記判定手段は、前記リーンストイキ出力差がなくなったときの前記リーン閾値と、前記リーン閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、診断精度を向上して誤診断を抑制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】
【００１８】
【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】基本方法におけるアクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】基本方法における酸素吸蔵容量の計測方法を示すタイムチャートである。
【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】リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、正常触媒の場合である。
【図７】リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、異常触媒の場合である。
【図８】触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早めた場合の各値の推移を示すタイムチャートである。
【図９】図３および図４を本実施形態に即するよう修正したタイムチャートである。
【図１０】本実施形態の異常診断の方法を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】判定パラメータの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】リッチ閾値の初期値を算出するためのマップを示す。
【図１３】リーン閾値の初期値を算出するためのマップを示す。
【図１４】リッチストイキ補正値を算出するためのマップを示す。
【図１５】リーンストイキ補正値を算出するためのマップを示す。
【図１６】触媒の正異常判定に関するフローチャートである。
【図１７】触媒の正異常判定に関する別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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単位時間当たりの空気量すなわち吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（排気空燃比）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は所謂酸素センサ（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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及び下流触媒１９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の出力に基づきフィードバック制御する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［異常診断の基本方法］
触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵または放出し得る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すことができる。すなわち、触媒の劣化度が小さく酸素吸蔵能が高いほど、酸素吸蔵容量は大きくなり、触媒の劣化度が大きく酸素吸蔵能が低いほど、酸素吸蔵容量は小さくなる。
【００３４】
よってこの酸素吸蔵容量を計測し、当該計測値に基づいて触媒の異常を診断する方法、すなわちＣｍａｘ法が一般的に採用されている。この方法を基本方法と称す。
【００３５】
以下、基本方法について説明する。異常診断に際してはまず、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、触媒上流側の空燃比、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、リッチおよびリーンに交互に制御する。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比も、リッチおよびリーンに交互に制御されることとなる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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／Ｆｆｒ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。
【００３９】
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ている。このとき、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０．２Ｖ）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。これにより空燃比制御はリーン制御からリッチ制御に切り替えられ、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。
【００４０】
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０．６Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられ、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。隣り合うリーン制御とリッチ制御の組をアクティブ空燃比制御の１周期とする。アクティブ空燃比制御は所定のＮ周期（Ｎは２以上の整数）実行される。
【００４３】
ここでリーン判定値ＶＬは、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリーン判定値ＶＬは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さい（リーン側の）値に予め定められている。
【００４４】
同様に、リッチ判定値ＶＲは、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリッチ判定値ＶＲは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きい（リッチ側の）値に予め定められている。
【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前式（１）に従って計測される。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。
【００５２】
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。
【００５３】
［本実施形態の異常診断方法］
次に、本実施形態の異常診断方法を説明する。なお「酸素吸蔵容量ＯＳＣ」および「酸素量」とは、「吸蔵酸素量ＯＳＣａ」と「放出酸素量ＯＳＣｂ」を包括する用語である。
【００５４】
前述したように、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測に際しては、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、基本方法の如きＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
【００５５】
この点を図６および図７を用いて詳しく説明する。図６は正常触媒の場合、図７は異常触媒の場合である。両図は、リーン制御からリッチ制御に切り替えたときの試験結果を示している。但し、触媒後センサ出力Ｖｒが反転しても（すなわちリッチ判定値ＶＲ＝０．６（Ｖ）に達しても）リーン制御への切り替えは行っていない。
【００５６】
両図において、（Ａ）には目標空燃比Ａ／Ｆｔと、触媒前センサ１７によって検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ（線ａ）と、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ（線ｂ）とを示す。ここでは触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを触媒下流側に試験用に設置し、この空燃比センサにより検出された空燃比を触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとしている。
【００５７】
（Ｂ）には触媒後センサ出力Ｖｒを示し、（Ｃ）には放出酸素量ＯＳＣｂの積算値を示す。触媒後センサ出力Ｖｒは０〜１（Ｖ）の範囲内で変化し得る。
【００５８】
まず図６の正常触媒の場合を説明する。リッチ制御への切替後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが低下してストイキ（＝１４．６）に到達した時点ｔ１から、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側に上昇してリッチ判定値ＶＲに到達する時点ｔ３まで、放出酸素量ＯＳＣｂが積算される。この放出酸素量ＯＳＣｂの時刻ｔ３での最終積算値は、（Ａ）に示す領域ｃの面積で表すことができる。この領域ｃは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの、ストイキ（１４．６）と触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域である。
【００５９】
一方、この期間ｔ１〜ｔ３内において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒはストイキより若干リッチとなっている。ストイキと触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとで挟まれた領域ｄの面積が、触媒で実際に処理しきれなかったリッチガスの部分、言い換えれば触媒から放出できなかった酸素の量（便宜上ＯＳＣｅとする）を表す。この領域ｄの面積が、時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうちの誤差分に相当する。
【００６０】
領域ｃの面積（ＯＳＣｂ）から、領域ｄの面積（ＯＳＣｅ）を差し引いて得られた値が、実際に触媒から放出された酸素量を表すことになる。このように、計測された放出酸素量ＯＳＣｂには、実際には放出されていない酸素量ＯＳＣｅが含まれている。
【００６１】
なお本実施形態の装置構成では、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒの絶対値まで検出できる空燃比センサがないので、誤差分自体を単独で計測することができない。便宜上、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域ｃを放出酸素量ＯＳＣｂとして計測しているのである。
【００６２】
ところで、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒後センサ出力Ｖｒに着目すると、時刻ｔ１と時刻ｔ３の間の時刻ｔ２において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒがリッチ側に低下し始め、触媒後センサ出力Ｖｒのリッチ側への上昇速度ないし変化率が増大し始めている。これは、時刻ｔ２で触媒の酸素放出が実質的に終了し、その後は触媒に残存している酸素が比較的ゆっくりと放出されていることを意味すると考えられる。或いは、時刻ｔ２で触媒のメインの酸素放出が終了し、その後は副次的な残存酸素の放出が行われていることを意味すると考えられる。
【００６３】
もっとも、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間でも、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差があり、実際に酸素が放出され、リッチガスが処理されている。よってこの期間ｔ２〜ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は比較的少ないものと考えられる。そして正常触媒の場合、全期間ｔ１〜ｔ３で計測される全放出酸素量の値が大きいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２〜ｔ３内の誤差分が占める割合は比較的少ないと考えられる。
【００６４】
（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は比較的少ない。
【００６５】
これとは対照的に、図７に示す異常触媒の場合だと、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間の期間において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差が殆ど無い。これは、触媒が実質的に酸素を放出していないことを意味する。しかしながら、この期間ｔ２〜ｔ３でも、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの差が積算され、あたかも触媒が酸素を放出しているかのように放出酸素量ＯＳＣｂが計測されている。
【００６６】
よってこの期間ｔ２〜ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は非常に多いと考えられる。そして異常触媒の場合、全期間ｔ１〜ｔ３で計測される全放出酸素量の値が比較的小さいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２〜ｔ３内の誤差分が占める割合も多いものと考えられる。
【００６７】
（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は多い。
【００６８】
このように、基本方法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値の真の値に対する増加割合も大きくなる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
【００６９】
また、正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。近年では、触媒の貴金属量を低減する傾向にあり、こうした触媒では、正異常触媒間での吸放出可能な酸素量の差が元々小さい。よって誤差割合が大きいと、正異常触媒間での微妙な酸素量の差を見分けることができず、十分な診断精度を確保できない虞がある。
【００７０】
こうした問題は、触媒後センサ出力の反転時付近における制御遅れにも起因している。すなわち、触媒後センサ１８には、リッチガスが実際に供給されても出力が直ぐにリッチ側に切り替わらないという応答遅れがある。また、燃焼室３内の空燃比がリッチに切り替えられてから、そのリッチガスが触媒付近に到達するまでに時間を要するという輸送遅れも存在する。これら応答遅れと輸送遅れを含めて制御遅れという。制御遅れ期間中は、未浄化のリッチガスが触媒から排出されるので、エミッションが悪化する。
【００７１】
図７の例において、リッチガスが触媒から顕著に漏れ出した時刻ｔ２で、瞬時に触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達すれば、応答遅れによるエミッション悪化は抑制される。しかしながら実際にはそうならないために応答遅れによるエミッション悪化が顕著となる。また、仮に時刻ｔ３で空燃比がリーンに切り替えられたとしても、輸送遅れ期間中は触媒にリッチガスが供給され、かつそのリッチガスを触媒では処理できない。よって輸送遅れによるエミッション悪化も発生する。
【００７２】
上述の例はリッチ制御の場合であるが、リーン制御の場合にも同様の問題がある。
【００７３】
そこでこの問題を解決するため、本実施形態では、次のように診断方法を基本方法から変更する。概略的に述べると、まず酸素量の計測自体を廃止する。
【００７４】
次に、触媒後センサ出力の反転後の挙動に着目し、これを利用する。触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後は、触媒中で未処理ないし未反応のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出する。このとき、触媒の異常度合いが大きいほど、未反応ガスのリッチ度合いまたはリーン度合いが強く、触媒後センサ出力は速く大きく変化する傾向にある。よって反転後の触媒後センサ出力の挙動を利用すれば、触媒の異常度合いを推定することができる。
【００７５】
そして好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早いタイミングに設定する。より好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを、図６および図７に示した時刻ｔ２の如き、実質的な酸素吸放出終了タイミングにできるだけ近づけるようにする。これにより、触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後に、未処理のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出してしまうことを抑制できる。そしてこの未処理ガスに起因する診断誤差やエミッション悪化を抑制できる。
【００７６】
図８には、触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早めた場合の各値の推移を示す。（Ａ）は、正常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。（Ｂ）は、異常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。
【００７７】
（Ｃ）は、正常触媒の場合と異常触媒の場合における触媒後センサ出力Ｖｒを示す。（Ｄ）は、上流触媒１１から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を示す。図中の各値について、正常触媒の場合には添字「ｎ」が付され、異常触媒の場合には添字「ａ」が付されている。
【００７８】
図示するように、時刻ｔ１で、空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられている。その後、正常触媒の場合だと、空燃比制御は時刻ｔ２ｎでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ｎでリーン制御に切り替えられている。異常触媒の場合では、空燃比制御が時刻ｔ２ａでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ａでリーン制御に切り替えられ、時刻ｔ４ａでリッチ制御に切り替えられている。このように本実施形態においてもアクティブ空燃比制御は依然として実行される。
【００７９】
これら切替タイミングを規定する触媒後センサ出力Ｖｒの閾値は、二種類の閾値からなり、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値ＶＬＸと、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値ＶＲＸとからなる。
【００８０】
図９に示すが、リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬよりもリッチ側の値とされ、リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲよりもリーン側の値とされている。特に図８および図９に示す例では、リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとが互いに等しい値とされており、とりわけ、図５に示すストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））に等しい値とされている。
【００８１】
これによると、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングおよび空燃比制御の切替タイミングが、上述の基本方法（図３，図４）よりも早くなる。よって、触媒の実質的な酸素吸放出終了後に触媒から流出する未処理ガスの影響をできるだけ排除し、診断誤差を縮小することができる。
【００８２】
また、図８で着目すべきは、触媒後センサ出力Ｖｒが閾値ＶＬＸ，ＶＲＸに達した後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動である。例えばリーン制御への切り替え（ｔ１）の後、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリッチ側に上昇し、その最大ピーク（リッチピーク）の値も大きい。
【００８３】
逆にリッチ制御への切り替え（ｔ２ｎ，ｔ２ａ）の後だと、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリーン側に低下し、その最小ピーク（リーンピーク）の値も小さい。
【００８４】
このように、触媒が異常傾向にあるほど、切替後の触媒後センサ出力Ｖｒはより急速に、大きく変化する。従って、このような触媒後センサ出力Ｖｒの挙動の違いを利用することで、触媒の異常度合いを好適に、しかも高精度で推定可能である。
【００８５】
なお、正常触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達して（ｔ１）リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１ｎでストイキに到達する。このストイキ到達時点ｔ１１ｎでの触媒後センサ出力をＶｒ（ｔ１１ｎ）で表す。同様に、異常触媒の場合、ストイキ到達時点ｔ１１ａでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ１１ａ）である。異常触媒の場合の方が正常触媒の場合よりも触媒後センサ出力Ｖｒが急速に大きく変化する傾向にあるので、Ｖｒ（ｔ１１ａ）はＶｒ（ｔ１１ｎ）よりも大きいリッチ側の値となっている。
【００８６】
同様に、正常触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達して（ｔ２ｎ）リッチ制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１ｎでストイキに到達する。このストイキ到達時点ｔ２１ｎでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ２１ｎ）である。他方、異常触媒の場合だと、ストイキ到達時点ｔ２１ａでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ２１ａ）である。Ｖｒ（ｔ２１ａ）はＶｒ（ｔ２１ｎ）よりも小さいリーン側の値となっている。
【００８７】
図８（Ｄ）に示すＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御（ｔ１〜ｔ２ｎ若しくはｔ１〜ｔ２ａ）の終了直後に触媒から排出されるＮＯｘの濃度である。このＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御終了直後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動と相関関係がある。すなわち、触媒が異常傾向にあり、触媒後センサ出力Ｖｒが急速に大きく変化するほど、ＮＯｘ濃度は急速に大きく増大し、エミッションは悪化する傾向にある。
【００８８】
もっとも、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングが基本方法より早められているので、エミッションの悪化度合いは基本方法よりは少ない。
【００８９】
図９は、基本方法との違いを分かり易くするため、図３および図４を本実施形態に即するよう修正した図である。リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとはストイキ相当値Ｖｓｔに等しくされている。
【００９０】
例えばリッチ制御期間中（本実施形態ではｔ１〜ｔ２）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きなリッチ判定値ＶＲまで上昇しなければ、切り替えが行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リッチ判定値ＶＲよりリーン側のリッチ閾値ＶＲＸに上昇すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
【００９１】
リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲより小さく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干大きな（リッチ側の）値にすることもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さな（リーン側の）値にすることもできる。リーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）よりも小さな値ＶＲＸ’にしたり、リーン判定値ＶＬと等しい値ＶＲＸ”にしたり、リーン判定値ＶＬとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＲＸ”’にしたりすることも可能である。
【００９２】
他方、リーン制御期間中（本実施形態ではｔ２〜ｔ３）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さなリーン判定値ＶＬまで低下しなければ、切り替えは行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リーン判定値ＶＬよりリッチ側のリーン閾値ＶＬＸに低下すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
【００９３】
リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬより大きく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干小さな（リーン側の）値にすることもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きな（リッチ側の）値にすることもできる。リッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）よりも大きな値ＶＬＸ’にしたり、リッチ判定値ＶＲと等しい値ＶＬＸ”にしたり、リッチ判定値ＶＲとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＬＸ”’にしたりすることも可能である。
【００９４】
なお、本実施形態では、図示されるような放出酸素量ＯＳＣｂおよび吸蔵酸素量ＯＳＣａは計測されない。或いは、計測されたとしてもそれらの値は診断の基礎とされない。これらを計測しないこととすれば、ＥＣＵ２０の演算負荷を大幅に軽減することができる。
【００９５】
次に、本実施形態の異常診断の方法を、図１０を用いてより具体的に説明する。図１０（Ａ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。図１０（Ｂ）は触媒後センサ出力Ｖｒを示す。
【００９６】
時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、それぞれ、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸに達し、リッチ制御とリーン制御とが切り替えられている。
【００９７】
本実施形態では、リッチ閾値ＶＲＸとリーン閾値ＶＬＸが一定値に固定されておらず、可変である。またこれらは等しい値となることもあるが、概ね異なる値とされる。但し前述したように、リッチ閾値ＶＲＸはリッチ判定値ＶＲよりリーン側であり、リーン閾値ＶＬＸはリーン判定値ＶＬよりリッチ側である。
【００９８】
また、所定の参照値として、ストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））よりリッチ側のリッチ参照値ＶＲＹと、ストイキ相当値Ｖｓｔよりリーン側のリーン参照値ＶＬＹとが予め一定値として設定されている。図示例ではリッチ参照値ＶＲＹがリッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）と等しく設定され、リーン参照値ＶＬＹがリーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）と等しく設定されている。但し、リッチ参照値ＶＲＹはリッチ判定値ＶＲと若干異なっても良いし、リーン参照値ＶＬＹはリーン判定値ＶＬと若干異なっても良い。
【００９９】
前述したように、触媒の異常度合いが大きくなるほど触媒後センサ出力Ｖｒは急速に大きく変化し、その振れ幅は大きくなる傾向にある。新品触媒から使用を開始し、未だ触媒の異常度合いが小さいときには、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹに到達せず、触媒後センサ出力Ｖｒはリッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹの間で振動する。
【０１００】
そして触媒の異常度合いが増していくと、触媒後センサ出力Ｖｒは、リッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹに到達し、且つそれを超えるほど大きく振動するようになる。これを示したのが図１０である。
【０１０１】
触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達し（ｔ１）、リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１でストイキに到達する。このストイキ到達時点での触媒後センサ出力Ｖｒを「リッチストイキ出力Ａ」と称する。図示されるように、リッチストイキ出力Ａはリッチ参照値ＶＲＹを超えており、それより大きくリッチ側となっている。リッチストイキ出力Ａとリッチ参照値ＶＲＹとの間には差（「リッチストイキ出力差」と称す）ΔＡが存在する。
【０１０２】
本実施形態では、このリッチストイキ出力差ΔＡがなくなるよう、リッチストイキ出力差ΔＡに基づいて補正値を算出し、この補正値に基づいてリッチ閾値ＶＲＸをフィードバック補正する。より詳細には、リッチ閾値ＶＲＸをリーン側に移動するような補正値を算出し、この補正値に基づいてリッチ閾値ＶＲＸをフィードバック補正する。
【０１０３】
リッチ閾値ＶＲＸをリーン側に移動ないし補正すると、リッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングが早められ、触媒の実質的な酸素放出終了後に漏れ出してくる未処理のリッチガスの影響が減じられ、触媒後センサ出力Ｖｒの振れ幅は小さくなる。よってリッチ閾値ＶＲＸをリーン側に所定量移動ないし補正することにより、リッチストイキ出力差ΔＡをなくし、リッチストイキ出力Ａをリッチ参照値ＶＲＹに合致させることができる。
【０１０４】
このような補正を実行した場合、触媒の異常度合いが増していくにつれ、リッチ閾値ＶＲＸの移動量ないし補正量が大きくなる。よってこの移動量ないし補正量は触媒の異常度合いを好適に表す。移動量ないし補正量を所定の異常判定値と比較することによって、触媒が正常か異常かを好適に判定することができる。
【０１０５】
図示例では、時刻ｔ１１で得られたリッチストイキ出力差ΔＡに基づき、リッチ閾値がＶＲＸからＶＲＸ’へとリーン側に補正されている。この結果、リッチ閾値ＶＲＸ’到達後のストイキ到達時点ｔ３１では、リッチストイキ出力Ａ’とリッチ参照値ＶＲＹとの差がΔＡ’へと減少され、当該差がなくなる方向とされている。
【０１０６】
他方、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達し（ｔ２）、リッチ制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１でストイキに到達する。このストイキ到達時点での触媒後センサ出力Ｖｒを「リーンストイキ出力Ｂ」と称する。図示されるように、リーンストイキ出力Ｂはリーン参照値ＶＬＹを超えており、それより小さくリーン側となっている。リーンストイキ出力Ｂとリーン参照値ＶＬＹとの間には差（「リーンストイキ出力差」と称す）ΔＢが存在する。
【０１０７】
本実施形態では、このリーンストイキ出力差ΔＢがなくなるよう、リーンストイキ出力差ΔＢに基づいて補正値を算出し、この補正値に基づいてリーン閾値ＶＬＸをフィードバック補正する。より詳細には、リーン閾値ＶＬＸをリッチ側に移動するような補正値を算出し、この補正値に基づいてリーン閾値ＶＬＸをフィードバック補正する。
【０１０８】
リーン閾値ＶＬＸをリッチ側に移動ないし補正すると、リーン制御からリッチ制御への切り替えタイミングが早められ、触媒の実質的な酸素吸蔵終了後に漏れ出してくる未処理のリーンガスの影響が減じられ、触媒後センサ出力Ｖｒの振れ幅は小さくなる。よってリーン閾値ＶＬＸをリッチ側に所定量移動ないし補正することにより、リーンストイキ出力差ΔＢをなくし、リーンストイキ出力Ｂをリーン参照値ＶＬＹに合致させることができる。
【０１０９】
このような補正を実行した場合、触媒の異常度合いが増していくにつれ、リーン閾値ＶＬＸの移動量ないし補正量が大きくなる。よってこの移動量ないし補正量は触媒の異常度合いを好適に表し、移動量ないし補正量を所定の異常判定値と比較することによって、触媒が正常か異常かを好適に判定することができる。
【０１１０】
図示例では、時刻ｔ２１で得られたリーンストイキ出力差ΔＢに基づき、リーン閾値がＶＬＸからＶＬＸ’へとリッチ側に補正されている。この結果、リーンストイキ出力差ΔＢはなくなる方向に減少されることとなる。
［本実施形態の異常診断処理］
次に、ＥＣＵ２０が実行する本実施形態の異常診断処理について説明する。まず図１１を用いて、異常判定値との比較対象である判定パラメータの算出ルーチンを説明する。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。
【０１１１】
最初のステップＳ１０１では、診断許可フラグがオンとなったか否かが判断される。診断許可フラグとは、診断の前提条件が成立したときにオンとなるフラグである。ここでいう前提条件には、（１）吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとが所定の関係を満たしている、という条件が含まれる。吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５で検出される。触媒温度Ｔｃは、エンジン運転状態に基づきＥＣＵ２０により推定されるが、温度センサで直接検出してもよい。
【０１１２】
エンジンが定常運転している場合、即ちエンジンの回転速度と負荷がほぼ一定の場合、吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの間には一定の相関関係が存在する。他方、両者が大きくかけ離れているときは、エンジンが定常運転状態になく、加速又は減速即ち過渡運転が行われている状態とみなせる。
【０１１３】
そこで定常運転時の吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの関係を予めマップ化し、マップ値を中心とした所定範囲内に両者の実際値があるときに、定常運転中であるとして診断を許可する。逆に、その所定範囲内に両者の実際値がないときは、非定常運転中であるとして診断を禁止する。こうすることで一定以上の診断精度を確保可能となる。このように条件（１）は、実質的に、エンジンが定常運転中であるという条件を意味する。
【０１１４】
また前提条件には、（２）少なくとも上流触媒１１が活性化している、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している、（４）現トリップ中で診断が未完了である、の各条件が含まれる。
【０１１５】
（２）については、推定触媒温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（３）については、ＥＣＵ２０によって推定される触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（４）について、トリップとは、エンジンの１回の始動から停止までの期間をいう。本実施形態では１トリップ当たりに１回、診断を実行するようにしており、現トリップ中で未だ診断が１回も完了していない場合に（４）が成立する。
【０１１６】
診断許可フラグがオンとなってない場合（オフの場合）、ルーチンが終了される。他方、診断許可フラグがオンとなった場合には、ステップＳ１０２において、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔの設定履歴があるか否かが判断される。
【０１１７】
ノーの場合、まずステップＳ１０３において、リッチ閾値とリーン閾値の初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０が設定される。この設定は、リッチ閾値の初期値ＶＲＸ０については図１２に示すようなマップにより、リーン閾値の初期値ＶＬＸ０については図１３に示すようなマップにより、それぞれ吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとに基づいて個別に行われる。
【０１１８】
これら初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０は、大凡ストイキ相当値Ｖｓｔの近傍にて、吸入空気量Ｇａおよび触媒温度Ｔｃに応じて変化する。吸入空気量Ｇａおよび触媒温度Ｔｃに応じて触媒の酸素吸放出能および反応速度が変化することから、これらの値を考慮して初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０を設定するようにしている。
【０１１９】
図１２から分かるように、吸入空気量Ｇａが多くなるほどリッチ閾値の初期値ＶＲＸ０は小さくなり、空燃比制御の切替タイミングは早まる。また触媒温度Ｔｃが高くなるほどリッチ閾値の初期値ＶＲＸ０は大きくなり、空燃比制御の切替タイミングは遅くなる。
【０１２０】
他方、図１３から分かるように、吸入空気量Ｇａが多くなるほどリーン閾値の初期値ＶＬＸ０は大きくなり、空燃比制御の切替タイミングは早まる。また触媒温度Ｔｃが高くなるほどリーン閾値の初期値ＶＬＸ０は小さくなり、空燃比制御の切替タイミングは遅くなる。
【０１２１】
なお、初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０は、ストイキ相当値Ｖｓｔまたはその近傍の一定値としても良いし、互いに等しい値としても良い。
【０１２２】
次いで、ステップＳ１０４では、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定される。現時点（アクティブ空燃比制御開始直前）の触媒後センサ出力Ｖｒがストイキ相当値Ｖｓｔ以上（リッチ側）であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーンに設定され、アクティブ空燃比制御はリーン制御から開始される。逆に、現時点の触媒後センサ出力Ｖｒがストイキ相当値Ｖｓｔ未満（リーン側）であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチに設定され、アクティブ空燃比制御はリッチ制御から開始される。
【０１２３】
こうして初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定されると、直ちにアクティブ空燃比制御が開始される。それ以降、前述したように、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸに達する毎に、リッチ制御およびリーン制御が切り替えられることとなる。ステップＳ１０４を終えたらステップＳ１０５に進む。
【０１２４】
他方、ステップＳ１０２の判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０３、Ｓ１０４をスキップしてステップＳ１０５に進む。
【０１２５】
ステップＳ１０５では、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替え履歴があるか否かが判断される。なければ終了され、ある場合にはステップＳ１０６に進む。すなわちここでは、目標空燃比Ａ／Ｆｔの２回目の切替時から実質的な判定パラメータ算出処理を開始するようにしている。
【０１２６】
ステップＳ１０６では、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンか否か、すなわちリーン制御実行中であるか否かが判断される。目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンの場合、ステップＳ１０７に進み、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンでない（リッチである）場合、ステップＳ１１５に進む。
【０１２７】
ステップＳ１０７では、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以上になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ１０８に進む。
【０１２８】
ステップＳ１０８では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以上になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）における触媒後センサ出力（リッチストイキ出力）Ａが取得済みであるか否かが判断される。
取得済みでない場合、ステップＳ１０９において、リッチストイキ出力Ａが取得され、ステップＳ１１０に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ１０９をスキップしてステップＳ１１０に進む。
【０１２９】
ステップＳ１１０では、リッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹより大きいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ１１１において、リッチストイキ出力差ΔＡがΔＡ＝Ａ−ＶＲＹにより算出される。
【０１３０】
次にステップＳ１１２において、リッチストイキ出力差ΔＡに基づき、補正値（リッチストイキ補正値）ＪＡが算出される。このリッチストイキ補正値ＪＡは、図１４に示すようなマップから算出される。特にここでは、リッチストイキ出力差ΔＡに加え、リッチ閾値ＶＲＸにも基づいて、リッチストイキ補正値ＪＡを算出するようにしている。リッチストイキ出力差ΔＡの大きさはリッチ閾値ＶＲＸの値の影響も受ける。つまりリッチ閾値ＶＲＸが如何なる値であるかによってリッチストイキ出力差ΔＡの大きさが異なる。よってリッチ閾値ＶＲＸの値の影響も加味するため、リッチ閾値ＶＲＸにも基づいてリッチストイキ補正値ＪＡを算出している。
【０１３１】
リッチストイキ出力差ΔＡがプラス方向に大きいほど、リッチストイキ補正値ＪＡも大きくなる（但しＪＡ＞０）。またリッチ閾値ＶＲＸが大きいほど、リッチストイキ補正値ＪＡも大きくなる。
【０１３２】
次に、ステップＳ１１３で、リッチ閾値ＶＲＸが補正される。補正後のリッチ閾値ＶＲＸ’はＶＲＸ’＝ＶＲＸ−ＪＡにより算出される。これによりリッチ閾値ＶＲＸはリーン側に補正されることとなる。リッチストイキ補正値ＪＡが大きいほど、リッチ閾値ＶＲＸはより大きくリーン側に補正され、空燃比制御の切替タイミングは早められる。この後ルーチンが終了される。
【０１３３】
ステップＳ１１０の判断結果がノーの場合、ステップＳ１１４に進み、判定パラメータ（リッチストイキ判定パラメータ）ＺＡがＺＡ＝｜ＶＲＸ−ＶＲＸ０｜により算出される。この後ルーチンが終了される。なおリッチストイキ判定パラメータＺＡの初期値は０である。
【０１３４】
他方、ステップＳ１０６で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチの場合、リッチとリーン等の関係が逆転すること以外、ステップＳ１１５以降で同様の処理が行われる。
【０１３５】
ステップＳ１１５では、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以下になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ１１６に進む。
【０１３６】
ステップＳ１１６では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以下になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）における触媒後センサ出力（リーンストイキ出力）Ｂが取得済みであるか否かが判断される。
取得済みでない場合、ステップＳ１１７において、リーンストイキ出力Ｂが取得され、ステップＳ１１８に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ１１７をスキップしてステップＳ１１８に進む。
【０１３７】
ステップＳ１１８では、リーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹより小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ１１９において、リーンストイキ出力差ΔＢがΔＢ＝Ｂ−ＶＬＹにより算出される。
【０１３８】
次にステップＳ１２０において、リーンストイキ出力差ΔＢに基づき、補正値（リーンストイキ補正値）ＪＢが算出される。このリーンストイキ補正値ＪＢは、図１５に示すようなマップから算出される。ここでも、リーンストイキ出力差ΔＢに加え、リーン閾値ＶＬＸにも基づいて、リーンストイキ補正値ＪＢを算出するようにしている。リーンストイキ出力差ΔＢの大きさがリーン閾値ＶＬＸの値の影響も受けるからである。
【０１３９】
リーンストイキ出力差ΔＢがマイナス方向に大きいほど、リーンストイキ補正値ＪＢが大きくなる（但しＪＢ＞０）。またリーン閾値ＶＬＸが大きいほど、リーンストイキ補正値ＪＢは小さくなる。
【０１４０】
次に、ステップＳ１２１で、リーン閾値ＶＬＸが補正される。補正後のリーン閾値ＶＬＸ’はＶＬＸ’＝ＶＬＸ＋ＪＢにより算出される。これによりリーン閾値ＶＬＸはリッチ側に補正されることとなる。リーンストイキ補正値ＪＢが大きいほど、リーン閾値ＶＬＸはより大きくリッチ側に補正され、空燃比制御の切替タイミングは早められる。この後ルーチンが終了される。
【０１４１】
ステップＳ１１８の判断結果がノーの場合、ステップＳ１２２に進み、判定パラメータ（リーンストイキ判定パラメータ）ＺＢがＺＢ＝｜ＶＬＸ−ＶＬＸ０｜により算出される。この後ルーチンが終了される。リーンストイキ判定パラメータＺＢの初期値も０である。
【０１４２】
次に、図１６を用いて、触媒の正異常判定のためのルーチンを説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。ここで説明するのは、リッチストイキ判定パラメータＺＡを用いて正異常判定する方法である。
【０１４３】
ステップＳ２０１では、診断完了フラグがオンか否かが判断される。イエスの場合には終了され、ノーの場合（オフの場合）にはステップＳ２０２に進む。
【０１４４】
ステップＳ２０２では、リッチストイキ判定パラメータＺＡが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２０３に進む。
【０１４５】
ステップＳ２０３では、リッチストイキ判定パラメータＺＡが所定の異常判定値（リッチストイキ異常判定値）βＡ（但しβＡ＞０）と比較される。ＺＡ≧βＡのときにはステップＳ２０４で触媒は異常と判定され、ＺＡ＜βＡのときにはステップＳ２０５で触媒は正常と判定される。
【０１４６】
そして、ステップＳ２０６で診断完了フラグがオンされ、診断許可フラグがオフされ、ルーチンが終了される。
【０１４７】
図１７には、触媒の正異常判定のための別のルーチンを示す。このルーチンは、リッチストイキ判定パラメータＺＡの代わりにリーンストイキ判定パラメータＺＢを用いること以外、前記ルーチンとほぼ同様である。ステップＳ３０１、Ｓ３０４〜Ｓ３０６は前記ステップＳ２０１、Ｓ２０４〜２０６と同様である。
【０１４８】
ステップＳ３０２では、リーンストイキ判定パラメータＺＢが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ３０３に進む。
【０１４９】
ステップＳ３０３では、リーンストイキ判定パラメータＺＢが所定の異常判定値（リーンストイキ異常判定値）βＢ（但しβＢ＞０）と比較される。ＺＢ≧βＢのときにはステップＳ３０４で触媒は異常と判定され、ＺＢ＜βＢのときにはステップＳ３０５で触媒は正常と判定される。
【０１５０】
ここで、図１１のルーチンを実行した場合について説明する。例えば、２回目の目標空燃比Ａ／Ｆｔの切替時に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンに切り替えられたとすると（ステップＳ１０６：イエス）、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに到達した時点でリッチストイキ出力Ａが取得され（ステップＳ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９）、このリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹと比較される（ステップＳ１１０）。
【０１５１】
触媒の劣化度合いないし異常度合いがまだ小さいときには、リッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹに届かず（Ａ＜ＶＲＹ）、ステップＳ１１４に進んでリッチストイキ判定パラメータＺＡが初期値のゼロとなる。従って図１６のステップＳ２０３でもＺＡ＜βＡとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５２】
ところで、触媒の異常度合いが大きくなると、やがてリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹを超えるようになる（Ａ＞ＶＲＹ）。こうなると、ステップＳ１１０はイエスとなり、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３によりリッチ閾値ＶＲＸがリーン側に補正される。
【０１５３】
１回補正した後でもまだリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹより大きい場合、すなわちリッチストイキ出力差ΔＡがなくならない（０以下にならない）場合、再度、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３によりリッチ閾値ＶＲＸがリーン側に補正される。こうして必要に応じて、リッチストイキ出力差ΔＡがなくなるまで、補正が繰り返し行われ、リッチ閾値ＶＲＸは徐々にリーン側に更新されていく。
【０１５４】
そしてリッチストイキ出力差ΔＡがなくなったとき、ステップＳ１１０からステップＳ１１４に進んで、そのときのリッチストイキ判定パラメータＺＡ、すなわち補正後の最終的なリッチ閾値ＶＲＸとその初期値ＶＲＸ０との差が求められる。
【０１５５】
触媒の異常度合いがそれ程大きくなければ、リッチストイキ判定パラメータＺＡの値もそれ程大きくならない。よって、図１６のステップＳ２０３でＺＡ＜βＡとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５６】
しかしながら、触媒の異常度合いが大きいと、リッチストイキ判定パラメータＺＡの値も大きくなる。よって、図１６のステップＳ２０３でＺＡ≧βＡとなり、触媒は異常と判定される。
【０１５７】
リッチとリーンの関係が逆の場合、すなわち、２回目の目標空燃比Ａ／Ｆｔの切替時に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチに切り替えられた場合（ステップＳ１０６：ノー）についても説明する。触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに到達した時点でリーンストイキ出力Ｂが取得され（ステップＳ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１７）、このリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹと比較される（ステップＳ１１８）。
【０１５８】
触媒の劣化度合いないし異常度合いがまだ小さいときには、リーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹに届かず（Ｂ＞ＶＬＹ）、ステップＳ１２２に進んでリーンストイキ判定パラメータＺＢが初期値のゼロとなる。従って図１７のステップＳ３０３でもＺＢ＜βＢとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５９】
触媒の異常度合いが大きくなると、やがてリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹを超えるようになる（Ｂ＜ＶＬＹ）。こうなると、ステップＳ１１８はイエスとなり、ステップＳ１１９〜Ｓ１２１によりリーン閾値ＶＬＸがリッチ側に補正される。
【０１６０】
１回補正した後でもまだリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹより小さい場合、すなわちリーンストイキ出力差ΔＢがなくならない（０以下にならない）場合、再度、ステップＳ１１９〜Ｓ１２１によりリーン閾値ＶＬＸがリッチ側に補正される。こうして必要に応じて、リーンストイキ出力差ΔＢがなくなるまで、補正が繰り返し行われ、リーン閾値ＶＬＸは徐々にリッチ側に更新されていく。
【０１６１】
そしてリーンストイキ出力差ΔＢがなくなったとき、ステップＳ１１８からステップＳ１２２に進んで、そのときのリーンストイキ判定パラメータＺＢ、すなわち補正後の最終的なリーン閾値ＶＬＸとその初期値ＶＬＸ０との差が求められる。
【０１６２】
触媒の異常度合いがそれ程大きくなければ、リーンストイキ判定パラメータＺＢの値もそれ程大きくならない。よって、図１７のステップＳ３０３でＺＢ＜βＢとなり、触媒は正常と判定される。
【０１６３】
しかしながら、触媒の異常度合いが大きいと、リーンストイキ判定パラメータＺＢの値も大きくなる。よって、図１７のステップＳ３０３でＺＢ≧βＢとなり、触媒は異常と判定される。
【０１６４】
なお、ここではリッチストイキ判定パラメータＺＡおよびリーンストイキ判定パラメータＺＢの一方に基づいて正異常判定を行う例を示した。しかしながら、これに限定されず、両方に基づいて正異常判定を行ってもよい。例えばＺＡ≧βＡとＺＢ≧βＢとのいずれか一方が成立したときに異常と判定し、或いは、ＺＡ≧βＡとＺＢ≧βＢとの両方が成立したときに異常と判定してもよい。
【０１６５】
リッチストイキ判定パラメータＺＡは、リッチ閾値ＶＲＸが初期値ＶＲＸ０から最終的な補正後のリッチ閾値ＶＲＸに達するまでの間に算出されたリッチストイキ補正値ＪＡの積算値からなってもよい。同様に、リーンストイキ判定パラメータＺＢは、リーン閾値ＶＬＸが初期値ＶＬＸ０から最終的な補正後のリーン閾値ＶＬＸに達するまでの間に算出されたリーンストイキ補正値ＪＢの積算値からなってもよい。これら積算値は、実質的に、リッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸの初期値と最終的な補正後の値との差を表すものである。
【０１６６】
図１１のルーチンに関し、リッチストイキ判定パラメータＺＡおよびリーンストイキ判定パラメータＺＢの少なくとも一方が算出された時点で、アクティブ空燃比制御を終了しても良い。そしてその算出された一方に基づいて正異常判定しても良い。
【０１６７】
リッチストイキ判定パラメータＺＡは、リッチストイキ出力差ΔＡがなくなったときのリッチ閾値ＶＲＸ自身からなってもよい。そしてリーン側に補正された結果としてのリッチ閾値ＶＲＸが、所定の異常判定値よりリーン側の値であるときに触媒を異常と判定しても良い。同様に、リーンストイキ判定パラメータＺＢは、リーンストイキ出力差ΔＢがなくなったときのリーン閾値ＶＬＸ自身からなってもよい。そしてリッチ側に補正された結果としてのリーン閾値ＶＬＸが、所定の異常判定値よりリッチ側の値であるときに触媒を異常と判定しても良い。
【０１６８】
以上で説明したように、本実施形態によれば、吸放出酸素量を計測せず或いは考慮せず、触媒後センサ出力が閾値に達した後の触媒後センサ出力の挙動に基づき、触媒が正常か異常かを判定する。よって実際に吸放出されてない酸素量を計測してしまうことによる計測誤差をなくし、診断精度を向上すると共に誤診断を抑制することができる。
【０１６９】
また、空燃比制御の切替タイミングを基本方法よりも早められるので、このことによってもさらに診断精度を向上し、誤診断を抑制することができる。
【０１７０】
こうして診断精度が向上した結果、微妙な異常度合いの差も判別できるようになり、その差が元々小さい触媒の場合でも、十分な診断精度を確保することが可能となる。
【０１７１】
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。上記の説明ではリーン側とリッチ側若しくは吸蔵側と放出側の一方のみしか説明していない箇所があるが、この一方に対する説明によって他方も理解されることが当業者にとって明らかであろう。前記実施形態では触媒前センサ１７により触媒前空燃比を直接検出したが、ＥＣＵ２０により触媒前空燃比をエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。いずれにしても、少なくともＥＣＵ２０が、触媒前空燃比を取得する取得手段を構成する。
【０１７２】
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】
【０１７３】
１ 内燃機関
６ 排気管
１１ 上流触媒
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒の異常診断に係り、特に、内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置に関する。
【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、触媒上流側の空燃比をリッチおよびリーンに交互に制御するアクティブ空燃比制御を行い、それらリーン制御中およびリッチ制御中に前記触媒が吸放出する酸素量を計測し、この酸素量に基づき触媒の異常を診断する方法（所謂Ｃｍａｘ法）が採用される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでこのＣｍａｘ法では、触媒の下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサを設け、触媒後センサの出力が反転するのと同時にリーン制御とリッチ制御を切り替え、且つ酸素量の計測を終了するようにしている。
【０００６】
しかしながら酸素量の計測に際して、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、従来のＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断することに繋がりかねない。また正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。
【０００７】
そこで本発明は以上の事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、診断精度を向上して誤診断を抑制し得る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】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
触媒上流側の空燃比をストイキを境に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手段と、
触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記参照値との差がなくなるよう、前記差に基づき前記閾値をフィードバック補正する補正手段と、
前記差がなくなったときの前記閾値に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記判定手段は、前記差がなくなったときの前記閾値と、前記閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【００１０】
好ましくは、前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値であり、
前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値である。
【００１１】
好ましくは、前記参照値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリーン参照値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリッチ参照値とからなり、
前記リーン参照値は、前記リーン閾値よりもリーン側の値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ閾値よりもリッチ側の値である。
【００１２】
好ましくは、前記リーン参照値は、前記リーン判定値と等しい値であり、前記リッチ参照値は、前記リッチ判定値と等しい値である。
【００１３】
好ましくは、前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リッチ閾値に達し、これと同時に前記リッチ制御から前記リーン制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リッチ参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リッチ参照値との差であるリッチストイキ出力差に基づき、前記リッチ閾値をリーン側に移動するよう補正する。
【００１４】
好ましくは、前記判定手段は、前記リッチストイキ出力差がなくなったときの前記リッチ閾値と、前記リッチ閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【００１５】
好ましくは、前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リーン閾値に達し、これと同時に前記リーン制御から前記リッチ制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リーン参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リーン参照値との差であるリーンストイキ出力差に基づき、前記リーン閾値をリッチ側に移動するよう補正する。
【００１６】
好ましくは、前記判定手段は、前記リーンストイキ出力差がなくなったときの前記リーン閾値と、前記リーン閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、診断精度を向上して誤診断を抑制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】
【００１８】
【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】基本方法におけるアクティブ空燃比制御のタイムチャートである。
【図４】基本方法における酸素吸蔵容量の計測方法を示すタイムチャートである。
【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】リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、正常触媒の場合である。
【図７】リッチ制御時の試験結果を示すタイムチャートであり、異常触媒の場合である。
【図８】触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早めた場合の各値の推移を示すタイムチャートである。
【図９】図３および図４を本実施形態に即するよう修正したタイムチャートである。
【図１０】本実施形態の異常診断の方法を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】判定パラメータの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】リッチ閾値の初期値を算出するためのマップを示す。
【図１３】リーン閾値の初期値を算出するためのマップを示す。
【図１４】リッチストイキ補正値を算出するためのマップを示す。
【図１５】リーンストイキ補正値を算出するためのマップを示す。
【図１６】触媒の正異常判定に関するフローチャートである。
【図１７】触媒の正異常判定に関する別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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単位時間当たりの空気量すなわち吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（排気空燃比）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は所謂酸素センサ（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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及び下流触媒１９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の出力に基づきフィードバック制御する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［異常診断の基本方法］
触媒１１の酸素吸蔵能は、現状の触媒１１が吸蔵または放出し得る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すことができる。すなわち、触媒の劣化度が小さく酸素吸蔵能が高いほど、酸素吸蔵容量は大きくなり、触媒の劣化度が大きく酸素吸蔵能が低いほど、酸素吸蔵容量は小さくなる。
【００３４】
よってこの酸素吸蔵容量を計測し、当該計測値に基づいて触媒の異常を診断する方法、すなわちＣｍａｘ法が一般的に採用されている。この方法を基本方法と称す。
【００３５】
以下、基本方法について説明する。異常診断に際してはまず、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、触媒上流側の空燃比、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、リッチおよびリーンに交互に制御する。これにより、触媒１１に供給される排気ガスの空燃比も、リッチおよびリーンに交互に制御されることとなる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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／Ｆｆｒ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。
【００３９】
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ている。このとき、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０．２Ｖ）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。これにより空燃比制御はリーン制御からリッチ制御に切り替えられ、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。
【００４０】
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０．６Ｖ）に達した時点ｔ２で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比Ａ／Ｆｌに切り替えられる。これにより空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられ、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。隣り合うリーン制御とリッチ制御の組をアクティブ空燃比制御の１周期とする。アクティブ空燃比制御は所定のＮ周期（Ｎは２以上の整数）実行される。
【００４３】
ここでリーン判定値ＶＬは、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリーン判定値ＶＬは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さい（リーン側の）値に予め定められている。
【００４４】
同様に、リッチ判定値ＶＲは、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定する閾値の基準をなす。このリッチ判定値ＶＲは、図５にも示すように、触媒後センサ出力のストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きい（リッチ側の）値に予め定められている。
【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前式（１）に従って計測される。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。
【００５２】
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。
【００５３】
［本実施形態の異常診断方法］
次に、本実施形態の異常診断方法を説明する。なお「酸素吸蔵容量ＯＳＣ」および「酸素量」とは、「吸蔵酸素量ＯＳＣａ」と「放出酸素量ＯＳＣｂ」を包括する用語である。
【００５４】
前述したように、酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測に際しては、実際には吸放出されていない酸素量が併せて計測されてしまうという計測誤差の問題がある。特に、基本方法の如きＣｍａｘ法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値が真の値より大きくなる傾向が強まる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
【００５５】
この点を図６および図７を用いて詳しく説明する。図６は正常触媒の場合、図７は異常触媒の場合である。両図は、リーン制御からリッチ制御に切り替えたときの試験結果を示している。但し、触媒後センサ出力Ｖｒが反転しても（すなわちリッチ判定値ＶＲ＝０．６（Ｖ）に達しても）リーン制御への切り替えは行っていない。
【００５６】
両図において、（Ａ）には目標空燃比Ａ／Ｆｔと、触媒前センサ１７によって検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ（線ａ）と、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ（線ｂ）とを示す。ここでは触媒前センサ１７と同様の空燃比センサを触媒下流側に試験用に設置し、この空燃比センサにより検出された空燃比を触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとしている。
【００５７】
（Ｂ）には触媒後センサ出力Ｖｒを示し、（Ｃ）には放出酸素量ＯＳＣｂの積算値を示す。触媒後センサ出力Ｖｒは０〜１（Ｖ）の範囲内で変化し得る。
【００５８】
まず図６の正常触媒の場合を説明する。リッチ制御への切替後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが低下してストイキ（＝１４．６）に到達した時点ｔ１から、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ側に上昇してリッチ判定値ＶＲに到達する時点ｔ３まで、放出酸素量ＯＳＣｂが積算される。この放出酸素量ＯＳＣｂの時刻ｔ３での最終積算値は、（Ａ）に示す領域ｃの面積で表すことができる。この領域ｃは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの、ストイキ（１４．６）と触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域である。
【００５９】
一方、この期間ｔ１〜ｔ３内において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒはストイキより若干リッチとなっている。ストイキと触媒後空燃比Ａ／Ｆｒとで挟まれた領域ｄの面積が、触媒で実際に処理しきれなかったリッチガスの部分、言い換えれば触媒から放出できなかった酸素の量（便宜上ＯＳＣｅとする）を表す。この領域ｄの面積が、時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうちの誤差分に相当する。
【００６０】
領域ｃの面積（ＯＳＣｂ）から、領域ｄの面積（ＯＳＣｅ）を差し引いて得られた値が、実際に触媒から放出された酸素量を表すことになる。このように、計測された放出酸素量ＯＳＣｂには、実際には放出されていない酸素量ＯＳＣｅが含まれている。
【００６１】
なお本実施形態の装置構成では、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒの絶対値まで検出できる空燃比センサがないので、誤差分自体を単独で計測することができない。便宜上、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとで挟まれた領域ｃを放出酸素量ＯＳＣｂとして計測しているのである。
【００６２】
ところで、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒後センサ出力Ｖｒに着目すると、時刻ｔ１と時刻ｔ３の間の時刻ｔ２において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒがリッチ側に低下し始め、触媒後センサ出力Ｖｒのリッチ側への上昇速度ないし変化率が増大し始めている。これは、時刻ｔ２で触媒の酸素放出が実質的に終了し、その後は触媒に残存している酸素が比較的ゆっくりと放出されていることを意味すると考えられる。或いは、時刻ｔ２で触媒のメインの酸素放出が終了し、その後は副次的な残存酸素の放出が行われていることを意味すると考えられる。
【００６３】
もっとも、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間でも、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差があり、実際に酸素が放出され、リッチガスが処理されている。よってこの期間ｔ２〜ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は比較的少ないものと考えられる。そして正常触媒の場合、全期間ｔ１〜ｔ３で計測される全放出酸素量の値が大きいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２〜ｔ３内の誤差分が占める割合は比較的少ないと考えられる。
【００６４】
（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は比較的少ない。
【００６５】
これとは対照的に、図７に示す異常触媒の場合だと、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間の期間において、触媒後空燃比Ａ／Ｆｒと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの間には差が殆ど無い。これは、触媒が実質的に酸素を放出していないことを意味する。しかしながら、この期間ｔ２〜ｔ３でも、ストイキと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとの差が積算され、あたかも触媒が酸素を放出しているかのように放出酸素量ＯＳＣｂが計測されている。
【００６６】
よってこの期間ｔ２〜ｔ３で計測された放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分が占める割合は非常に多いと考えられる。そして異常触媒の場合、全期間ｔ１〜ｔ３で計測される全放出酸素量の値が比較的小さいことから、この全放出酸素量のうち、期間ｔ２〜ｔ３内の誤差分が占める割合も多いものと考えられる。
【００６７】
（Ｃ）に、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅを概略的に示す。時刻ｔ３における全放出酸素量ＯＳＣｂのうち、誤差分に相当する酸素量ＯＳＣｅの割合は多い。
【００６８】
このように、基本方法だと、異常触媒の場合に、正常触媒の場合に比べ、触媒後センサ出力反転直前における誤差割合が大きくなり、計測値の真の値に対する増加割合も大きくなる。こうなると、実際には異常な触媒を正常と誤診断する可能性がある。
【００６９】
また、正常触媒と異常触媒の間での酸素量計測値の差を拡大することができず、特にこれらの差が元々小さい触媒の場合では、十分な診断精度を確保できない虞がある。近年では、触媒の貴金属量を低減する傾向にあり、こうした触媒では、正異常触媒間での吸放出可能な酸素量の差が元々小さい。よって誤差割合が大きいと、正異常触媒間での微妙な酸素量の差を見分けることができず、十分な診断精度を確保できない虞がある。
【００７０】
こうした問題は、触媒後センサ出力の反転時付近における制御遅れにも起因している。すなわち、触媒後センサ１８には、リッチガスが実際に供給されても出力が直ぐにリッチ側に切り替わらないという応答遅れがある。また、燃焼室３内の空燃比がリッチに切り替えられてから、そのリッチガスが触媒付近に到達するまでに時間を要するという輸送遅れも存在する。これら応答遅れと輸送遅れを含めて制御遅れという。制御遅れ期間中は、未浄化のリッチガスが触媒から排出されるので、エミッションが悪化する。
【００７１】
図７の例において、リッチガスが触媒から顕著に漏れ出した時刻ｔ２で、瞬時に触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ判定値ＶＲに達すれば、応答遅れによるエミッション悪化は抑制される。しかしながら実際にはそうならないために応答遅れによるエミッション悪化が顕著となる。また、仮に時刻ｔ３で空燃比がリーンに切り替えられたとしても、輸送遅れ期間中は触媒にリッチガスが供給され、かつそのリッチガスを触媒では処理できない。よって輸送遅れによるエミッション悪化も発生する。
【００７２】
上述の例はリッチ制御の場合であるが、リーン制御の場合にも同様の問題がある。
【００７３】
そこでこの問題を解決するため、本実施形態では、次のように診断方法を基本方法から変更する。概略的に述べると、まず酸素量の計測自体を廃止する。
【００７４】
次に、触媒後センサ出力の反転後の挙動に着目し、これを利用する。触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後は、触媒中で未処理ないし未反応のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出する。このとき、触媒の異常度合いが大きいほど、未反応ガスのリッチ度合いまたはリーン度合いが強く、触媒後センサ出力は速く大きく変化する傾向にある。よって反転後の触媒後センサ出力の挙動を利用すれば、触媒の異常度合いを推定することができる。
【００７５】
そして好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早いタイミングに設定する。より好ましくは、触媒後センサ出力の反転タイミングを、図６および図７に示した時刻ｔ２の如き、実質的な酸素吸放出終了タイミングにできるだけ近づけるようにする。これにより、触媒の酸素吸放出が実質的に終了した後に、未処理のガス（リッチガスまたはリーンガス）が触媒から流出してしまうことを抑制できる。そしてこの未処理ガスに起因する診断誤差やエミッション悪化を抑制できる。
【００７６】
図８には、触媒後センサ出力の反転タイミングを基本方法よりも早めた場合の各値の推移を示す。（Ａ）は、正常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。（Ｂ）は、異常触媒の場合における目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。
【００７７】
（Ｃ）は、正常触媒の場合と異常触媒の場合における触媒後センサ出力Ｖｒを示す。（Ｄ）は、上流触媒１１から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を示す。図中の各値について、正常触媒の場合には添字「ｎ」が付され、異常触媒の場合には添字「ａ」が付されている。
【００７８】
図示するように、時刻ｔ１で、空燃比制御はリッチ制御からリーン制御に切り替えられている。その後、正常触媒の場合だと、空燃比制御は時刻ｔ２ｎでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ｎでリーン制御に切り替えられている。異常触媒の場合では、空燃比制御が時刻ｔ２ａでリッチ制御に切り替えられ、時刻ｔ３ａでリーン制御に切り替えられ、時刻ｔ４ａでリッチ制御に切り替えられている。このように本実施形態においてもアクティブ空燃比制御は依然として実行される。
【００７９】
これら切替タイミングを規定する触媒後センサ出力Ｖｒの閾値は、二種類の閾値からなり、リーン制御からリッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値ＶＬＸと、リッチ制御からリーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値ＶＲＸとからなる。
【００８０】
図９に示すが、リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬよりもリッチ側の値とされ、リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲよりもリーン側の値とされている。特に図８および図９に示す例では、リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとが互いに等しい値とされており、とりわけ、図５に示すストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））に等しい値とされている。
【００８１】
これによると、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングおよび空燃比制御の切替タイミングが、上述の基本方法（図３，図４）よりも早くなる。よって、触媒の実質的な酸素吸放出終了後に触媒から流出する未処理ガスの影響をできるだけ排除し、診断誤差を縮小することができる。
【００８２】
また、図８で着目すべきは、触媒後センサ出力Ｖｒが閾値ＶＬＸ，ＶＲＸに達した後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動である。例えばリーン制御への切り替え（ｔ１）の後、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリッチ側に上昇し、その最大ピーク（リッチピーク）の値も大きい。
【００８３】
逆にリッチ制御への切り替え（ｔ２ｎ，ｔ２ａ）の後だと、異常触媒の場合には、正常触媒の場合よりも、触媒後センサ出力Ｖｒが急速にリーン側に低下し、その最小ピーク（リーンピーク）の値も小さい。
【００８４】
このように、触媒が異常傾向にあるほど、切替後の触媒後センサ出力Ｖｒはより急速に、大きく変化する。従って、このような触媒後センサ出力Ｖｒの挙動の違いを利用することで、触媒の異常度合いを好適に、しかも高精度で推定可能である。
【００８５】
なお、正常触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達して（ｔ１）リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１ｎでストイキに到達する。このストイキ到達時点ｔ１１ｎでの触媒後センサ出力をＶｒ（ｔ１１ｎ）で表す。同様に、異常触媒の場合、ストイキ到達時点ｔ１１ａでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ１１ａ）である。異常触媒の場合の方が正常触媒の場合よりも触媒後センサ出力Ｖｒが急速に大きく変化する傾向にあるので、Ｖｒ（ｔ１１ａ）はＶｒ（ｔ１１ｎ）よりも大きいリッチ側の値となっている。
【００８６】
同様に、正常触媒の場合、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達して（ｔ２ｎ）リッチ制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１ｎでストイキに到達する。このストイキ到達時点ｔ２１ｎでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ２１ｎ）である。他方、異常触媒の場合だと、ストイキ到達時点ｔ２１ａでの触媒後センサ出力はＶｒ（ｔ２１ａ）である。Ｖｒ（ｔ２１ａ）はＶｒ（ｔ２１ｎ）よりも小さいリーン側の値となっている。
【００８７】
図８（Ｄ）に示すＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御（ｔ１〜ｔ２ｎ若しくはｔ１〜ｔ２ａ）の終了直後に触媒から排出されるＮＯｘの濃度である。このＮＯｘ濃度Ｃｎ，Ｃａは、リーン制御終了直後の触媒後センサ出力Ｖｒの挙動と相関関係がある。すなわち、触媒が異常傾向にあり、触媒後センサ出力Ｖｒが急速に大きく変化するほど、ＮＯｘ濃度は急速に大きく増大し、エミッションは悪化する傾向にある。
【００８８】
もっとも、触媒後センサ出力Ｖｒの反転タイミングが基本方法より早められているので、エミッションの悪化度合いは基本方法よりは少ない。
【００８９】
図９は、基本方法との違いを分かり易くするため、図３および図４を本実施形態に即するよう修正した図である。リーン閾値ＶＬＸとリッチ閾値ＶＲＸとはストイキ相当値Ｖｓｔに等しくされている。
【００９０】
例えばリッチ制御期間中（本実施形態ではｔ１〜ｔ２）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きなリッチ判定値ＶＲまで上昇しなければ、切り替えが行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リッチ判定値ＶＲよりリーン側のリッチ閾値ＶＲＸに上昇すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
【００９１】
リッチ閾値ＶＲＸは、リッチ判定値ＶＲより小さく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干大きな（リッチ側の）値にすることもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さな（リーン側の）値にすることもできる。リーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）よりも小さな値ＶＲＸ’にしたり、リーン判定値ＶＬと等しい値ＶＲＸ”にしたり、リーン判定値ＶＬとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＲＸ”’にしたりすることも可能である。
【００９２】
他方、リーン制御期間中（本実施形態ではｔ２〜ｔ３）、基本方法では触媒後センサ出力Ｖｒが、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも小さなリーン判定値ＶＬまで低下しなければ、切り替えは行われなかった。これに対し本実施形態だと、触媒後センサ出力Ｖｒが、リーン判定値ＶＬよりリッチ側のリーン閾値ＶＬＸに低下すれば切り替えが行われ、より早いタイミングで切り替えが行われる。
【００９３】
リーン閾値ＶＬＸは、リーン判定値ＶＬより大きく且つストイキ相当値Ｖｓｔよりも若干小さな（リーン側の）値にすることもできるし、ストイキ相当値Ｖｓｔよりも大きな（リッチ側の）値にすることもできる。リッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）よりも大きな値ＶＬＸ’にしたり、リッチ判定値ＶＲと等しい値ＶＬＸ”にしたり、リッチ判定値ＶＲとストイキ相当値Ｖｓｔの間の値ＶＬＸ”’にしたりすることも可能である。
【００９４】
なお、本実施形態では、図示されるような放出酸素量ＯＳＣｂおよび吸蔵酸素量ＯＳＣａは計測されない。或いは、計測されたとしてもそれらの値は診断の基礎とされない。これらを計測しないこととすれば、ＥＣＵ２０の演算負荷を大幅に軽減することができる。
【００９５】
次に、本実施形態の異常診断の方法を、図１０を用いてより具体的に説明する。図１０（Ａ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔと触媒前空燃比Ａ／Ｆｆとを示す。図１０（Ｂ）は触媒後センサ出力Ｖｒを示す。
【００９６】
時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、それぞれ、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸに達し、リッチ制御とリーン制御とが切り替えられている。
【００９７】
本実施形態では、リッチ閾値ＶＲＸとリーン閾値ＶＬＸが一定値に固定されておらず、可変である。またこれらは等しい値となることもあるが、概ね異なる値とされる。但し前述したように、リッチ閾値ＶＲＸはリッチ判定値ＶＲよりリーン側であり、リーン閾値ＶＬＸはリーン判定値ＶＬよりリッチ側である。
【００９８】
また、所定の参照値として、ストイキ相当値Ｖｓｔ（例えば０．５（Ｖ））よりリッチ側のリッチ参照値ＶＲＹと、ストイキ相当値Ｖｓｔよりリーン側のリーン参照値ＶＬＹとが予め一定値として設定されている。図示例ではリッチ参照値ＶＲＹがリッチ判定値ＶＲ（例えば０．６Ｖ）と等しく設定され、リーン参照値ＶＬＹがリーン判定値ＶＬ（例えば０．２Ｖ）と等しく設定されている。但し、リッチ参照値ＶＲＹはリッチ判定値ＶＲと若干異なっても良いし、リーン参照値ＶＬＹはリーン判定値ＶＬと若干異なっても良い。
【００９９】
前述したように、触媒の異常度合いが大きくなるほど触媒後センサ出力Ｖｒは急速に大きく変化し、その振れ幅は大きくなる傾向にある。新品触媒から使用を開始し、未だ触媒の異常度合いが小さいときには、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹに到達せず、触媒後センサ出力Ｖｒはリッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹの間で振動する。
【０１００】
そして触媒の異常度合いが増していくと、触媒後センサ出力Ｖｒは、リッチ参照値ＶＲＹおよびリーン参照値ＶＬＹに到達し、且つそれを超えるほど大きく振動するようになる。これを示したのが図１０である。
【０１０１】
触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸに達し（ｔ１）、リーン制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ１１でストイキに到達する。このストイキ到達時点での触媒後センサ出力Ｖｒを「リッチストイキ出力Ａ」と称する。図示されるように、リッチストイキ出力Ａはリッチ参照値ＶＲＹを超えており、それより大きくリッチ側となっている。リッチストイキ出力Ａとリッチ参照値ＶＲＹとの間には差（「リッチストイキ出力差」と称す）ΔＡが存在する。
【０１０２】
本実施形態では、このリッチストイキ出力差ΔＡがなくなるよう、リッチストイキ出力差ΔＡに基づいて補正値を算出し、この補正値に基づいてリッチ閾値ＶＲＸをフィードバック補正する。より詳細には、リッチ閾値ＶＲＸをリーン側に移動するような補正値を算出し、この補正値に基づいてリッチ閾値ＶＲＸをフィードバック補正する。
【０１０３】
リッチ閾値ＶＲＸをリーン側に移動ないし補正すると、リッチ制御からリーン制御への切り替えタイミングが早められ、触媒の実質的な酸素放出終了後に漏れ出してくる未処理のリッチガスの影響が減じられ、触媒後センサ出力Ｖｒの振れ幅は小さくなる。よってリッチ閾値ＶＲＸをリーン側に所定量移動ないし補正することにより、リッチストイキ出力差ΔＡをなくし、リッチストイキ出力Ａをリッチ参照値ＶＲＹに合致させることができる。
【０１０４】
このような補正を実行した場合、触媒の異常度合いが増していくにつれ、リッチ閾値ＶＲＸの移動量ないし補正量が大きくなる。よってこの移動量ないし補正量は触媒の異常度合いを好適に表す。移動量ないし補正量を所定の異常判定値と比較することによって、触媒が正常か異常かを好適に判定することができる。
【０１０５】
図示例では、時刻ｔ１１で得られたリッチストイキ出力差ΔＡに基づき、リッチ閾値がＶＲＸからＶＲＸ’へとリーン側に補正されている。この結果、リッチ閾値ＶＲＸ’到達後のストイキ到達時点ｔ３１では、リッチストイキ出力Ａ’とリッチ参照値ＶＲＹとの差がΔＡ’へと減少され、当該差がなくなる方向とされている。
【０１０６】
他方、触媒後センサ出力Ｖｒがリーン閾値ＶＬＸに達し（ｔ２）、リッチ制御に切り替えられた後、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが時刻ｔ２１でストイキに到達する。このストイキ到達時点での触媒後センサ出力Ｖｒを「リーンストイキ出力Ｂ」と称する。図示されるように、リーンストイキ出力Ｂはリーン参照値ＶＬＹを超えており、それより小さくリーン側となっている。リーンストイキ出力Ｂとリーン参照値ＶＬＹとの間には差（「リーンストイキ出力差」と称す）ΔＢが存在する。
【０１０７】
本実施形態では、このリーンストイキ出力差ΔＢがなくなるよう、リーンストイキ出力差ΔＢに基づいて補正値を算出し、この補正値に基づいてリーン閾値ＶＬＸをフィードバック補正する。より詳細には、リーン閾値ＶＬＸをリッチ側に移動するような補正値を算出し、この補正値に基づいてリーン閾値ＶＬＸをフィードバック補正する。
【０１０８】
リーン閾値ＶＬＸをリッチ側に移動ないし補正すると、リーン制御からリッチ制御への切り替えタイミングが早められ、触媒の実質的な酸素吸蔵終了後に漏れ出してくる未処理のリーンガスの影響が減じられ、触媒後センサ出力Ｖｒの振れ幅は小さくなる。よってリーン閾値ＶＬＸをリッチ側に所定量移動ないし補正することにより、リーンストイキ出力差ΔＢをなくし、リーンストイキ出力Ｂをリーン参照値ＶＬＹに合致させることができる。
【０１０９】
このような補正を実行した場合、触媒の異常度合いが増していくにつれ、リーン閾値ＶＬＸの移動量ないし補正量が大きくなる。よってこの移動量ないし補正量は触媒の異常度合いを好適に表し、移動量ないし補正量を所定の異常判定値と比較することによって、触媒が正常か異常かを好適に判定することができる。
【０１１０】
図示例では、時刻ｔ２１で得られたリーンストイキ出力差ΔＢに基づき、リーン閾値がＶＬＸからＶＬＸ’へとリッチ側に補正されている。この結果、リーンストイキ出力差ΔＢはなくなる方向に減少されることとなる。
［本実施形態の異常診断処理］
次に、ＥＣＵ２０が実行する本実施形態の異常診断処理について説明する。まず図１１を用いて、異常判定値との比較対象である判定パラメータの算出ルーチンを説明する。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。
【０１１１】
最初のステップＳ１０１では、診断許可フラグがオンとなったか否かが判断される。診断許可フラグとは、診断の前提条件が成立したときにオンとなるフラグである。ここでいう前提条件には、（１）吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとが所定の関係を満たしている、という条件が含まれる。吸入空気量Ｇａはエアフローメータ５で検出される。触媒温度Ｔｃは、エンジン運転状態に基づきＥＣＵ２０により推定されるが、温度センサで直接検出してもよい。
【０１１２】
エンジンが定常運転している場合、即ちエンジンの回転速度と負荷がほぼ一定の場合、吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの間には一定の相関関係が存在する。他方、両者が大きくかけ離れているときは、エンジンが定常運転状態になく、加速又は減速即ち過渡運転が行われている状態とみなせる。
【０１１３】
そこで定常運転時の吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとの関係を予めマップ化し、マップ値を中心とした所定範囲内に両者の実際値があるときに、定常運転中であるとして診断を許可する。逆に、その所定範囲内に両者の実際値がないときは、非定常運転中であるとして診断を禁止する。こうすることで一定以上の診断精度を確保可能となる。このように条件（１）は、実質的に、エンジンが定常運転中であるという条件を意味する。
【０１１４】
また前提条件には、（２）少なくとも上流触媒１１が活性化している、（３）触媒前センサ１７および触媒後センサ１８が活性化している、（４）現トリップ中で診断が未完了である、の各条件が含まれる。
【０１１５】
（２）については、推定触媒温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（３）については、ＥＣＵ２０によって推定される触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の素子温度が所定の活性温度域に入っていれば、成立する。（４）について、トリップとは、エンジンの１回の始動から停止までの期間をいう。本実施形態では１トリップ当たりに１回、診断を実行するようにしており、現トリップ中で未だ診断が１回も完了していない場合に（４）が成立する。
【０１１６】
診断許可フラグがオンとなってない場合（オフの場合）、ルーチンが終了される。他方、診断許可フラグがオンとなった場合には、ステップＳ１０２において、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔの設定履歴があるか否かが判断される。
【０１１７】
ノーの場合、まずステップＳ１０３において、リッチ閾値とリーン閾値の初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０が設定される。この設定は、リッチ閾値の初期値ＶＲＸ０については図１２に示すようなマップにより、リーン閾値の初期値ＶＬＸ０については図１３に示すようなマップにより、それぞれ吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｃとに基づいて個別に行われる。
【０１１８】
これら初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０は、大凡ストイキ相当値Ｖｓｔの近傍にて、吸入空気量Ｇａおよび触媒温度Ｔｃに応じて変化する。吸入空気量Ｇａおよび触媒温度Ｔｃに応じて触媒の酸素吸放出能および反応速度が変化することから、これらの値を考慮して初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０を設定するようにしている。
【０１１９】
図１２から分かるように、吸入空気量Ｇａが多くなるほどリッチ閾値の初期値ＶＲＸ０は小さくなり、空燃比制御の切替タイミングは早まる。また触媒温度Ｔｃが高くなるほどリッチ閾値の初期値ＶＲＸ０は大きくなり、空燃比制御の切替タイミングは遅くなる。
【０１２０】
他方、図１３から分かるように、吸入空気量Ｇａが多くなるほどリーン閾値の初期値ＶＬＸ０は大きくなり、空燃比制御の切替タイミングは早まる。また触媒温度Ｔｃが高くなるほどリーン閾値の初期値ＶＬＸ０は小さくなり、空燃比制御の切替タイミングは遅くなる。
【０１２１】
なお、初期値ＶＲＸ０，ＶＬＸ０は、ストイキ相当値Ｖｓｔまたはその近傍の一定値としても良いし、互いに等しい値としても良い。
【０１２２】
次いで、ステップＳ１０４では、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定される。現時点（アクティブ空燃比制御開始直前）の触媒後センサ出力Ｖｒがストイキ相当値Ｖｓｔ以上（リッチ側）であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリーンに設定され、アクティブ空燃比制御はリーン制御から開始される。逆に、現時点の触媒後センサ出力Ｖｒがストイキ相当値Ｖｓｔ未満（リーン側）であれば、初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔはリッチに設定され、アクティブ空燃比制御はリッチ制御から開始される。
【０１２３】
こうして初回の目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定されると、直ちにアクティブ空燃比制御が開始される。それ以降、前述したように、触媒後センサ出力Ｖｒがリッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸに達する毎に、リッチ制御およびリーン制御が切り替えられることとなる。ステップＳ１０４を終えたらステップＳ１０５に進む。
【０１２４】
他方、ステップＳ１０２の判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０３、Ｓ１０４をスキップしてステップＳ１０５に進む。
【０１２５】
ステップＳ１０５では、目標空燃比Ａ／Ｆｔの切り替え履歴があるか否かが判断される。なければ終了され、ある場合にはステップＳ１０６に進む。すなわちここでは、目標空燃比Ａ／Ｆｔの２回目の切替時から実質的な判定パラメータ算出処理を開始するようにしている。
【０１２６】
ステップＳ１０６では、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンか否か、すなわちリーン制御実行中であるか否かが判断される。目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンの場合、ステップＳ１０７に進み、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンでない（リッチである）場合、ステップＳ１１５に進む。
【０１２７】
ステップＳ１０７では、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以上になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ１０８に進む。
【０１２８】
ステップＳ１０８では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以上になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）における触媒後センサ出力（リッチストイキ出力）Ａが取得済みであるか否かが判断される。
取得済みでない場合、ステップＳ１０９において、リッチストイキ出力Ａが取得され、ステップＳ１１０に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ１０９をスキップしてステップＳ１１０に進む。
【０１２９】
ステップＳ１１０では、リッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹより大きいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ１１１において、リッチストイキ出力差ΔＡがΔＡ＝Ａ−ＶＲＹにより算出される。
【０１３０】
次にステップＳ１１２において、リッチストイキ出力差ΔＡに基づき、補正値（リッチストイキ補正値）ＪＡが算出される。このリッチストイキ補正値ＪＡは、図１４に示すようなマップから算出される。特にここでは、リッチストイキ出力差ΔＡに加え、リッチ閾値ＶＲＸにも基づいて、リッチストイキ補正値ＪＡを算出するようにしている。リッチストイキ出力差ΔＡの大きさはリッチ閾値ＶＲＸの値の影響も受ける。つまりリッチ閾値ＶＲＸが如何なる値であるかによってリッチストイキ出力差ΔＡの大きさが異なる。よってリッチ閾値ＶＲＸの値の影響も加味するため、リッチ閾値ＶＲＸにも基づいてリッチストイキ補正値ＪＡを算出している。
【０１３１】
リッチストイキ出力差ΔＡがプラス方向に大きいほど、リッチストイキ補正値ＪＡも大きくなる（但しＪＡ＞０）。またリッチ閾値ＶＲＸが大きいほど、リッチストイキ補正値ＪＡも大きくなる。
【０１３２】
次に、ステップＳ１１３で、リッチ閾値ＶＲＸが補正される。補正後のリッチ閾値ＶＲＸ’はＶＲＸ’＝ＶＲＸ−ＪＡにより算出される。これによりリッチ閾値ＶＲＸはリーン側に補正されることとなる。リッチストイキ補正値ＪＡが大きいほど、リッチ閾値ＶＲＸはより大きくリーン側に補正され、空燃比制御の切替タイミングは早められる。この後ルーチンが終了される。
【０１３３】
ステップＳ１１０の判断結果がノーの場合、ステップＳ１１４に進み、判定パラメータ（リッチストイキ判定パラメータ）ＺＡがＺＡ＝｜ＶＲＸ−ＶＲＸ０｜により算出される。この後ルーチンが終了される。なおリッチストイキ判定パラメータＺＡの初期値は０である。
【０１３４】
他方、ステップＳ１０６で目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチの場合、リッチとリーン等の関係が逆転すること以外、ステップＳ１１５以降で同様の処理が行われる。
【０１３５】
ステップＳ１１５では、触媒前センサ１７により検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキ以下になったか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ１１６に進む。
【０１３６】
ステップＳ１１６では、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆが最初にストイキ以下になった時点（すなわち触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに達した時点）における触媒後センサ出力（リーンストイキ出力）Ｂが取得済みであるか否かが判断される。
取得済みでない場合、ステップＳ１１７において、リーンストイキ出力Ｂが取得され、ステップＳ１１８に進む。他方、取得済みである場合、ステップＳ１１７をスキップしてステップＳ１１８に進む。
【０１３７】
ステップＳ１１８では、リーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹより小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ１１９において、リーンストイキ出力差ΔＢがΔＢ＝Ｂ−ＶＬＹにより算出される。
【０１３８】
次にステップＳ１２０において、リーンストイキ出力差ΔＢに基づき、補正値（リーンストイキ補正値）ＪＢが算出される。このリーンストイキ補正値ＪＢは、図１５に示すようなマップから算出される。ここでも、リーンストイキ出力差ΔＢに加え、リーン閾値ＶＬＸにも基づいて、リーンストイキ補正値ＪＢを算出するようにしている。リーンストイキ出力差ΔＢの大きさがリーン閾値ＶＬＸの値の影響も受けるからである。
【０１３９】
リーンストイキ出力差ΔＢがマイナス方向に大きいほど、リーンストイキ補正値ＪＢが大きくなる（但しＪＢ＞０）。またリーン閾値ＶＬＸが大きいほど、リーンストイキ補正値ＪＢは小さくなる。
【０１４０】
次に、ステップＳ１２１で、リーン閾値ＶＬＸが補正される。補正後のリーン閾値ＶＬＸ’はＶＬＸ’＝ＶＬＸ＋ＪＢにより算出される。これによりリーン閾値ＶＬＸはリッチ側に補正されることとなる。リーンストイキ補正値ＪＢが大きいほど、リーン閾値ＶＬＸはより大きくリッチ側に補正され、空燃比制御の切替タイミングは早められる。この後ルーチンが終了される。
【０１４１】
ステップＳ１１８の判断結果がノーの場合、ステップＳ１２２に進み、判定パラメータ（リーンストイキ判定パラメータ）ＺＢがＺＢ＝｜ＶＬＸ−ＶＬＸ０｜により算出される。この後ルーチンが終了される。リーンストイキ判定パラメータＺＢの初期値も０である。
【０１４２】
次に、図１６を用いて、触媒の正異常判定のためのルーチンを説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。ここで説明するのは、リッチストイキ判定パラメータＺＡを用いて正異常判定する方法である。
【０１４３】
ステップＳ２０１では、診断完了フラグがオンか否かが判断される。イエスの場合には終了され、ノーの場合（オフの場合）にはステップＳ２０２に進む。
【０１４４】
ステップＳ２０２では、リッチストイキ判定パラメータＺＡが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ２０３に進む。
【０１４５】
ステップＳ２０３では、リッチストイキ判定パラメータＺＡが所定の異常判定値（リッチストイキ異常判定値）βＡ（但しβＡ＞０）と比較される。ＺＡ≧βＡのときにはステップＳ２０４で触媒は異常と判定され、ＺＡ＜βＡのときにはステップＳ２０５で触媒は正常と判定される。
【０１４６】
そして、ステップＳ２０６で診断完了フラグがオンされ、診断許可フラグがオフされ、ルーチンが終了される。
【０１４７】
図１７には、触媒の正異常判定のための別のルーチンを示す。このルーチンは、リッチストイキ判定パラメータＺＡの代わりにリーンストイキ判定パラメータＺＢを用いること以外、前記ルーチンとほぼ同様である。ステップＳ３０１、Ｓ３０４〜Ｓ３０６は前記ステップＳ２０１、Ｓ２０４〜２０６と同様である。
【０１４８】
ステップＳ３０２では、リーンストイキ判定パラメータＺＢが算出済みであるか否かが判断される。ノーの場合には終了され、イエスの場合にはステップＳ３０３に進む。
【０１４９】
ステップＳ３０３では、リーンストイキ判定パラメータＺＢが所定の異常判定値（リーンストイキ異常判定値）βＢ（但しβＢ＞０）と比較される。ＺＢ≧βＢのときにはステップＳ３０４で触媒は異常と判定され、ＺＢ＜βＢのときにはステップＳ３０５で触媒は正常と判定される。
【０１５０】
ここで、図１１のルーチンを実行した場合について説明する。例えば、２回目の目標空燃比Ａ／Ｆｔの切替時に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーンに切り替えられたとすると（ステップＳ１０６：イエス）、触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに到達した時点でリッチストイキ出力Ａが取得され（ステップＳ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９）、このリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹと比較される（ステップＳ１１０）。
【０１５１】
触媒の劣化度合いないし異常度合いがまだ小さいときには、リッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹに届かず（Ａ＜ＶＲＹ）、ステップＳ１１４に進んでリッチストイキ判定パラメータＺＡが初期値のゼロとなる。従って図１６のステップＳ２０３でもＺＡ＜βＡとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５２】
ところで、触媒の異常度合いが大きくなると、やがてリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹを超えるようになる（Ａ＞ＶＲＹ）。こうなると、ステップＳ１１０はイエスとなり、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３によりリッチ閾値ＶＲＸがリーン側に補正される。
【０１５３】
１回補正した後でもまだリッチストイキ出力Ａがリッチ参照値ＶＲＹより大きい場合、すなわちリッチストイキ出力差ΔＡがなくならない（０以下にならない）場合、再度、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３によりリッチ閾値ＶＲＸがリーン側に補正される。こうして必要に応じて、リッチストイキ出力差ΔＡがなくなるまで、補正が繰り返し行われ、リッチ閾値ＶＲＸは徐々にリーン側に更新されていく。
【０１５４】
そしてリッチストイキ出力差ΔＡがなくなったとき、ステップＳ１１０からステップＳ１１４に進んで、そのときのリッチストイキ判定パラメータＺＡ、すなわち補正後の最終的なリッチ閾値ＶＲＸとその初期値ＶＲＸ０との差が求められる。
【０１５５】
触媒の異常度合いがそれ程大きくなければ、リッチストイキ判定パラメータＺＡの値もそれ程大きくならない。よって、図１６のステップＳ２０３でＺＡ＜βＡとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５６】
しかしながら、触媒の異常度合いが大きいと、リッチストイキ判定パラメータＺＡの値も大きくなる。よって、図１６のステップＳ２０３でＺＡ≧βＡとなり、触媒は異常と判定される。
【０１５７】
リッチとリーンの関係が逆の場合、すなわち、２回目の目標空燃比Ａ／Ｆｔの切替時に目標空燃比Ａ／Ｆｔがリッチに切り替えられた場合（ステップＳ１０６：ノー）についても説明する。触媒前空燃比Ａ／Ｆｆがストイキに到達した時点でリーンストイキ出力Ｂが取得され（ステップＳ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１７）、このリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹと比較される（ステップＳ１１８）。
【０１５８】
触媒の劣化度合いないし異常度合いがまだ小さいときには、リーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹに届かず（Ｂ＞ＶＬＹ）、ステップＳ１２２に進んでリーンストイキ判定パラメータＺＢが初期値のゼロとなる。従って図１７のステップＳ３０３でもＺＢ＜βＢとなり、触媒は正常と判定される。
【０１５９】
触媒の異常度合いが大きくなると、やがてリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹを超えるようになる（Ｂ＜ＶＬＹ）。こうなると、ステップＳ１１８はイエスとなり、ステップＳ１１９〜Ｓ１２１によりリーン閾値ＶＬＸがリッチ側に補正される。
【０１６０】
１回補正した後でもまだリーンストイキ出力Ｂがリーン参照値ＶＬＹより小さい場合、すなわちリーンストイキ出力差ΔＢがなくならない（０以下にならない）場合、再度、ステップＳ１１９〜Ｓ１２１によりリーン閾値ＶＬＸがリッチ側に補正される。こうして必要に応じて、リーンストイキ出力差ΔＢがなくなるまで、補正が繰り返し行われ、リーン閾値ＶＬＸは徐々にリッチ側に更新されていく。
【０１６１】
そしてリーンストイキ出力差ΔＢがなくなったとき、ステップＳ１１８からステップＳ１２２に進んで、そのときのリーンストイキ判定パラメータＺＢ、すなわち補正後の最終的なリーン閾値ＶＬＸとその初期値ＶＬＸ０との差が求められる。
【０１６２】
触媒の異常度合いがそれ程大きくなければ、リーンストイキ判定パラメータＺＢの値もそれ程大きくならない。よって、図１７のステップＳ３０３でＺＢ＜βＢとなり、触媒は正常と判定される。
【０１６３】
しかしながら、触媒の異常度合いが大きいと、リーンストイキ判定パラメータＺＢの値も大きくなる。よって、図１７のステップＳ３０３でＺＢ≧βＢとなり、触媒は異常と判定される。
【０１６４】
なお、ここではリッチストイキ判定パラメータＺＡおよびリーンストイキ判定パラメータＺＢの一方に基づいて正異常判定を行う例を示した。しかしながら、これに限定されず、両方に基づいて正異常判定を行ってもよい。例えばＺＡ≧βＡとＺＢ≧βＢとのいずれか一方が成立したときに異常と判定し、或いは、ＺＡ≧βＡとＺＢ≧βＢとの両方が成立したときに異常と判定してもよい。
【０１６５】
リッチストイキ判定パラメータＺＡは、リッチ閾値ＶＲＸが初期値ＶＲＸ０から最終的な補正後のリッチ閾値ＶＲＸに達するまでの間に算出されたリッチストイキ補正値ＪＡの積算値からなってもよい。同様に、リーンストイキ判定パラメータＺＢは、リーン閾値ＶＬＸが初期値ＶＬＸ０から最終的な補正後のリーン閾値ＶＬＸに達するまでの間に算出されたリーンストイキ補正値ＪＢの積算値からなってもよい。これら積算値は、実質的に、リッチ閾値ＶＲＸまたはリーン閾値ＶＬＸの初期値と最終的な補正後の値との差を表すものである。
【０１６６】
図１１のルーチンに関し、リッチストイキ判定パラメータＺＡおよびリーンストイキ判定パラメータＺＢの少なくとも一方が算出された時点で、アクティブ空燃比制御を終了しても良い。そしてその算出された一方に基づいて正異常判定しても良い。
【０１６７】
リッチストイキ判定パラメータＺＡは、リッチストイキ出力差ΔＡがなくなったときのリッチ閾値ＶＲＸ自身からなってもよい。そしてリーン側に補正された結果としてのリッチ閾値ＶＲＸが、所定の異常判定値よりリーン側の値であるときに触媒を異常と判定しても良い。同様に、リーンストイキ判定パラメータＺＢは、リーンストイキ出力差ΔＢがなくなったときのリーン閾値ＶＬＸ自身からなってもよい。そしてリッチ側に補正された結果としてのリーン閾値ＶＬＸが、所定の異常判定値よりリッチ側の値であるときに触媒を異常と判定しても良い。
【０１６８】
以上で説明したように、本実施形態によれば、吸放出酸素量を計測せず或いは考慮せず、触媒後センサ出力が閾値に達した後の触媒後センサ出力の挙動に基づき、触媒が正常か異常かを判定する。よって実際に吸放出されてない酸素量を計測してしまうことによる計測誤差をなくし、診断精度を向上すると共に誤診断を抑制することができる。
【０１６９】
また、空燃比制御の切替タイミングを基本方法よりも早められるので、このことによってもさらに診断精度を向上し、誤診断を抑制することができる。
【０１７０】
こうして診断精度が向上した結果、微妙な異常度合いの差も判別できるようになり、その差が元々小さい触媒の場合でも、十分な診断精度を確保することが可能となる。
【０１７１】
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。上記の説明ではリーン側とリッチ側若しくは吸蔵側と放出側の一方のみしか説明していない箇所があるが、この一方に対する説明によって他方も理解されることが当業者にとって明らかであろう。前記実施形態では触媒前センサ１７により触媒前空燃比を直接検出したが、ＥＣＵ２０により触媒前空燃比をエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。いずれにしても、少なくともＥＣＵ２０が、触媒前空燃比を取得する取得手段を構成する。
【０１７２】
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】
【０１７３】
１ 内燃機関
６ 排気管
１１ 上流触媒
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）
【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異常を診断する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
触媒上流側の空燃比をストイキを境に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手段と、
触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記参照値との差がなくなるよう、前記差に基づき前記閾値をフィードバック補正する補正手段と、
前記差がなくなったときの前記閾値に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記差がなくなったときの前記閾値と、前記閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値であり、
前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の触媒異常診断装置。
【請求項４】
前記参照値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリーン参照値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリッチ参照値とからなり、
前記リーン参照値は、前記リーン閾値よりもリーン側の値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ閾値よりもリッチ側の値である
ことを特徴とする請求項３に記載の触媒異常診断装置。
【請求項５】
前記リーン参照値は、前記リーン判定値と等しい値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ判定値と等しい値である
ことを特徴とする請求項４に記載の触媒異常診断装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リッチ閾値に達し、これと同時に前記リッチ制御から前記リーン制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リッチ参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リッチ参照値との差であるリッチストイキ出力差に基づき、前記リッチ閾値をリーン側に移動するよう補正する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記リッチストイキ出力差がなくなったときの前記リッチ閾値と、前記リッチ閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
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】
前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リーン閾値に達し、これと同時に前記リーン制御から前記リッチ制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リーン参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リーン参照値との差であるリーンストイキ出力差に基づき、前記リーン閾値をリッチ側に移動するよう補正する
ことを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記リーンストイキ出力差がなくなったときの前記リーン閾値と、前記リーン閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
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１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒の異常を診断する装置であって、
触媒上流側の排気空燃比である触媒前空燃比を取得する取得手段と、
触媒下流側の排気空燃比を検出する触媒後センサと、
触媒上流側の空燃比をストイキを境に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手段と、
触媒後センサ出力が所定の閾値に達し、これと同時にリーン制御とリッチ制御とが切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が所定の参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記参照値との差がなくなるよう、前記差に基づき前記閾値をフィードバック補正する補正手段と、
前記差がなくなったときの前記閾値に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒異常診断装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記差がなくなったときの前記閾値と、前記閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒異常診断装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替タイミングを規定するリーン閾値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替タイミングを規定するリッチ閾値とからなり、
前記リーン閾値は、前記触媒後センサ出力のストイキ相当値よりもリーン側に定められた基準のリーン判定値よりもリッチ側の値であり、
前記リッチ閾値は、前記ストイキ相当値よりもリッチ側に定められた基準のリッチ判定値よりもリーン側の値である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の触媒異常診断装置。
【請求項４】
前記参照値は、前記リーン制御から前記リッチ制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリーン参照値と、前記リッチ制御から前記リーン制御への切替後に前記触媒後センサ出力が到達可能なリッチ参照値とからなり、
前記リーン参照値は、前記リーン閾値よりもリーン側の値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ閾値よりもリッチ側の値である
ことを特徴とする請求項３に記載の触媒異常診断装置。
【請求項５】
前記リーン参照値は、前記リーン判定値と等しい値であり、
前記リッチ参照値は、前記リッチ判定値と等しい値である
ことを特徴とする請求項４に記載の触媒異常診断装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リッチ閾値に達し、これと同時に前記リッチ制御から前記リーン制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リッチ参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リッチ参照値との差であるリッチストイキ出力差に基づき、前記リッチ閾値をリーン側に移動するよう補正する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の触媒異常診断装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記リッチストイキ出力差がなくなったときの前記リッチ閾値と、前記リッチ閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
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】
前記補正手段は、前記触媒後センサ出力が前記リーン閾値に達し、これと同時に前記リーン制御から前記リッチ制御へと切り替えられた後に、前記取得手段により取得された触媒前空燃比がストイキに到達した時点で前記触媒後センサ出力が前記リーン参照値を超えるよう変化しているとき、そのストイキ到達時点での触媒後センサ出力と前記リーン参照値との差であるリーンストイキ出力差に基づき、前記リーン閾値をリッチ側に移動するよう補正する
ことを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の触媒異常診断装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記リーンストイキ出力差がなくなったときの前記リーン閾値と、前記リーン閾値の初期値との差に基づいて前記触媒が正常か異常かを判定する
ことを特徴とする請求項８に記載の触媒異常診断装置。
【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１６】
【図１７】
【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１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２３１６２６（Ｐ２０１１−２３１６２６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９９９７２（Ｐ２０１０−９９９７２）
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【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２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【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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